地鐵盾構(gòu)近距離下穿鐵路施工關(guān)鍵技術(shù)研究

屈文平

中鐵隧道集團(tuán)三處有限公司盾構(gòu)三分公司 廣東 深圳 518000

正文：

1 工程概況

常州地鐵2號(hào)線一期工程05標(biāo)，位于常州市天寧區(qū)，沿青龍西路東西向布置，其中五角場(chǎng)站～三角場(chǎng)站區(qū)間隧道自三角場(chǎng)站出發(fā)（圖1），沿麗華北路前行，以350m的曲線半徑下穿青龍西路與麗華北路交叉口，再以480m的曲線半徑斜穿京滬普鐵老線及新城際鐵路線，后側(cè)穿常州外貿(mào)大廈，到達(dá)五角場(chǎng)車站。該區(qū)間隧頂埋深約為10.2m～24.8m，左右線間距為12.5m～15.5m，最大坡度28‰。

該區(qū)間隧道內(nèi)徑5500mm，為雙線圓形隧道，采用1臺(tái)直徑6.44m土壓平衡盾構(gòu)施工。本區(qū)間穿越的地層為：⑤1粘質(zhì)粉土加粉砂、⑤2粉砂、⑥2粉質(zhì)粘土、⑥3粘土、⑥4粉質(zhì)粘土、⑦1粉質(zhì)粘土；聯(lián)絡(luò)通道位于⑥3粘土、⑥4粉質(zhì)粘土、⑦1粉質(zhì)粘土層。本區(qū)域地下水類型主要為潛水和承壓水，含水量一般。盾構(gòu)區(qū)間隧道施工將下穿京滬普鐵、滬寧城際鐵路共13股道，路基和軌道沉降控制、構(gòu)筑物的安全保護(hù)等是該工程的施工技術(shù)重難點(diǎn)。

2 盾構(gòu)下穿鐵路重難點(diǎn)分析

2.1 盾構(gòu)姿態(tài)控制要求高

本工程下穿京滬普鐵、滬寧城際鐵路，該鐵路群行車密度大（圖2），鐵路在常州站內(nèi)，車輛處于進(jìn)站前減速和出站后提速段，對(duì)施工過(guò)程中盾構(gòu)姿態(tài)控制要求較高。盾構(gòu)隧道過(guò)鐵路段埋深在11m～13m間，屬于中埋，對(duì)土層有一定的擾動(dòng)。

圖2 區(qū)間穿越鐵路線平面示意圖

2.2 沉降控制要求嚴(yán)

鐵軌軌面控制標(biāo)準(zhǔn)主要體現(xiàn)為三個(gè)方面：（1）軌面沉降0～-10mm以內(nèi)；（2）兩條軌道高差變形≤4mm（滬寧城際高鐵兩軌高差不大于2mm）；（3）接觸網(wǎng)桿沉降要求控制在±20mm以內(nèi)。地表沉降控制標(biāo)準(zhǔn)：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)沉降速率為0.5mm，日沉降量不超過(guò)2mm，最終累計(jì)沉降量不超過(guò)10mm。并以限值的80%作為報(bào)警值。

2.3 小曲線半徑掘進(jìn)

盾構(gòu)下穿鐵路段位于曲線上，轉(zhuǎn)彎半徑為300m，左線縱坡為23.255‰，右線最大縱坡為24.836‰，小曲線大縱坡施工對(duì)隧道的線型要求高，施工難度較大。

3 盾構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 改良土體技術(shù)

根據(jù)地質(zhì)勘查資料顯示鐵路段隧道主要處于⑥4粉質(zhì)粘土、⑦1粉質(zhì)粘土層，結(jié)合之前類似施工案例，在本工程施工中需對(duì)土體進(jìn)行適當(dāng)改良處理。在盾構(gòu)下穿既有鐵路線路過(guò)程中，需充分利用刀盤現(xiàn)有泥漿注入孔，向刀盤前方加注膨潤(rùn)土或者泡沫劑等改良物[1]，以實(shí)現(xiàn)對(duì)刀盤前方渣土的改良，提高渣土的流塑性，減少刀盤的排土扭矩，降低對(duì)地面鐵路的擾動(dòng)。

3.2 推進(jìn)速度及糾偏

根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)，盾構(gòu)推進(jìn)速度必須控制在適當(dāng)范圍內(nèi)，過(guò)快或過(guò)慢都會(huì)帶來(lái)不利影響：若推進(jìn)速度過(guò)快，則同步漿液的注入量得不到保證、盾尾密封油脂的注入壓力達(dá)不到要求；若推進(jìn)速度過(guò)慢，則會(huì)加大對(duì)隧道圍巖的擾動(dòng)，進(jìn)而加重地面沉降變化?；陬愃乒こ淌┕そ?jīng)驗(yàn)，并充分結(jié)合該工程的工況特點(diǎn)，設(shè)定推進(jìn)速度最大不宜超過(guò)20mm/min，且要盡量保證盾構(gòu)處于連續(xù)、勻速掘進(jìn)狀態(tài)，將因盾構(gòu)掘進(jìn)速度控制不當(dāng)而對(duì)地表沉降的影響降低到最小。

盾構(gòu)穿越鐵路的過(guò)程中，應(yīng)控制好盾構(gòu)姿態(tài)，在該地段盡量不進(jìn)行糾偏、直接通過(guò)。當(dāng)盾構(gòu)遇到軟弱不均地層或者穿越曲線段施工時(shí)，適時(shí)進(jìn)行盾構(gòu)姿態(tài)糾偏可能無(wú)法避免，那么在進(jìn)行此項(xiàng)工作時(shí)，必須注意以下幾點(diǎn)：（1）盾構(gòu)單詞糾偏量≤1cm；（2）糾偏過(guò)程應(yīng)盡量平穩(wěn)進(jìn)行，不能出現(xiàn)波動(dòng)。

3.3 同步注漿控制

同步注漿是盾構(gòu)施工的重要環(huán)節(jié)之一，而同步注漿量、漿液的質(zhì)量，則是進(jìn)行該項(xiàng)工序的關(guān)鍵因素，必須進(jìn)行嚴(yán)格控制。

（1）嚴(yán)格控制漿液質(zhì)量：所選擇的漿液應(yīng)具有較好的和易性，且泌水性??；

（2）注漿量控制標(biāo)準(zhǔn)：每環(huán)注漿量一般為建筑空隙2.85m3；每推進(jìn)一環(huán)同步注漿量為4.2m3～7.1m3。盾構(gòu)在穿越鐵路下方注漿量應(yīng)不小于150%，即注漿量不小于4.2m3，具體的注漿量應(yīng)該根據(jù)試推進(jìn)段確定，同時(shí)在盾構(gòu)穿越鐵路過(guò)程中動(dòng)態(tài)調(diào)整。注漿壓力控制在0.35～0.45MPa之間。

（3）建筑空隙得以及時(shí)、足壓、足量的充填，是檢驗(yàn)盾構(gòu)同步注漿的標(biāo)準(zhǔn)。

3.4 盾尾防漏技術(shù)

盾構(gòu)隧道下穿既有鐵路線路過(guò)程中，必須嚴(yán)格預(yù)防盾構(gòu)漏漿現(xiàn)象的出現(xiàn)，而盾尾密封油脂的注入則是其得以實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵所在[2]。因此，盾構(gòu)施工過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格控制好盾尾密封油脂的注入時(shí)間及注入壓力，具體控制標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)對(duì)措施如下：

（1）盾尾密封油脂應(yīng)連續(xù)不間斷的注入，避免出現(xiàn)空隙等；

（2）如盾尾出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象，則應(yīng)立即停止掘進(jìn)，并連續(xù)不斷注入盾尾油脂，直到漏漿現(xiàn)象停止后才能恢復(fù)掘進(jìn)狀態(tài)；

（3）施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)提前配備海綿條（150*150mm）來(lái)應(yīng)對(duì)盾尾漏漿等不時(shí)之需。

3.5 管片增設(shè)注漿孔

考慮盾構(gòu)穿越施工后期的二次注漿，同時(shí)以防在出現(xiàn)沉降情況下的補(bǔ)償注漿，特在盾構(gòu)下穿鐵路段其前后10環(huán)，采用特殊管片，管片各環(huán)增開注漿孔，每環(huán)增開10個(gè)注漿孔（圖3）。

圖3 管片增開注漿孔示意圖

盾構(gòu)施工過(guò)程中，如出現(xiàn)地表沉降大等異?，F(xiàn)象時(shí)，可結(jié)合實(shí)際需求，適時(shí)打開備用注漿孔，以滿足工程注漿應(yīng)急之需。

3.6 二次注漿與跟蹤注漿

盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中同步注漿是保證隧道建筑空隙得以填滿的第一條措施，當(dāng)出現(xiàn)同步注漿參數(shù)控制不當(dāng)、或者漿液收縮變形過(guò)大等，都會(huì)導(dǎo)致一定間隙的存在，因此施工過(guò)程中必須根據(jù)實(shí)際施工情況進(jìn)行二次注漿[3-4]，具體工序要求如下：

（1）二次注漿要在盾構(gòu)管片脫離盾尾5-8環(huán)后實(shí)施；

（2）二次注漿壓力控制在0.4～0.5 Mpa之間；

（3）進(jìn)行二次注漿時(shí)，如有必要可停止盾構(gòu)掘進(jìn)，以避免土體變形擴(kuò)大；

（4）二次注漿其他參數(shù)根據(jù)實(shí)際注漿效果進(jìn)行適時(shí)調(diào)整。

4 其他針對(duì)性控制技術(shù)

控制地面沉降和軌道沉降，保障國(guó)家鐵路安全運(yùn)營(yíng)，是對(duì)該項(xiàng)目盾構(gòu)穿越施工中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，必須采取針對(duì)應(yīng)的措施。

4.1 路基和軌道沉降、隆起控制

鐵路區(qū)域的沉降控制主要是為控制鐵路線的沉降和隆起，從而保證行車安全，因此路基的沉降及隆起的控制尤為重要[5]。為確保盾構(gòu)施工不影響鐵路列車行車安全，制定日單次實(shí)時(shí)沉降控制指標(biāo)為0.5mm（沉降速率），并研究制定以下針對(duì)性措施：

（1）第一階段：從刀盤開始進(jìn)入鐵路范圍前5天。前期累計(jì)沉降≤1mm。針對(duì)異常現(xiàn)象的處理措施：若當(dāng)日單次實(shí)時(shí)沉降大于0.5mm，將土倉(cāng)平衡壓力提高10kpa；若累計(jì)沉降大于1mm，將土倉(cāng)平衡壓力提高20kpa。

（2）第二階段：盾構(gòu)刀盤推進(jìn)至鐵路正下方直到盾尾脫離鐵路正下方。日累計(jì)沉降控制指標(biāo)為2mm（報(bào)警值為1.4mm）。主要控制措施為：利用同步注漿控制，確保盾構(gòu)周圍土體的建筑間隙填充密實(shí)、飽滿；依據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)和實(shí)際情況，注意注漿的及時(shí)性并保證漿液質(zhì)量及總注入量，確保地面沉降可控。該階段累計(jì)沉降量控制在4mm以內(nèi)。

（3）第三階段：盾尾脫離軌道下方5天內(nèi)，日累計(jì)沉降控制指標(biāo)為2mm（報(bào)警值為1.4mm）。該階段主要控制措施為：通過(guò)持續(xù)的二次注漿進(jìn)行控制，二次注漿壓力控制在0.4～0.8Mpa之間，同時(shí)根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)情況對(duì)注漿量及壓力進(jìn)行調(diào)整。該階段累計(jì)沉降量控制在5mm以內(nèi)。

（4）第四階段：盾構(gòu)脫離鐵路影響區(qū)域后10天。利用隧道內(nèi)二次注漿設(shè)備進(jìn)行跟蹤補(bǔ)注漿，直至地面沉降穩(wěn)定后停止，并持續(xù)監(jiān)測(cè)3個(gè)月時(shí)間，如有異常變化立即再行注漿，確保最終累計(jì)沉降量控制在6mm以內(nèi)。

4.2 穿越道岔技術(shù)控制措施

（1）本區(qū)間左線隧道穿越滬寧普速鐵路期間235#道岔釘閉開向255#道岔，相應(yīng)的停用到發(fā)線3道南京端咽喉；231#道岔釘閉開向Ⅱ道，237#道岔停用，相應(yīng)停用到發(fā)線4道南京端咽喉；239#～245#復(fù)式交分道岔釘閉開向233#道岔和261#道岔；251#道岔釘閉開向247#道岔，249#道岔釘閉開向調(diào)車場(chǎng)（可拆除換鋪線路），相應(yīng)停用到發(fā)線14道南京端咽喉。右線隧道穿越滬寧普速鐵路期間255#道岔釘閉開向到發(fā)線7道，相應(yīng)停用到發(fā)線5道南京端咽喉；237#道岔釘閉開向到發(fā)線4道；239#～245#復(fù)式交分道岔按停用考慮，相應(yīng)停用到發(fā)線6道、8道南京端咽喉；251#道岔釘閉開向247#道岔，249#道岔釘閉開向調(diào)車場(chǎng)（可拆除換鋪線路），相應(yīng)停用到發(fā)線14道南京端咽喉。結(jié)合本工程盾構(gòu)區(qū)間施工計(jì)劃，盾構(gòu)剛好在此期間下穿鐵路，可有效的降低道岔變形的風(fēng)險(xiǎn)。

（2）根據(jù)對(duì)鐵路影響范圍較大，安全風(fēng)險(xiǎn)較高的實(shí)際情況，盾構(gòu)穿越時(shí)、穿越后應(yīng)當(dāng)委托鐵路設(shè)備管理單位調(diào)足養(yǎng)修力量，保障鐵路行車安全。其中道岔修養(yǎng)應(yīng)當(dāng)自盾構(gòu)鄰近鐵路持續(xù)到盾構(gòu)穿越完成后不少于3個(gè)月，并根據(jù)沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化情況適時(shí)調(diào)整。

（3）盾構(gòu)穿越期間，滬寧城際高鐵按限速160km/h考慮，京滬鐵路正線按限速60km/h考慮，常州東站站線均按限速30km/h及以下考慮；并根據(jù)沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化情況及時(shí)調(diào)整。

（4）在接近道岔前40環(huán)時(shí)對(duì)盾構(gòu)姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整，保證道岔范圍前后各10環(huán)不進(jìn)行糾偏，即使出現(xiàn)少量偏差也在盾構(gòu)完全通過(guò)后進(jìn)行調(diào)整。

（5）盾構(gòu)在接近道岔前50環(huán)時(shí)，應(yīng)著重對(duì)盾構(gòu)的密封效果等性能進(jìn)行全面的檢查，確保盾構(gòu)裝備處于良好狀態(tài)。穿越鐵路過(guò)程中，每天安排時(shí)間檢查。

4.3 構(gòu)筑物保護(hù)措施

地鐵區(qū)間隧道穿越鐵路線區(qū)域設(shè)施有多根接觸網(wǎng)桿等構(gòu)筑物，主要控制措施有：

（1）穿越前調(diào)查清除構(gòu)筑物種類，與隧道的位置關(guān)系。

（2）在穿越前繪制構(gòu)筑物與掘進(jìn)路線相對(duì)關(guān)系圖，并做好安全技術(shù)交底，使盾構(gòu)班組能夠做到有目的施工。

（3）盾構(gòu)穿越這些重點(diǎn)設(shè)施、構(gòu)筑物施工過(guò)程要更好的控制土倉(cāng)壓力（穩(wěn)定值控制在1.8bar）和同步注漿量（穩(wěn)定值控制在4.2m3）相關(guān)技術(shù)參數(shù)以控制地面沉降，并做好相應(yīng)監(jiān)測(cè)工作，確實(shí)保證各個(gè)重點(diǎn)部位都受到監(jiān)控，以便及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施。

（4）根據(jù)試驗(yàn)段參數(shù)勻速推進(jìn)施工，推進(jìn)速度穩(wěn)定值控制在30mm/min。

4.4 下穿完成后的沉降保護(hù)措施

（1）下穿完成后，如果出現(xiàn)不同程度的沉降，立即對(duì)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)的前后各3環(huán)進(jìn)行二次注漿施工，注漿量控制在1～1.5m3；

（2）下穿完成后，監(jiān)測(cè)頻率按照下穿時(shí)的監(jiān)測(cè)頻率進(jìn)行；

（3）必要時(shí)，地面進(jìn)行垂直注漿施工，注漿量控制在1～1.5m3；

（4）針對(duì)沉降點(diǎn)進(jìn)行加密監(jiān)測(cè)，直到沉降值穩(wěn)定。