富水砂卵石地層盾構(gòu)隧道穿越鐵路咽喉區(qū)道岔群技術(shù)研究

戴志仁， 任 建， 李小強(qiáng)， 王天明

(1. 中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司， 陜西 西安 710043； 2. 陜西省鐵道及地下交通工程實(shí)驗(yàn)室， 陜西 西安 710043； 3. 成都地鐵運(yùn)營(yíng)有限公司， 四川 成都 610041)

0 引言

近年來，成都地鐵建設(shè)規(guī)模與建設(shè)強(qiáng)度穩(wěn)居全國(guó)第一，各類技術(shù)難題也不斷出現(xiàn)，比如側(cè)穿高層建筑的超載折算問題[1]、開挖卸載對(duì)基坑下方既有地鐵結(jié)構(gòu)的影響問題[2]等，給參建各方提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。成都火車北站位于老城核心區(qū)，地鐵5號(hào)線先后多次穿越運(yùn)營(yíng)中鐵路(含成綿樂客運(yùn)專線，最高速度250 km/h，普速鐵路通過速度不超過60 km/h)，在蓉北商貿(mào)大道段穿越火車北站鐵路咽喉區(qū)道岔群，在常規(guī)縱橫抬梁(如D型梁)、吊軌等措施無條件實(shí)施的前提下，基于目前成都地區(qū)富水砂卵石地層盾構(gòu)法隧道技術(shù)水平現(xiàn)狀，類似工況下要確保復(fù)式交分道岔5 mm以內(nèi)的微變形控制標(biāo)準(zhǔn)，施工難度空前。

目前，大量學(xué)者對(duì)穿越鐵路工程進(jìn)行了研究，也取得了相應(yīng)的研究成果。王海祥[3]針對(duì)西安地鐵4號(hào)線黃土隧道暗挖穿越隴海鐵路道岔區(qū)，提出了D梁結(jié)合縱橫梁加固措施；任建喜等[4]針對(duì)地鐵盾構(gòu)隧道下穿隴海鐵路進(jìn)行了研究；陳周斌等[5]針對(duì)砂質(zhì)粉土地層礦山法隧道下穿滬杭鐵路進(jìn)行了研究；霍軍帥等[6]基于蘇州某地鐵盾構(gòu)隧道下穿滬寧城際鐵路工程，驗(yàn)證了板+樁組合結(jié)構(gòu)措施的有效性，以及D梁(縱橫抬梁)加固措施的有效性。然而，目前的研究成果主要集中在穿越鐵路的常規(guī)加固措施與盾構(gòu)掘進(jìn)一般參數(shù)2方面。縱觀國(guó)內(nèi)外穿越鐵路工程案例，在富水砂卵石地層條件下集中連續(xù)穿越鐵路咽喉區(qū)道岔群工程，尚屬首例。在連續(xù)穿越4組復(fù)式交分道岔的同時(shí)，需要克服富水砂卵石地層施工擾動(dòng)明顯、地層沉降控制困難的難題，再加上復(fù)式交分道岔導(dǎo)致常規(guī)的縱橫抬梁或扣軌措施無法實(shí)施問題，須基于富水砂卵石地層特性，提出符合復(fù)式交分道岔變形控制要求的成套技術(shù)。

為確保本文研究的盾構(gòu)隧道穿越咽喉區(qū)工程順利實(shí)施，首先，基于本工程復(fù)式交分道岔特性，提出符合鐵路正常運(yùn)營(yíng)要求的變形控制標(biāo)準(zhǔn)(變形速率不超過1 mm/d)；其次，提出達(dá)到富水砂卵石地層預(yù)加固效果的可靠措施(高精度超長(zhǎng)大管棚、既有過鐵路人行通道加固與跟蹤注漿)；然后，提出盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)控制要點(diǎn)(保壓掘進(jìn)、盾構(gòu)姿態(tài)控制及嚴(yán)控注漿參數(shù)、鐵路運(yùn)營(yíng)天窗期掘進(jìn)施工等)；最后，基于鐵路安全運(yùn)營(yíng)需求，提出鐵路咽喉區(qū)保護(hù)應(yīng)急預(yù)案。本文提出的綜合措施最終確保了安全穿越施工，其中富水砂卵石地層條件下超長(zhǎng)大管棚關(guān)鍵技術(shù)的研究與突破，是確保咽喉區(qū)道岔群變形可控與鐵路運(yùn)營(yíng)安全的關(guān)鍵，可對(duì)類似工況下的大管棚加固技術(shù)積累經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概況

1.1 工程簡(jiǎn)介

成都地鐵某區(qū)間隧道主要走行于富水砂卵石地層，地下潛水位埋深約在地表下6 m(滲透系數(shù)約為20 m/d)，在距離火車北站約600 m處，沿商貿(mào)大道穿越鐵路咽喉區(qū)(道岔群)，隧道拱頂埋深10.8～17.8 m(見圖1)，咽喉區(qū)共涉及6股道(見圖2)，4組復(fù)式交分道岔(見圖3)，采用碎石道床，穿越段范圍約長(zhǎng)50 m(采用加泥式土壓平衡盾構(gòu)，隧道開挖輪廓直徑為6.28 m，管片外徑為6 m，壁厚0.3 m，1+2+3分塊模式，錯(cuò)縫拼裝)。地層物理力學(xué)參數(shù)如表1所示。

圖1 區(qū)間隧道縱斷面示意圖

圖2 鐵路咽喉區(qū)情況

鐵路咽喉區(qū)為地面線，采用路基型式(碎石道床)，由北向南依次為成灌線、成灌聯(lián)絡(luò)線、寶成線上行線、寶成線下行線、牽出線與停車線。同時(shí)，商貿(mào)大道東西兩邊各有一條穿越鐵路的人行下穿隧道(見圖3—5)。

既有過鐵路下穿隧道采用頂推法實(shí)施、矩形框架結(jié)構(gòu)形式(斷面凈空尺寸為2.5 m×6 m，壁厚0.4 m)，結(jié)構(gòu)頂板與鐵路豎向凈距不足1 m，縱向分段(單節(jié)長(zhǎng)度約6 m)，于20世紀(jì)80年代初建成投入使用。過鐵路下穿隧道工程實(shí)施期間，既有過鐵路人行通道暫停使用，待穿越工程完畢后再行鑒定。

圖3 鐵路咽喉區(qū)道岔群總平面圖

土層及其編號(hào)重度γ/(kN/m3)黏聚力c/kPa內(nèi)摩擦角φ/(°)側(cè)壓力系數(shù)K0壓縮模量ES/MPa土層厚度/m1-1填土188102.63.02-2粉質(zhì)黏土19.737.117.10.406.00.62-9-1松散卵石200300.33203.22-9-2稍密卵石210350.30284.22-9-3中密卵石220400.253712.02-9-4密實(shí)卵石230450.248>20

圖4 下穿鐵路咽喉區(qū)道岔群縱斷面(單位： m)

Fig. 4 Longitudinal profile of turnout groups of railway turnout area (unit: m)

圖5 既有過鐵路人行下穿通道

Fig. 5 Existing pedestrian passageway crossing underneath railway

1.2 安全控制標(biāo)準(zhǔn)

為確保既有鐵路正常運(yùn)營(yíng)與公眾安全，尤其是客運(yùn)專線(成灌線)，基于既有工程經(jīng)驗(yàn)與相關(guān)規(guī)范要求[7]，同時(shí)考慮到富水砂卵石中工程經(jīng)驗(yàn)相對(duì)欠缺，從嚴(yán)制定了盾構(gòu)隧道穿越道岔區(qū)風(fēng)險(xiǎn)控制標(biāo)準(zhǔn)。

1.2.1 路基沉降標(biāo)準(zhǔn)

本工程穿越鐵路道床采用路基形式(碎石道床)，基于盾構(gòu)法隧道掘進(jìn)施工引起的沉降范圍，在參考既有工程經(jīng)驗(yàn)[3]的基礎(chǔ)上，得到鐵路路基允許最大沉降值，如表2所示。

表2既有鐵路路基允許最大沉降值

Table 2 Allowable maximum settlement values of railway subgrade

中心埋深/m允許最大沉降值/mm≤120km/h120～200km/h200～250km/h250～350km/h10～129.0107.0584.5503.03312～1410.8128.4705.4603.64014～1612.6149.8826.3704.24616～1814.41611.2937.2794.85318～2016.21812.7058.1895.46020～2218.02014.1179.0996.066

注： 表中速度為列車最高運(yùn)行速度。

調(diào)研國(guó)內(nèi)眾多下穿既有鐵路工程案例可知，一般施工中所選取的最大沉降變形速率控制值為5 mm/d。由于本工程為客運(yùn)專線(最高速度250 km/h，普速鐵路通過速度不超過60 km/h)，且涉及高強(qiáng)度、大粒徑富水砂卵石地層，連續(xù)穿越范圍超過50 m，經(jīng)綜合比選，同時(shí)結(jié)合鐵路部門要求，最終確定了道床沉降變形控制標(biāo)準(zhǔn)為3 mm、相應(yīng)的沉降速率控制標(biāo)準(zhǔn)為1 mm/d。

1.2.2 交分道岔沉降標(biāo)準(zhǔn)

鐵路咽喉區(qū)涉及單開道岔與4組復(fù)式交分道岔(見圖3)，由于成灌線與寶成線在火車北站要停站(距離穿越位置不足1 km)，考慮到成灌線為市域鐵路，基于既有工程經(jīng)驗(yàn)與規(guī)范要求[8]，制定了本工程交分道岔(軌道)變形控制標(biāo)準(zhǔn)為3 mm，變形速率控制值為1 mm/d。鐵路軌道靜態(tài)幾何尺寸容許偏差值如表3所示。

綜合考慮路基與道岔沉降變形控制標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)根據(jù)沉降基準(zhǔn)值與既有工程經(jīng)驗(yàn)，采用基準(zhǔn)控制值的75%作為預(yù)警值、85%作為報(bào)警值。下穿鐵路咽喉區(qū)道岔群沉降控制指標(biāo)如表4所示。

表3 鐵路軌道靜態(tài)幾何尺寸容許偏差值

表4下穿鐵路咽喉區(qū)道岔群沉降控制指標(biāo)

Table 4 Deformation control standard for tunnel crossing underneath turnout groups

控制指標(biāo)路基沉降沉降值/mm沉降速率/(mm/d)軌道坡向控制值/‰軌道水平與垂直偏差/mm軌道沉降速率/(mm/d)基準(zhǔn)值31631預(yù)警值2.30.754.52.30.75報(bào)警值2.550.855.12.550.85

2 穿越鐵路道岔區(qū)重難點(diǎn)分析

本工程富水砂卵石地層盾構(gòu)隧道穿越鐵路咽喉區(qū)道岔群，為國(guó)內(nèi)首次連續(xù)穿越復(fù)式交分道岔施工，鐵路咽喉區(qū)穿越范圍約為50 m，受制于4組復(fù)式交分道岔，常規(guī)的D型梁或縱橫抬梁無條件實(shí)施。受市政下穿隧道工程影響，咽喉區(qū)北側(cè)無加固場(chǎng)地，僅南側(cè)有加固條件，同時(shí)，根據(jù)既有工程經(jīng)驗(yàn)，富水砂卵石地層條件下預(yù)注漿效果較差，因此長(zhǎng)距離大管棚成為可供選擇的超前預(yù)加固方法之一[8-9]。

根據(jù)既有工程經(jīng)驗(yàn)，成都地區(qū)富水砂卵石地層條件下，尤其是本工程面臨的密實(shí)卵石土地層，管棚最長(zhǎng)不宜超過35 m(此時(shí)偏差可控制在0.6 m以內(nèi))[8]，但本工程需要打設(shè)的管棚長(zhǎng)度超過50 m，同時(shí)面臨著大粒徑、高強(qiáng)度卵石的挑戰(zhàn)，因此，“高精度、長(zhǎng)距離、大直徑管棚”施工工藝及其控制技術(shù)，成為了首先需要突破的重點(diǎn)。其次，根據(jù)鐵路部門要求，只有在鐵路運(yùn)營(yíng)天窗期，盾構(gòu)才可掘進(jìn)施工，而根據(jù)盾構(gòu)掘進(jìn)速度，至少需要連續(xù)掘進(jìn)60 h，因此分段掘進(jìn)與停機(jī)后盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)的控制顯得尤為重要。同時(shí)，復(fù)式交分道岔不超過3 mm的變形控制標(biāo)準(zhǔn)，需要有變形超限的應(yīng)急預(yù)案，才能確保鐵路運(yùn)營(yíng)安全。

3 穿越鐵路道岔區(qū)關(guān)鍵技術(shù)

鐵路咽喉區(qū)工程涉及的高精度超長(zhǎng)大管棚施工、既有下穿鐵路人行通道加固處理、鐵路運(yùn)營(yíng)天窗期分段掘進(jìn)、長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)后盾構(gòu)掘進(jìn)技術(shù)以及復(fù)式交分道岔微沉降控制技術(shù)等，是本工程需要研究的關(guān)鍵技術(shù)。

3.1 高精度超長(zhǎng)大管棚技術(shù)

基于本工程面臨的大粒徑(最大粒徑在500 mm以上)、高強(qiáng)度卵石土地層，超長(zhǎng)大管棚的成功實(shí)施主要取決于頂進(jìn)工藝、鉆頭強(qiáng)度與破巖(石)能力、鉆進(jìn)精度與導(dǎo)向裝置等。

3.1.1 大管棚頂進(jìn)工藝與鉆頭選取

要保證大管棚的順利頂進(jìn)，須考慮到高強(qiáng)度卵石顆粒的破碎問題，鉆進(jìn)工藝、沖擊鉆頭與導(dǎo)向技術(shù)就顯得尤為重要。

大管棚可考慮采用螺旋出土跟管頂進(jìn)工藝(無需泥漿護(hù)壁)，管棚直徑159 mm，管節(jié)之間采用絲扣連接，管內(nèi)有螺旋出土鋼管，出土鋼管中間是螺旋鉆桿，設(shè)備主要由螺旋鉆桿、沖擊鉆頭、導(dǎo)向系統(tǒng)(經(jīng)緯儀、電腦、傳感器、光源等)、空壓機(jī)等組成。

采用套管護(hù)孔，中間風(fēng)動(dòng)潛孔錘沖擊鉆進(jìn)，鉆孔達(dá)到預(yù)定深度后，鉆桿帶出潛孔錘，鋼套管留在孔內(nèi)作為管棚管。

頂進(jìn)鉆頭可選用高強(qiáng)度合金鋼，通過頂進(jìn)前方鉆頭沖擊破碎前方卵石土，回轉(zhuǎn)鉆頭將破碎的渣土排出，通過鉆孔螺旋鉆桿出土。大管棚打設(shè)用鉆頭如圖6所示。大管棚布置與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施情況如圖7所示。

(a)

(b)

(a) 雙層大管棚橫斷面布置情況(單位： mm)

(b) 雙層大管棚現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施情況

Fig. 7 Arrangement and on-site implementation of large pipe roof

3.1.2 大管棚施工導(dǎo)向控制與方向調(diào)節(jié)

為確保管棚打設(shè)期間對(duì)地層的擾動(dòng)可控，管棚施工精度須得到保證。因此，管棚導(dǎo)向采用“傾角偏差”和“坐標(biāo)測(cè)量”的雙重控制標(biāo)準(zhǔn)。

傾角偏差主要是通過管棚外壁傳感器確定管棚垂直方向與設(shè)計(jì)角度的偏差。

坐標(biāo)測(cè)量主要通過螺旋鉆桿內(nèi)光源坐標(biāo)與管棚設(shè)計(jì)坐標(biāo)的對(duì)比分析，確定管棚方向。

大管棚螺旋沖擊鉆進(jìn)施工主要靠鉆頭自重和定位擴(kuò)孔方式調(diào)節(jié)管棚頂進(jìn)方向，如圖8所示。

圖8 大管棚鉆進(jìn)導(dǎo)向示意圖

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，大管棚施工精度可以控制在1%以內(nèi)，滿足設(shè)計(jì)要求。

3.1.3 大管棚注漿工藝

大管棚管壁與地層之間存在一定空隙，由于砂卵石地層粒徑大小不一，地層均一性較差，造成管壁與地層間空隙分布情況不一樣。因此，大管棚注漿需采用流動(dòng)性好，且具有微膨脹性的水泥(砂)漿，同時(shí)管壁預(yù)留孔洞尺寸及其位置，應(yīng)與所注漿液特性、地層空隙情況相匹配。

由于管棚長(zhǎng)度大，注漿范圍長(zhǎng)，同時(shí)為防止過大的注漿壓力引起地層劈裂破壞與地層隆起變形，因此注漿壓力需要嚴(yán)格控制，具體注漿壓力值(終值，實(shí)際工程可按0.3～0.5 MPa控制，滿足實(shí)際工程管棚注漿需要)可參考式(1)，根據(jù)監(jiān)測(cè)情況綜合確定。

pmax=γh+λt。

(1)

式中：pmax為注漿壓力終值；γ為地層重度；h為注漿點(diǎn)埋深；λt為圍巖抗剪強(qiáng)度(直剪快剪試驗(yàn)對(duì)應(yīng)的黏聚力與內(nèi)摩擦角)。

3.2 既有人行下穿通道加固與跟蹤注漿

既有過鐵路人行下穿通道建設(shè)年代久遠(yuǎn)(20世紀(jì)90年代底)，采用頂管法施工，管節(jié)長(zhǎng)6 m，覆土約800 mm。對(duì)下穿通道相鄰管節(jié)接頭加強(qiáng)處理： 通道50 m長(zhǎng)度范圍內(nèi)接頭全部采用型鋼支撐(HW250×250，Q235)，共計(jì)8個(gè)接頭，加強(qiáng)既有通道結(jié)構(gòu)縱向剛度，如圖9所示。

圖9 既有過鐵路人行下穿通道接頭加固處理圖(單位： mm)

Fig. 9 Joint reinforcement of existing pedestrian passageway crossing underneath railway (unit： mm)

由于過鐵路人行下穿通道與上方鐵路豎向凈距不足1.5 m，因此在對(duì)人行通道進(jìn)行加固后，有望在鐵路下方形成縱向大剛度挑梁，一定程度上可起到縱梁的作用。

同時(shí)，考慮到50 m咽喉區(qū)范圍內(nèi)人員無法自由進(jìn)出進(jìn)行地層加固，因此利用人行通道預(yù)埋注漿管(PVC管)進(jìn)行跟蹤注漿(注漿壓力建議不大于0.2 MPa，漿液采用水泥漿，初凝時(shí)間按4 h考慮，擴(kuò)散半徑按0.3 m考慮)，補(bǔ)償盾構(gòu)掘進(jìn)可能引起的地層損失(根據(jù)盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)與地層變形監(jiān)測(cè)情況綜合確定注漿時(shí)機(jī)與注漿參數(shù)，確保累計(jì)沉降變形不大于3 mm，單日沉降變形不超過1 mm)。

既有過鐵路人行下穿通道袖閥管跟蹤注漿布置如圖10所示。采用MIDAS/GTS-NX進(jìn)行模擬分析，設(shè)置為位移邊界條件，采用修正的摩爾-庫(kù)侖本構(gòu)關(guān)系，滿足圣維南邊界條件，地層采用實(shí)體單元模擬，盾構(gòu)隧道與過鐵路既有人行通道結(jié)構(gòu)采用梁板單元模擬，管棚采用植入式錨桿單元模擬，袖閥管注漿加固通過改變地層力學(xué)參數(shù)來實(shí)現(xiàn)?；贛IDAS/GTS數(shù)值計(jì)算分析的左右線隧道貫通后地層豎向位移等值線圖如圖11所示，由盾構(gòu)掘進(jìn)引起地層位移的傳播途徑與擴(kuò)散范圍可知，由西至東，既有人行通道兩側(cè)袖閥管長(zhǎng)度分別為6.0、5.5、5.0、3.5 m。

由圖11可知，通道兩側(cè)袖閥管長(zhǎng)度基本可以覆蓋住盾構(gòu)掘進(jìn)引起的地層位移擴(kuò)散區(qū)域，最大地表沉降變形也僅有2 mm(滿足沉降變形控制標(biāo)準(zhǔn))。

3.3 鐵路運(yùn)行天窗期分段掘進(jìn)控制

由于需要在鐵路運(yùn)營(yíng)天窗期(00：00～04:00)分段掘進(jìn)，因此停機(jī)位置的選擇尤為重要。

從北向南，復(fù)式交分道岔主要集中在成灌聯(lián)絡(luò)線、寶成線下行線、寶成線上行線與牽出線，而相鄰鐵路之間的凈距為4～6 m，因此將咽喉區(qū)分成4段掘進(jìn)通過，咽喉區(qū)范圍內(nèi)每段掘進(jìn)長(zhǎng)度不超過9 m(6環(huán)，1個(gè)天窗期內(nèi)完成)，具體分段情況與盾構(gòu)刀盤停機(jī)位置如圖12所示。

圖10既有過鐵路人行下穿通道袖閥管跟蹤注漿布置圖(單位： m)

Fig. 10 Arrangement of Soletanche tracing grouting (unit: m)

圖11 左右線隧道貫通后地層豎向位移等值線圖(單位： m)

Fig. 11 Vertical displacement contour after breaking-through of left and right tunnels (unit： m)

圖12 鐵路咽喉區(qū)范圍分段掘進(jìn)情況(單位： m)

Fig. 12 Sketch of sectioned boring in railway turnout area (unit: m)

3.4 長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)后盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)控制

基于盾構(gòu)隧道施工基本原理，一次連續(xù)掘進(jìn)施工對(duì)周邊環(huán)境影響的控制最為有利。為了確保鐵路安全運(yùn)營(yíng)，本工程采用天窗期分段掘進(jìn)，進(jìn)而面臨著咽喉區(qū)范圍停機(jī)后再次恢復(fù)掘進(jìn)施工難題。

基于富水砂卵石地層特性與既有工程經(jīng)驗(yàn)[10-11]，為了確保停機(jī)后再啟動(dòng)期間掌子面穩(wěn)定與施工擾動(dòng)控制，制定了如下技術(shù)措施。

3.4.1 盾構(gòu)掘削面保壓控制

停機(jī)期間，每隔3 h刀盤維持轉(zhuǎn)動(dòng)一定時(shí)間，并根據(jù)土艙壓力監(jiān)測(cè)情況，及時(shí)注入高質(zhì)量鈉基膨潤(rùn)土進(jìn)行渣土改良，確保掌子面有效保壓(壓力波動(dòng)控制在10%以內(nèi))[12]。

3.4.2 嚴(yán)格控制盾構(gòu)與管片拼裝姿態(tài)

穿越鐵路前，調(diào)整盾構(gòu)姿態(tài)，確保盾構(gòu)、盾尾后方隧道軸線與線路走向平行(水平向夾角不大于3°)[13]，同時(shí)確保盾尾處管片與盾殼之間空隙相對(duì)均衡(嚴(yán)格控制在60～90 mm)。

3.4.3 嚴(yán)格控制盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)

土艙上部土壓嚴(yán)格控制在0.11～0.14 MPa，盾構(gòu)總推力控制在13 000～14 000 kN，刀盤轉(zhuǎn)矩控制在3 500～4 500 kN·m，刀盤轉(zhuǎn)速控制在1.5～1.7 r/min，掘進(jìn)速度控制在50～65 mm/min。由于穿越鐵路咽喉區(qū)范圍僅為50 m，左右線盾構(gòu)前后需相距100 m以上。確保左線掘進(jìn)通過咽喉區(qū)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示地層變形穩(wěn)定后，右線再掘進(jìn)穿越施工。

千斤頂行程控制在300～1 800 mm(滿足1環(huán)管片拼裝要求)。

嚴(yán)格控制每環(huán)出土量，采用渣土質(zhì)量與體積的雙控標(biāo)準(zhǔn)，每環(huán)出土量不大于58 m3(理論出渣量為54.4 m3/環(huán)，松散系數(shù)在1.18左右)。

3.4.4 嚴(yán)格控制注漿工藝

盾構(gòu)掘進(jìn)期間的同步注漿，不但關(guān)系到盾構(gòu)掘進(jìn)期間的地層穩(wěn)定，更關(guān)系到掘進(jìn)通過后地層的滯后沉降問題，因此首先采用大體積質(zhì)量漿液(見表5，漿液體積質(zhì)量為1 800 kg/m3)，漿液初凝時(shí)間控制在4 h左右，同時(shí)每環(huán)注漿量不小于7.2 m3(相應(yīng)充填率為1.5)。盾尾空隙漿液注入率按2.0考慮，同時(shí)在盾尾后方2環(huán)與10環(huán)位置，及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)壓漿，確保盾尾空隙范圍得到有效充填。

表5 漿液質(zhì)量配合比

3.5 復(fù)式交分道岔變形控制技術(shù)

為有效控制盾構(gòu)掘進(jìn)期間復(fù)式交分道岔沉降變形，在采取一系列主動(dòng)控制措施的基礎(chǔ)上，還需要采取相應(yīng)的被動(dòng)預(yù)案，以確保鐵路安全。

針對(duì)盾構(gòu)掘進(jìn)可能引起的地層損失與地層沉降問題，一方面，采取既有下穿鐵路人行通道內(nèi)袖閥管跟蹤注漿(根據(jù)監(jiān)測(cè)情況)，及時(shí)彌補(bǔ)盾構(gòu)掘進(jìn)引起的地層損失；另一方面，盾構(gòu)掘進(jìn)期間為鐵路運(yùn)營(yíng)天窗期，因此派人24 h現(xiàn)場(chǎng)助勤，根據(jù)監(jiān)測(cè)情況，必要時(shí)對(duì)有砟軌道進(jìn)行抬升處理，確保單日累計(jì)沉降變形控制在1 mm以內(nèi)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)整體變形控制目標(biāo)。

4 盾構(gòu)掘進(jìn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

盾構(gòu)隧道于2018年8月中旬順利穿越鐵路咽喉區(qū)道岔群，穿越期間監(jiān)測(cè)斷面與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如圖13—15所示(8月6日，右線盾構(gòu)開始穿越咽喉區(qū)，8月12日完成穿越施工，左線盾構(gòu)已于7月完成穿越施工)。

圖13 鐵路咽喉區(qū)道岔群監(jiān)測(cè)斷面布置圖

圖14 J1斷面監(jiān)測(cè)曲線

由圖14可知： J1斷面最大沉降值出現(xiàn)在左線隧道上方，地表最大沉降值為-1.2 mm，同時(shí)右線盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)，左線上方沉降變形由-0.7 mm逐步增大到-1.2 mm，隨后又逐步恢復(fù)到-0.7 mm(既有過鐵路下穿通道跟蹤注漿)，而右線隧道地層沉降值不超過-0.5 mm，左線隧道地層變形明顯大于右線隧道。表明在左線隧道先行通過的情況下，右線隧道掘進(jìn)擾動(dòng)會(huì)進(jìn)一步加劇左線隧道地層變形，雖然砂卵石地層顆粒骨架效應(yīng)明顯，但與軟土地層類似，由于先掘進(jìn)盾構(gòu)對(duì)地層的擾動(dòng)和地層剛度的下降，后掘進(jìn)盾構(gòu)施工對(duì)已施工隧道及其上方地層的影響是存在的[14-15]。

圖15 J4斷面監(jiān)測(cè)曲線

進(jìn)一步觀察發(fā)現(xiàn)，左線隧道處地層變形在超過單日變形控制標(biāo)準(zhǔn)(-1 mm)后，通過既有過鐵路下穿通道內(nèi)注漿后(J4-5位置)，不但沉降趨勢(shì)減弱，甚至出現(xiàn)了一定的反向隆起位移，這主要是由于下穿通道與地表距離較近(見圖4)，同時(shí)漿液體積質(zhì)量與注漿壓力較大造成的。由此可見，在注漿壓力得到有效控制的前提下，合適的袖閥管跟蹤注漿工藝可以在一定程度上彌補(bǔ)盾構(gòu)掘進(jìn)擾動(dòng)引起的地層沉降變形。

由圖15可知： J4斷面最大沉降值也出現(xiàn)在先行掘進(jìn)通過的左線隧道處，最大沉降值約為-1.0 mm，左線隧道采取跟蹤注漿后(J4-5位置)，沉降趨勢(shì)也得到了較好的控制，而在左右線中間部位，未進(jìn)行跟蹤注漿，相應(yīng)沉降變形較為明顯。

5 結(jié)論與建議

1)高強(qiáng)度砂卵石地層中，管棚長(zhǎng)度超過50 m時(shí)，在大管棚頂進(jìn)工藝、鉆頭剛度與導(dǎo)向技術(shù)得到改善的情況下，可將施工精度控制在1%以內(nèi)，提升了大管棚施工工藝。

2)既有鐵路下方人行通道縱向加固后，可在一定程度上起到縱向大剛度挑梁的效果；同時(shí)，在人行通道內(nèi)設(shè)置袖閥管跟蹤注漿，可有效補(bǔ)償盾構(gòu)掘進(jìn)引起的地層損失與施工擾動(dòng)位移。

3)在土艙壓力與掘削面保壓效果得到有效控制的情況下，盾構(gòu)二次啟動(dòng)與分段掘進(jìn)的影響基本可控。

4)與軟土地層類似，雖然砂卵石地層顆粒骨架效應(yīng)明顯，但先后掘進(jìn)盾構(gòu)施工之間的影響是普遍存在的。

5)盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)控制與微擾動(dòng)施工是解決盾構(gòu)穿越重大風(fēng)險(xiǎn)源的根本，后續(xù)研究可從富水砂卵石地層開挖面穩(wěn)定機(jī)制、渣土改良以及土艙壓力控制等方面進(jìn)一步尋求突破。