盾構(gòu)隧道下穿鐵路施工技術(shù)研究

湯國(guó)良

（中鐵八局集團(tuán)昆明鐵路建設(shè)有限公司，云南 昆明 650200）

0 引言

昆明市軌道交通4號(hào)線(xiàn)大漾田車(chē)輛段出入段線(xiàn)至陳家營(yíng)站區(qū)間采用盾構(gòu)隧道穿越鐵路既有線(xiàn)并且位于道岔位置，施工地段埋置淺、土層薄弱，同時(shí)面臨盾構(gòu)隧道線(xiàn)型為小半徑、大坡度，貨物列車(chē)牽引重等不利因素。為確保鐵路行車(chē)安全及盾構(gòu)施工安全性，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，通過(guò)施工組織設(shè)計(jì)優(yōu)化、設(shè)計(jì)圖紙深化等一系列措施，保證了盾構(gòu)隧道下穿既有鐵路的安全，有效地控制了行車(chē)和施工安全風(fēng)險(xiǎn)。

1 工程概況

1.1 盾構(gòu)隧道段概況

大漾田車(chē)輛段出入段線(xiàn)至陳家營(yíng)站區(qū)間為雙線(xiàn)盾構(gòu)隧道，長(zhǎng)度468.140m，曲線(xiàn)半徑為400m，最大坡度為33.832‰;出段線(xiàn)長(zhǎng)度458.009m，曲線(xiàn)半徑為450m，最大坡度為34.844‰；盾構(gòu)方向均為小里程端向大里程端，出入線(xiàn)盾構(gòu)隧道線(xiàn)間距12.8m。盾構(gòu)隧道出入段線(xiàn)至既有鐵路專(zhuān)用線(xiàn)距離約41.2m，入段線(xiàn)盾構(gòu)隧道下穿既有鐵路長(zhǎng)度3.707m，出段線(xiàn)盾構(gòu)隧道下穿既有鐵路長(zhǎng)度2.12m，盾構(gòu)隧頂埋深約17.2m。

1.2 盾構(gòu)隧道下穿鐵路段概況

鐵路專(zhuān)用線(xiàn)主要用于貨物運(yùn)輸，盾構(gòu)隧道下穿鐵路部分位于云南冶煉廠(chǎng)站場(chǎng)北端道岔岔首位置，道岔為 P43鋼軌9號(hào)單開(kāi)道岔，岔區(qū)前后軌道均為P43鋼軌，線(xiàn)路軌距為1.435m，線(xiàn)路縱坡為2‰，鐵路基礎(chǔ)面寬度約12～13m。機(jī)車(chē)重量約138t、牽引重量約2000t，每天往返列車(chē)至少16趟。

圖1 盾構(gòu)區(qū)間與鐵路平面關(guān)系圖

2.3 設(shè)計(jì)概況

2.3.1 工程地質(zhì)條件

據(jù)地質(zhì)勘察資料及設(shè)計(jì)圖紙顯示，盾構(gòu)隧頂埋深約17.2m，盾構(gòu)隧道掘進(jìn)涉及的地層主要為<3-2＞粉質(zhì)黏土、<3-2-1＞粉質(zhì)粘土，局部小范圍透鏡狀存在<3-4＞泥炭質(zhì)土、<3-10＞礫砂、<3-7＞細(xì)砂、<3-5＞粉土及<3-2-2＞粉質(zhì)黏土等地層。以上地質(zhì)層均為施工薄弱環(huán)節(jié)，遇水易液化、自穩(wěn)性差，盾構(gòu)隧道掘進(jìn)前采用袖閥管注漿固結(jié)。

圖2 盾構(gòu)隧道段工程地質(zhì)剖面圖

3 盾構(gòu)穿越鐵路施工技術(shù)

根據(jù)地質(zhì)、水文和埋深等因素判別，列車(chē)運(yùn)行通過(guò)時(shí)的動(dòng)載對(duì)盾構(gòu)隧道施工安全有較大影響，為保證行車(chē)安全及盾構(gòu)推進(jìn)正常施工，施工采取“先加固，后過(guò)軌”方案，施工分為2個(gè)主要階段，第一階段：盾構(gòu)推進(jìn)前，采用軌束梁加固鐵路線(xiàn)路，對(duì)鐵路路基注漿加固。第二階段：盾構(gòu)推進(jìn)，監(jiān)控量測(cè)，盾構(gòu)施工堅(jiān)持“保頭護(hù)尾”的原則。

3.1 鐵路路基加固

圖3 袖閥管注漿加固工藝流程圖

圖4 袖閥管立面示意圖

盾構(gòu)穿越鐵路前需對(duì)鐵路路基進(jìn)行預(yù)加固，地面預(yù)加固采用袖閥管注漿加固工藝。加固范圍為鐵路線(xiàn)路外垂直距離6m及隧道外結(jié)構(gòu)邊垂直距離6m組成的不規(guī)則矩形，加固深度為鐵路地基下12m，即成孔深度12m。

3.1.1 袖閥管注漿加固施工工序

1）注漿技術(shù)參數(shù)。袖閥管單孔注漿擴(kuò)散半徑為800mm；水泥漿的水灰比為1∶1，水玻璃液的水玻比：35～45Be｀，水泥漿與水玻璃液灌注的體積比為1∶0.5，注漿壓力為0.2～1.0MPa，為防止注漿施工對(duì)盾構(gòu)機(jī)的影響，注漿壓力將嚴(yán)格控制在1MPa以?xún)?nèi)，并嚴(yán)格按計(jì)算注漿量進(jìn)行注漿。

表1 大漾田盾構(gòu)隧道出段線(xiàn)監(jiān)控量測(cè)成果匯總表

2）注漿順序。采用先外圍，后中間，同排隔孔注漿，鄰排錯(cuò)開(kāi)注漿的原則。

3）注漿結(jié)束后，及時(shí)沖洗注漿管，并視注漿加固效果進(jìn)行補(bǔ)充注漿。

3.2 鐵路線(xiàn)路加固

盾構(gòu)施工前對(duì)穿越鐵路部分軌道采用P43鋼軌按照3-5-5-3軌束梁進(jìn)行加固，加固范圍為38.3m(12.8+5.5+10*2)，首先拆除既有道岔，安裝拆除部分鋼軌，連通線(xiàn)路，經(jīng)鐵路部門(mén)專(zhuān)業(yè)人員檢查達(dá)到列車(chē)放行條件后，開(kāi)通線(xiàn)路，原則上鐵路線(xiàn)路加固部分列車(chē)通過(guò)速度不大于45km/h，列車(chē)通過(guò)后都要對(duì)加固區(qū)域構(gòu)件是否有松動(dòng)進(jìn)行檢查，確保鐵路線(xiàn)路的剛度和穩(wěn)定性，保證施工期間軌道線(xiàn)路不發(fā)生變形，不影響行車(chē)安全。

3.3 盾構(gòu)施工

盾構(gòu)施工前對(duì)穿越鐵路設(shè)施周邊環(huán)境進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查，在盾構(gòu)穿越地表面上用紅線(xiàn)標(biāo)出了隧道中心線(xiàn)，監(jiān)測(cè)人員預(yù)先在鐵路周?chē)贾帽O(jiān)測(cè)點(diǎn)，并取得初始值，穿越期間每天定期（至少2次）對(duì)鐵路路基沉降情況進(jìn)行施工監(jiān)測(cè)，線(xiàn)路養(yǎng)護(hù)人員及時(shí)對(duì)軌道幾何尺寸進(jìn)行檢查，根據(jù)測(cè)量和檢查數(shù)據(jù)，及時(shí)調(diào)整盾構(gòu)推力、刀盤(pán)扭矩、土倉(cāng)壓力等掘進(jìn)參數(shù)，不斷矯正盾構(gòu)姿態(tài)，確保盾構(gòu)沿隧道設(shè)計(jì)軸線(xiàn)推進(jìn)。

3.3.1 隧道管片的調(diào)整

根據(jù)鐵路線(xiàn)對(duì)盾構(gòu)隧道頂荷載的影響，通過(guò)施工和運(yùn)營(yíng)階段管片的內(nèi)力和抗裂檢算，隧道管片鋼筋配筋進(jìn)行適當(dāng)加強(qiáng)，注漿孔增至16個(gè)。

3.3.2 監(jiān)控量測(cè)

盾構(gòu)隧道下穿鐵路施工過(guò)程中對(duì)盾構(gòu)隧道兩側(cè)各30m范圍內(nèi)地表進(jìn)行系統(tǒng)全面的監(jiān)控量測(cè)。監(jiān)控量測(cè)項(xiàng)目主要包括洞外地表沉降、周?chē)鷺?gòu)筑物、管線(xiàn)的變形位移和鐵路線(xiàn)路幾何尺寸，洞內(nèi)隧道結(jié)構(gòu)的豎向、水平位移和凈空收斂。監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)布置在構(gòu)筑物對(duì)沉降敏感的位置，當(dāng)?shù)乇肀敬纬两邓俾驶蚶塾?jì)沉降速率超標(biāo)發(fā)生異常時(shí)，應(yīng)立即對(duì)線(xiàn)路幾何尺寸進(jìn)行檢查，及時(shí)對(duì)線(xiàn)路進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，無(wú)法及時(shí)整改應(yīng)上報(bào)鐵路行車(chē)部門(mén)，并采取停發(fā)或晚發(fā)列車(chē)并申請(qǐng)“緊急天窗維修”應(yīng)急措施。正常情況下每天監(jiān)測(cè)2次，非正常時(shí)相應(yīng)增加監(jiān)測(cè)次數(shù)，必要時(shí)跟蹤監(jiān)測(cè)，盾尾脫離線(xiàn)路后，對(duì)路基變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)直至數(shù)據(jù)穩(wěn)定收斂。觀(guān)測(cè)成果如表3。

通過(guò)觀(guān)測(cè)，局部點(diǎn)位存在累計(jì)變化值超標(biāo)，變化速率均在允許值范圍內(nèi)。后期施工方法上重點(diǎn)做到保持土壓平衡，控制好盾構(gòu)姿態(tài)。

3.3.3 嚴(yán)控出土量，減少土層損失率

出土量不得超過(guò)理論出土量（每環(huán)理論出土量＝π×r2×L＝π×3.24×3.24×1.2＝39.55m3/環(huán)）。

3.3.4 嚴(yán)格控制切口土壓力等施工參數(shù)

在盾構(gòu)穿越過(guò)程中必須嚴(yán)格控制切口平衡土壓力，盾構(gòu)穿越鐵路土壓力設(shè)定值初步設(shè)定為：0.08～ 0.12MPa。

3.3.5 推進(jìn)速度

在確保盾構(gòu)正面變形控制良好的情況下，盾構(gòu)均衡勻速施工，以減少盾構(gòu)施工對(duì)鐵路的影響，推進(jìn)速度以1.0～2.0cm/min為宜。

3.3.6 同步注漿

管片安裝完畢就位后，及時(shí)開(kāi)展管片后背同步注漿工作，管片安裝不得超過(guò)注漿面10環(huán)，當(dāng)天施工管片必須同步完成管片注漿，注漿壓力控制在0.3～0.4MPa左右，并做好理論注漿量與設(shè)計(jì)注漿量的對(duì)比。

3.3.7 二次注漿

二次注漿遵循：“低圧、多孔、多次、少量、均勻”的原則。

3.3.8 管片拼裝

隧道襯砌由六塊預(yù)制鋼筋砼管片拼裝而成，寬度1.2m，管片采用通縫拼裝，為先下后上、先縱后環(huán)、左右交叉、封頂徑向推入再縱向插入成環(huán)工藝。拼裝中要嚴(yán)格控制襯砌環(huán)面的平整度，管片之間最大錯(cuò)臺(tái)不大于4mm。

3.3.9 及時(shí)優(yōu)化掘進(jìn)參數(shù)

該工程主要地質(zhì)狀況為淤泥質(zhì)黏土（3-2）和泥炭質(zhì)土（3-4），土體塑性大、粘性強(qiáng)，前方土體需要超前改良。掘進(jìn)過(guò)程中，不斷調(diào)整千斤頂?shù)耐七M(jìn)速度、刀盤(pán)轉(zhuǎn)速和排土量，施工中保持推進(jìn)速度與出土速度相匹配。

4 盾構(gòu)下穿鐵路設(shè)施注意事項(xiàng)

4.1 掘進(jìn)前明確設(shè)計(jì)線(xiàn)路平豎曲線(xiàn)半徑、縱向坡度、盾構(gòu)隧道中線(xiàn)坐標(biāo)和標(biāo)高等各項(xiàng)參數(shù)，并根據(jù)掘進(jìn)前的各項(xiàng)監(jiān)測(cè)成果，確定下次盾構(gòu)機(jī)推力、掘進(jìn)速度、刀盤(pán)轉(zhuǎn)速、刀盤(pán)扭矩、土場(chǎng)壓力和注漿量等各項(xiàng)參數(shù)。

4.2 采取信息反饋的施工方法對(duì)盾構(gòu)推進(jìn)進(jìn)行質(zhì)量控制，盾構(gòu)下穿鐵路前，監(jiān)測(cè)人員預(yù)先在鐵路周?chē)贾帽O(jiān)測(cè)點(diǎn)，并取得初始值，穿越期間實(shí)時(shí)提供地面、鐵路、建筑物沉降情況。施工中通過(guò)程控電話(huà)，隨時(shí)保持洞屋內(nèi)外工作人員信息暢通。

4.3 盾構(gòu)操作人員、測(cè)量監(jiān)控人員和線(xiàn)路養(yǎng)護(hù)人員隨時(shí)保持相互溝通，確保隧道施工實(shí)際偏差控制在50mm以?xún)?nèi)，將地層損失率控制在5‰以?xún)?nèi)，保證鐵路運(yùn)輸安全。

5 結(jié)束語(yǔ)

盾構(gòu)隧道施工穿越既有鐵路風(fēng)險(xiǎn)高，難度大，本文通過(guò)盾構(gòu)隧道下穿鐵路施工前采用線(xiàn)路加固、路基注漿加固，施工過(guò)程中通過(guò)監(jiān)控量測(cè)不斷調(diào)整掘進(jìn)速度、盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)等措施，施工安全、質(zhì)量和進(jìn)度均在控制范圍內(nèi)，為類(lèi)似施工提供了借鑒和指導(dǎo)意義。