盾構(gòu)近距離下穿既有鐵路隧道施工關(guān)鍵技術(shù)

曹亞奇，歐陽天一，李文龍，周雄威，劉 康

（中建隧道建設有限公司，重慶 401320）

盾構(gòu)近距離下穿鐵路隧道掘進施工中，保證安全、快速下穿和及時、足量注漿，加強監(jiān)測是安全下穿鐵路的關(guān)鍵。施工中必須從設備保障、刀盤刀具適應性、掘進模式、參數(shù)控制、出渣控制、姿態(tài)控制、管片選型及拼裝控制、施工監(jiān)測和施工管理等方面進行控制。

1 工程概況

南寧市軌道交通4 號線一期工程施工總承包01 標土建1 工區(qū)那歷村站～那洪立交站區(qū)間沿那洪大道自西向東敷設，沿線地勢較平緩，地下水位埋深4.9～5.7m。地鐵盾構(gòu)隧道與南環(huán)線槎路隧道平面交角約83°，槎路隧道于2002 年竣工，為單洞單線貨運隧道，隧道采用“新奧法”施工，初期支護厚度200mm；二襯厚度450mm，隧頂埋深約8m，新建盾構(gòu)隧道隧頂距離槎路隧道仰拱底左線為2.644m，右線為2.725m，下穿段對應長度為6.7m。槎路隧道列車速度為80km/h，碎石道床厚度0.75m。

盾構(gòu)隧道管片結(jié)構(gòu)直徑為6m，壁厚0.3m，盾構(gòu)穿越的地層為泥巖及泥質(zhì)粉砂巖，槎路隧道上部為含粘性土圓礫，下部位于泥巖、泥質(zhì)粉砂巖層中，下穿段夾層土主要為泥巖，右線局部存在層狀泥質(zhì)粉砂巖層。

2 下穿施工工藝

1）盾構(gòu)隧道穿越前，進行現(xiàn)狀檢測，檢查隧道內(nèi)的滲漏水、裂縫等病害情況，并采用地質(zhì)雷達掃描襯砌背后是否存在空洞，對結(jié)構(gòu)病害進行統(tǒng)計梳理。

2）對影響鐵路安全運營的結(jié)構(gòu)病害，提前進行處理，施工前針對疑似空洞位置采用袖閥管注漿的方式在地面對應位置進行注漿加固補強，改善隧道結(jié)構(gòu)受力。

3）重視盾構(gòu)設備系統(tǒng)參數(shù)選擇，采用6 輻條+6 小面板復合式刀盤，刀盤開口率不小于35%、增加攪拌棒數(shù)量、刀具布置合理（將部分滾刀換為撕裂刀，滾刀刀圈采用合金顆粒刀圈，提高泥巖地層的破巖能力和掘進效率)等，設定合理土壓及掘進速度，保證螺旋機排土通暢；配備盾體的水平徑向注漿孔，必要時能夠在盾構(gòu)掘進過程中同步注入特制膨潤土或克泥效，以及時充填盾構(gòu)掘進引起的盾體與土體的間隙，減小掘進時的地層損失。

4）下穿前將盾構(gòu)施工計劃與鐵路運輸部門對接，通過行車調(diào)度來實現(xiàn)下穿過程中無列車通過或減少列車通過班次，盾構(gòu)正穿隧道邊線前后8 環(huán)（其中左線553～560 環(huán)、567～574 環(huán)；右線551～558 環(huán)、565～572 環(huán)）需線路限速45km/h，盾構(gòu)正穿隧道范圍內(nèi)需進行線路封鎖（左線561～566 環(huán)、右線565～572 環(huán)），線路內(nèi)加固施工期間均為天窗期，車輛停運。線路加固內(nèi)容主要包括隧道空洞注漿（地面注漿）、應急道砟放置、自動化監(jiān)測設備安裝。

5）盾構(gòu)掘進通過下穿段時，拼裝增加注漿孔型管片（除封頂快外，其余均增加至3 個注漿孔，即每環(huán)設置16 個注漿孔)，對管片注漿孔全環(huán)加密的范圍（左線560～575 環(huán)、右線558～573 環(huán)）加強洞內(nèi)二次注漿，充填管片背后的空隙。每隔2 環(huán)在管片11 點、1 點位置開注漿孔注雙液漿，直到超出管片注漿孔加密區(qū)為止，二次補漿注漿量定為0.6m3，注入壓力2.5～3bar。以自動化監(jiān)測數(shù)據(jù)為指導合理進行注漿，當自動化監(jiān)測數(shù)據(jù)預警時則采取徑向打設小導管對管片外地層進行深層注漿加固，重點是地層損失最大的夾層土區(qū)域，恢復甚至提高地基承載力。

6）加強盾構(gòu)管片結(jié)構(gòu)整體剛度，對既有鐵路隧道結(jié)構(gòu)下方周邊32m 范圍內(nèi)的盾構(gòu)隧道管片級別進行提升，增強下穿施工影響范圍內(nèi)盾構(gòu)隧道的結(jié)構(gòu)承載力。本工程中下穿段盾構(gòu)管片采用強度等級為X4 的增加注漿孔型預制鋼筋混凝土管片。

3 下穿施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 掘進模式選擇

在泥巖、粉砂巖地層中掘進采用氣壓平衡模式掘進，并做好防漏氣措施，根據(jù)試驗段掘進數(shù)據(jù)并結(jié)合土壓力計算，確定合理的土壓力參數(shù)。盾構(gòu)掘進及出土過程中維持土倉一半左右的渣土，在刀盤前方及土倉內(nèi)加入水、泡沫劑、膨潤土等改進渣土流塑性的材料，并被刀盤和攪拌棒強制攪拌。在盾構(gòu)油缸推進過程中伴隨著壓氣設備向土倉內(nèi)不斷加氣，產(chǎn)生氣壓和水土壓力以平衡來自開挖面的水土壓力。

3.2 掘進參數(shù)設定

根據(jù)施工段的隧道埋深、地層分布情況及地下水位高度，對下穿地段的理論土壓力進行計算，取中線位置（隧道結(jié)構(gòu)上覆土層從上至下依次為礫石填土①1：0～3.5m，含粘性土圓礫⑤2：3.5～12.56m，泥巖⑦1-2：12.56～14.27m，泥巖⑦1-3：14.27～17.7m，泥質(zhì)粉砂巖⑦2-3：17.7～18.9m，泥巖⑦1-3：18.9～20.0m，地下水位埋深5.1m）處水土壓力計算作為盾構(gòu)掘進頂部土壓控制基準。

對于正式下穿段，上覆既有隧道結(jié)構(gòu)替換了土體，因此對垂直土壓力修正。

式中K0——靜止側(cè)壓力系數(shù)，取0.29；

r——土體的平均重度，取20kN/m3；

H1——鐵路隧道埋深，取8m；

H3——兩隧道結(jié)構(gòu)邊線的凈距，取2.6m；

D——鐵路隧道高度，取9.2m；

T——鐵路隧道結(jié)構(gòu)的重量，取100kN/m。

根據(jù)理論土壓力計算結(jié)果1.01bar，并考慮正式下穿過程中鐵路隧道自身結(jié)構(gòu)的自穩(wěn)性，下穿施工土壓力調(diào)整范圍設定值取1.05～1.30bar，在施工過程中根據(jù)下穿前50 環(huán)的試驗段掘進參數(shù)統(tǒng)計及下穿槎路隧道監(jiān)測數(shù)據(jù)，對盾構(gòu)施工土壓力等各項參數(shù)進行動態(tài)化調(diào)整。

3.3 施工技術(shù)措施

1）停機檢查 盾構(gòu)正式下穿施工前，在540 環(huán)處停機檢查，對設備進行徹底的檢修，確保下穿期間所有設備包括盾構(gòu)刀盤、刀具處于完好狀態(tài)。

2）盾構(gòu)掘進采用氣壓平衡模式掘進 做好防漏氣措施，保持開挖面穩(wěn)定。

3）同步注漿和二次注漿 在掘進過程中要及時進行盾尾處的同步注漿外，每隔2 環(huán)在管片11點、1 點位置開注漿孔注雙液漿，直到超出管片注漿孔加密區(qū)為止，二次注漿應根據(jù)推進情況及時合理進行。

4）渣土改良 改善渣土的流塑性，使渣土不粘結(jié)，提高掘進速度。考慮到隧道結(jié)構(gòu)存在病害，泡沫注入量可以適當減少，發(fā)泡率也要降低，以免因氣量過大擊穿夾層土，破壞原有隧道結(jié)構(gòu)。

5）控制出土量 每環(huán)的出土量一般為51～55m3。

6）防滲措施 主要針對盾尾防水，在盾尾漏水部位可將海綿條塞入管片與盾殼間的間隙，或用壓注黏稠度較高的盾尾油脂，以起到一定的堵塞作用。及時進行二次補注漿，形成止水環(huán)箍。

7）監(jiān)測工作 監(jiān)測工作包括鐵路隧道內(nèi)自動化監(jiān)測（在運營鐵路上布設隧道結(jié)構(gòu)豎向位移、水平位移、拱頂豎向位移、拱頂水平位移、軌道豎向位移、軌道幾何形位、接觸網(wǎng)桿豎向位移監(jiān)測點等自動化監(jiān)測項目）和地表的沉降監(jiān)測。其中自動化監(jiān)測頻率為30min/次。

8）降低震動影響 加強檢修維保，保證推進油缸活動順暢，降低油缸機械振動，下穿過程中注意降低推力、穩(wěn)定刀盤扭矩，值班工程師必須熟悉盾構(gòu)掘進的地層和監(jiān)測數(shù)據(jù)情況，及時調(diào)整掘進參數(shù)。

9）加強盾構(gòu)姿態(tài)管控 嚴格進行姿態(tài)控制，確保推進姿態(tài)平順，減少管片錯臺。通過對測量數(shù)值的分析計算適時糾偏，及時調(diào)整盾構(gòu)千斤頂?shù)慕M合。

10）備存應急道砟 在鐵路隧道避險區(qū)內(nèi)備存袋裝道砟，若施工過程中發(fā)現(xiàn)軌面沉降超限，則采用調(diào)整道砟厚度的方法及時調(diào)整軌道高程，以符合鐵路線路的標準。

4 結(jié)語

2019 年3 月25 日和4 月24 日，左右線盾構(gòu)分別成功下穿南環(huán)槎路隧道。盾構(gòu)近距離安全下穿既有鐵路隧道，使鐵路隧道結(jié)構(gòu)最大豎向沉降量控制在4.85mm 以內(nèi)，盾構(gòu)施工全過程無預警，各項監(jiān)控量測參數(shù)均滿足沉降控制標準及要求，結(jié)構(gòu)安全可靠。文章總結(jié)了地鐵盾構(gòu)隧道近距離下穿既有鐵路隧道的施工關(guān)鍵技術(shù)，實際應用中效果顯著，可為類似下穿工程提供借鑒參考。