馬家園車輛段出入段線區(qū)間下穿鐵路路基方案研究

徐 源

（中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司，湖北 武漢 430063）

1 概況

1.1 項目概況

該項目南起西善橋，北止仙新路，線路長約35.49km，設(shè)站27 座，采用地下敷設(shè)。其中出入段線區(qū)間下穿京滬鐵路、南京東編組站咽喉區(qū)鐵路。

1.2 出入段線概況

該項目出入段線區(qū)間依次下穿仙新路、天加空調(diào)地塊、側(cè)穿開閉所、下穿京滬下行線、南京東編組站咽喉區(qū)鐵路、京滬上行線，在王子樓村出地面后接馬家園車輛段（見圖1）。區(qū)間采用礦山法、盾構(gòu)法及明挖法等多種工藝。區(qū)間主要控制因素為京滬鐵路、南京東編組站咽喉區(qū)多股鐵路。

圖1 區(qū)間線路平面示意圖

1.3 工程地質(zhì)情況

參考臨近項目鉆孔資料，下穿處巖土從上至下主要有①-1 雜填土、①-2 素填土、②-1b2-3 粉質(zhì)黏土、②-2b3-4 粉質(zhì)黏土、④-1b1-2 粉質(zhì)黏土、④-2b2 粉質(zhì)黏土、④-3b1 粉質(zhì)黏土、J1-2xn-1 全風(fēng)化細砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、J1-2xn-2 強風(fēng)化細砂巖、粉砂質(zhì)泥巖和J1-2xn-3p 中風(fēng)化細砂巖、粉砂質(zhì)泥巖。

2 區(qū)間下穿鐵路路基方案研究

2.1 區(qū)間線路方案

區(qū)間出站后以200m 半徑曲線下穿天加空調(diào)地塊，側(cè)穿開閉所，依次下穿軍輔線、京滬下行線、峰下線、聯(lián)絡(luò)線、禁溜1 線、駝峰1 線、駝峰2 線、迂回線、機車入庫線、機車出庫線、滬寧三線、京滬上行線、環(huán)到線等鐵路后向西以300m 半徑下穿仙新路接馬家園車輛段。下穿南京東編組站鐵路段位于直線上，下穿京滬上行線段位于曲線上，曲線半徑R=300m，與鐵路最小夾角為58°。區(qū)間下穿駝峰線405、407 號道岔，距離東側(cè)409、413 號道岔30.5m，距離西側(cè)401、403 號道岔30m。區(qū)間線路采用V 字坡，最大縱坡34.943‰，區(qū)間覆土0 ～16.5m，區(qū)間設(shè)置一座廢水泵房。

2.2 地基加固方案

通過總結(jié)國內(nèi)相關(guān)工程經(jīng)驗及成果，參照相關(guān)下穿鐵路的成功經(jīng)驗，結(jié)合該項目實際情況，穿越南京東編組站鐵路及京滬鐵路段地面加固方案采用旋噴樁止?jié){和袖閥管主、次注漿加固方案，旋噴樁加固φ800@600三管旋噴樁，袖閥管為φ50@1m×1m 斜管。

2.3 工程建議保護標(biāo)準(zhǔn)

項目的施工不可避免地將對京滬鐵路、南京東編組站鐵路路基帶來一定影響，為了保證鐵路的安全運營，該工程鐵路線控制標(biāo)準(zhǔn)參考國內(nèi)外相關(guān)工程經(jīng)驗及相關(guān)規(guī)定，建議的控制標(biāo)準(zhǔn)如下。

（1）普速鐵路區(qū)段沉降控制值以《鐵路線路修理規(guī)則》（鐵運〔2006〕146 號）為標(biāo)準(zhǔn)進行控制，其沉降控制值采用10mm，隆起為0mm，道岔允許變形±1mm。

（2）無加固時，盾構(gòu)掘進綜合地層損失率為0.8%；采取加固措施時，非加固區(qū)段地層損失率為0.8%，加固區(qū)段地層損失為0.5%。

2.4 Peck 公式計算分析

對于盾構(gòu)隧道施工引起地面沉降預(yù)測，采用Peck 公式計算。

盾構(gòu)穿越建（構(gòu)）筑物施工期間，需根據(jù)監(jiān)測信息調(diào)整盾構(gòu)推進及排土速度。本項目區(qū)間盾構(gòu)穿越南京東編組站鐵路路基范圍內(nèi)，盾構(gòu)隧道位于④-1b1-2 粉質(zhì)黏土、④-2b2 粉質(zhì)黏土、④-3b1 粉質(zhì)黏土中；盾構(gòu)穿越京滬上行線鐵路路基范圍內(nèi)，盾構(gòu)隧道位于②-2b3-4 粉質(zhì)黏土、④-1b1-2 粉質(zhì)黏土、④-2b2 粉質(zhì)黏土、④-3b1粉質(zhì)黏土、J1-2xn-2 強風(fēng)化砂巖中。非加固區(qū)盾尾地層損失率按照0.8%，加固區(qū)地層損失率按0.5%考慮。

由Peck 公式得到，盾構(gòu)穿越南京東編組站鐵路路基范圍內(nèi)，當(dāng)?shù)貙訐p失率為0.8%時，單線貫通后地表最大沉降為11mm，雙線貫通后地表最大沉降為16.2mm，不滿足路基變形控制要求；當(dāng)采取加固措施并且地層損失率為0.5%時，單線貫通后地表最大沉降為6.7mm，雙線貫通后地表最大沉降為9.93mm，滿足沉降控制10mm 的要求；盾構(gòu)穿越京滬上行線鐵路路基范圍內(nèi)，當(dāng)?shù)貙訐p失率為0.8%時，單線貫通后地表最大沉降為12mm，雙線貫通后地表最大沉降為16.1mm，不滿足路基變形控制要求；當(dāng)采取加固措施并且地層損失率為0.5%時，單線貫通后地表最大沉降為7.7mm，雙線貫通后地表最大沉降為9.97mm，滿足沉降控制10mm 的要求。

2.5 數(shù)值計算分析

（1）計算方法。根據(jù)區(qū)間隧道與南京東編組站鐵路及京滬鐵路的位置關(guān)系，采用GTS NX 建立三維模型，進行數(shù)值計算分析。該項目采用土體彈塑性摩爾-庫倫本構(gòu)模型，并對土體進行鈍化來模擬隧道開挖，根據(jù)盾構(gòu)隧道的實際工序來模擬隧道開挖。具體盾構(gòu)施工的模擬過程：①激活土層、加固土體、邊界約束條件。②“殺死”三個管片長度（3.6m）范圍內(nèi)的隧道土體單元模擬土體的開挖，土層釋放系數(shù)在本部開挖后為0.15和0.85。③“激活”三個管片長度（3.6m）的盾構(gòu)管片單元。④重復(fù)②～③的模擬步驟，直至完成整個盾構(gòu)隧道的貫通。

（2）計算模型。①下穿南京編組站鐵路路基段計算模型。此次計算運用GTS NX 進行三維影響分析，根據(jù)盾構(gòu)隧道的實際工序來模擬隧道開挖，模型長、寬、高分別為237.145m×86m×45m。南京東編組站鐵路列車荷載按照“中-活載”考慮（見圖2）。

圖2 計算模型

模擬過程中對兩條盾構(gòu)隧道分別進行開挖，此次計算假定先進行右側(cè)隧道開挖，再進行左側(cè)隧道開挖。分別考慮不采取加固措施及袖閥管注漿和旋噴樁加固兩種工況。計算結(jié)果顯示，下穿京滬下行線鐵路路基段，不采取加固措施的情況下，右線隧道下穿鐵路后路基最大沉降為4.85mm，左線隧道下穿鐵路后路基最大沉降為7.06mm，滿足鐵路路基沉降控制要求。下穿南京東編組站駝峰線鐵路路基段，當(dāng)不采取地面加固措施時，右線隧道下穿鐵路后路基最大沉降為10.28m，左線隧道下穿鐵路后路基最大沉降為15.87mm，不滿足鐵路路基沉降控制值10mm 的要求。在采取加固措施的情況下，右線隧道下穿鐵路后路基最大沉降為4.37mm，左線隧道下穿鐵路后路基最大沉降為7.18mm，滿足鐵路路基沉降控制要求。

②下穿京滬上行線鐵路路基段計算模型。模型長、寬、高分別為142m×140m×40m。模擬過程中對兩條盾構(gòu)隧道分別進行開挖，此次計算假定先進行左側(cè)隧道開挖，再進行右側(cè)隧道開挖。分別考慮不采取加固措施及袖閥管注漿和旋噴樁加固兩種工況。計算結(jié)果顯示，下穿京滬上行線鐵路路基段，當(dāng)工況一不采取地面加固措施時，右線隧道下穿鐵路后路基最大沉降為7.57m，左線隧道下穿鐵路后路基最大沉降為10.31mm，不滿足鐵路路基沉降控制值10mm 的要求。工況二在采取加固措施的情況下，右線隧道下穿鐵路后路基最大沉降為4.31mm，左線隧道下穿鐵路后路基最大沉降為5.02mm，滿足鐵路路基沉降控制要求。

2.6 區(qū)間緊臨道岔處理

區(qū)間下穿南京東編組站駝峰線405#、407#道岔，區(qū)間隧道位于道岔正下方，盾構(gòu)下穿時道岔位于區(qū)間沉降影響范圍之內(nèi)。道岔類型為50-12 型，該道岔位于南京東編組站內(nèi)，為南京東編組站使用。經(jīng)調(diào)查，該道岔為側(cè)向道岔，在盾構(gòu)掘進完成及工后沉降穩(wěn)定時間段時間內(nèi)可以臨時釘閉。鑒于道岔沉降控制嚴(yán)格，避免盾構(gòu)下穿時道岔沉降過大，不滿足列車安全運營要求，建議在盾構(gòu)下穿前后共4 個月時間內(nèi)對405#、407#道岔道岔采取臨時釘閉措施。

2.7 下穿鐵路技術(shù)措施及建議

（1）盾構(gòu)施工地層損失率控制。計算預(yù)測結(jié)果顯示，盾構(gòu)區(qū)間隧道施工過程中地層損失率在0.5%以內(nèi)時可較好地控制地鐵施工對鐵路的影響。根據(jù)類似工程經(jīng)驗，通過加強施工控制，盾構(gòu)區(qū)間穿越鐵路段地層損失率需控制在0.5%以內(nèi)，以有效控制軌道交通施工對鐵路的影響。

（2）穿越段管片預(yù)留注漿孔。穿越段管片增設(shè)注漿孔以提高二次補充注漿效果，根據(jù)監(jiān)測情況及時進行二次補充注漿，必要時可通過預(yù)留注漿孔對周邊土體進行注漿加固以控制沉降與變形進一步發(fā)展。

（3）穿越段管片加強配筋。加強管片配筋設(shè)計：鐵路線路下方及兩側(cè)各20m 范圍內(nèi)的鋼筋混凝土管片采用加強型配筋，穿越段管片采用8.8 級螺栓進行加強。

（4）普速鐵路地基加固。下穿普速鐵路段采用旋噴樁止?jié){和φ50@1m×1m 袖閥管注漿加固方案，袖閥管梅花形布置。旋噴樁將需要加固的區(qū)域分隔成主加固區(qū)和次加固區(qū)。

3 結(jié)束語

經(jīng)過分析論證，該項目采取的工程方案能夠有效降低實施過程中對鐵路路基及鄰近道岔的影響。