廣州市軌道交通四號線車黃盾構(gòu)隧道下穿廣深鐵路段施工綜合措施分析

李 蕾

中鐵華鐵工程設(shè)計集團有限公司 北京 100071

正文：

廣州市軌道交通四號線車黃盾構(gòu)隧道下穿廣深鐵路段隧道里程為:右線YDK9+51.541～YDK9+85.274，左線ZDK9+56.675～ZDK9+90.830，掘進長度約為34m。為滿足地面沉降不大于5mm（鐵路運營安全要求），以確保盾構(gòu)施工及鐵路行車安全，盾構(gòu)隧道施工需牢固建立完整安全保障體系，采取一系列切實可行的立體、綜合安全技術(shù)保證措施。

一、地質(zhì)情況分析

廣深鐵路南北兩側(cè)、左右線各布置的兩個補勘點揭示，右線從上到下具體地質(zhì)情況：〈1〉1.7m、〈2-4〉2.6m、〈3-2〉3.6m、〈4-1〉4.5m、〈3-2〉1.8m、〈6〉0.4m、〈7〉1.4m，隧道拱頂覆蓋〈6〉、〈7〉地層厚度約1.8m，隧道洞身地層為〈7〉、〈8〉地層。左線從上到下具體地質(zhì)情況：〈1〉1.5m、〈2-4〉2.6m、〈3-2〉4.2m、〈4-1〉4.1m、〈3-1〉0.7m、〈5-2〉0.5m、〈6〉2.8m，隧道拱頂覆蓋〈6〉地層厚度約2.8m，隧道洞身地層為〈6〉、〈8〉地層。線路調(diào)坡后，洞頂以上相對不透水層比較薄，左線約2.8m，右線約1.8m，且存在〈3-2〉等含水量較豐以及軟弱地層。

二、線路調(diào)坡

地質(zhì)補勘顯示，鐵路位置處原設(shè)計盾構(gòu)隧道左右線均存在砂層侵入隧道，嚴(yán)重影響盾構(gòu)掘進及地面沉降控制。為避開原不利地質(zhì)條件，下穿鐵路段線路坡度，右線由39‰調(diào)整為50‰、左線由38‰調(diào)整為48.5‰，加深了隧道埋深，使隧道掘進地質(zhì)條件得到了一定程度的改善，進而降低了掘進風(fēng)險。

三、盾構(gòu)機選型

采用土壓平衡盾構(gòu)機。通過鐵路段，采用盾構(gòu)機土壓平衡模式掘進，用土把腔室填滿，為了達到與水壓相抗衡的目的，需要將土倉中的泥土壓和作業(yè)面的土壓相結(jié)合。為了保持正面土體的穩(wěn)定，從而避免地表沉降，在掘進過程中要格外注意，需要使開挖土量與排土量一直處于平衡狀態(tài)。

四、施工組織策劃

1、建立聯(lián)動機制

與廣鐵集團相關(guān)處室密切溝通，建立高效的聯(lián)動機制，實現(xiàn)信息及時通達，以取得廣鐵在限速行車，上道監(jiān)測、線路檢查與恢復(fù)整治，應(yīng)急響應(yīng)等方面予以指導(dǎo)、配合。

2、列車限速

盾構(gòu)機刀盤到達鐵路(III線)前兩天和盾尾通過鐵路(II線)后三天，列車實行限速運行(80km/h)，依據(jù)《監(jiān)測方案》及時監(jiān)測線路狀況。

3、盾構(gòu)機檢查

盾構(gòu)機通過鐵路前，于預(yù)定位置停止掘進，對所有設(shè)備進行徹底的檢查和維修（刀具、注漿系統(tǒng)、尾刷等），特別是土壓計的檢定，以確保盾構(gòu)機處于良好的工作狀態(tài)。主要包括盾構(gòu)機同步注漿系統(tǒng)、發(fā)泡系統(tǒng)、土壓平衡系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、油脂注入系統(tǒng)，隧道內(nèi)排水排污系統(tǒng)的維修和檢查。

五、盾構(gòu)掘進技術(shù)

1、建立土壓平衡掘進條件

鐵路段地層掘進，土壓力控制范圍150～200kpa。機內(nèi)增設(shè)保壓泵系統(tǒng)裝置，為有效建立土壓平衡掘進條件提供設(shè)備保障。

2、采用微擾動掘進模式

采取微擾動掘進模式，能夠使盾構(gòu)掘進最大程度地不擾動原始地層，不改變地層原始結(jié)構(gòu)，掘進速度不大于20mm/min，土倉壓力變動幅度不大于30kpa，確保盾構(gòu)機無論于掘進、停機狀態(tài)，均可相對維持土倉壓力與掌子面的平衡，避免土壓大起大落而擾動掘削地層。

3、嚴(yán)格控制出土量

精確出渣計量，確保出土不超量，可參照每環(huán)出渣量70m3、電機車渣土計量4.5斗/環(huán)、出渣1斗車的掘進進尺為300mm控制。盾構(gòu)機出渣量過大，將意味著掌子面出現(xiàn)了坍塌。

4、控制注漿量

控制工后沉降的最有效手段是通過注漿填充管片與圍巖之間的空隙以支撐隧道拱頂?shù)貙?。下穿鐵路段盾構(gòu)管片壁后選擇注雙液漿，保證管片壁后與隧道圍巖之間短時間內(nèi)凝固并充填密實，使管片在短時間內(nèi)得到穩(wěn)定，同時封堵后面來水，預(yù)防盾構(gòu)機后面來水涌入刀盤前方造成“噴涌”的可能。

5、預(yù)防結(jié)“泥餅”

鐵路段掘進，土壓設(shè)定略大于計算值。鐵路段隧道斷面為〈6〉、〈7〉、〈8〉地層，〈8〉地層相對具有一定硬度，快速通過較難實現(xiàn)，地層混雜（如〈5-2〉、〈6〉、〈7〉、〈8〉）再加上掘進速度難以提高，形成“泥餅”的可能性相對增大。注入傳統(tǒng)土渣改良添加劑、結(jié)合注入TAC高分子材料進行土渣改良，可以防止“泥餅”現(xiàn)象的發(fā)生。

6、預(yù)防“噴涌”

預(yù)防“噴涌”主要有三個措施：首先，為了避免泡沫存在氣壓而產(chǎn)生的“假土壓”現(xiàn)象，應(yīng)當(dāng)慎重選擇渣土改良劑，并且加入適當(dāng)?shù)母叻肿硬牧?；為了達到租個尾盾來水，應(yīng)當(dāng)將管片與圍巖之間的空隙緊密填充，填充方式為雙液注漿；為了將原液高分子材料順利加入到螺旋機中，可以在機器前加上注入管路，從而將渣土直接轉(zhuǎn)化為塑型渣土，最終形成“土塞”效應(yīng)。

六、施工監(jiān)測

在盾構(gòu)隧道開挖面距離沉降監(jiān)測斷面20m（通過前）到隧道通過后開挖面距離沉降監(jiān)測斷面30m范圍內(nèi)，依據(jù)《監(jiān)測方案》對路基及鋼軌進行沉降監(jiān)測，監(jiān)測頻率為1次/2h，及時分析各種施工因素對地表變形的影響，調(diào)整和優(yōu)化盾構(gòu)掘進參數(shù)。盾構(gòu)通過后繼續(xù)監(jiān)測，直至沉降變形穩(wěn)定。

七、應(yīng)急預(yù)案

主要監(jiān)測數(shù)據(jù)一旦超標(biāo)，立即會同相關(guān)方面分析研判，制定有效措施，保護鐵路運輸、工程施工安全。包括地面軌道整治修護、洞內(nèi)停止掘進保持土壓、對成形盾構(gòu)隧道進行管片背后補注漿等。

八、關(guān)于盾構(gòu)下穿鐵路掘進施工施工安全措施的進一步思考

問題一：為什么不對路基土體進行加固？

路基土體加固過程也是對路基土體擾動的過程，盾構(gòu)隧道下穿鐵路地段為四線并行，因兩正線間空間受限，再加上行車干擾因素，線間加固路基土體不可行；在最外線兩側(cè)加固因盾構(gòu)下穿長度34m、埋深18m，斜向注漿不能實現(xiàn)加固效果。

問題二：為什么不對軌道線路進行加固？

盾構(gòu)隧道線間距14.8m，埋深18m，影響廣深鐵路長度14.8+6.3+18+18=57.1m，線路架空不具有操作性，通常的扣軌加固所提供的剛度對大范圍變形不足以提供幫助。