盾構法隧道下穿既有鐵路施工難點分析

鄭斌

摘 要：在全面加強城市化建設發(fā)展的過程中，地鐵交通起著重要的作用。為了更好地建設城市地鐵，在地鐵隧道下穿既有鐵路時采用盾構法施工，是地鐵施工中的重點和難點，風險較大。因此，就盾構法隧道下穿既有鐵路施工難點進行分析，盡可能減少地鐵建設過程中對城市建筑物的干擾，降低城市地鐵建設中存在的風險。

關鍵詞：盾構法;隧道下穿;鐵路施工

隨著城市化發(fā)展越來越快，地鐵對于城市發(fā)展起到了至關重要的作用，為了避免地鐵在建設過程中對城市建筑物造成影響，就需要更加科學地建設地鐵線路，由于地鐵在建設中的難度極大，需要考慮到各種因素，為了不影響現(xiàn)有建筑物的安全，在施工過程中采用盾構法隧道下穿鐵路施工技術，對下穿既有鐵路施工具有十分重要的意義。

1 工程案例

本次工程案例選取S市地鐵5號線施工站，該條地鐵線路總長25.24 km， 使用盾構法隧道施工技術，在沿線建設的過程中需要經(jīng)過下穿既有鐵路，為確保S市地鐵5號線在某地鐵車站附近的盾構順利進行，從而保證城市鐵路的運行安全。通過采納各種不同的意見，在盾構法隧道下穿既有鐵路施工中，確保地表下沉量不超過5 mm， 道床沉降小于30 mm。

2 盾構法隧道下穿既有鐵路施工中存在的問題

2.1 常見的技術性問題

在盾構法隧道下穿既有鐵路的土方挖掘過程中，盾構排土量對盾構開挖掌子面的穩(wěn)定性會造成非常大的正面壓力，為了保證并控制地表發(fā)生變形，就需要對排土量進行控制，通過一定的條件，將螺旋輸送機的轉(zhuǎn)速進行調(diào)整，有利于使盾構排量在盾構千斤頂?shù)耐七M中實現(xiàn)互相協(xié)調(diào)，因此在盾構中，對于排土量和壓力差的比例關系，是由被動破壞和主動破壞界限之間的開挖決定的。在對盾構機的掘進速度和地質(zhì)強度進行分析后，再結合以往的盾構施工經(jīng)驗，在對盾構法隧道下穿既有鐵路的掘進過程中，需要控制好盾構掘進速度，嚴格穩(wěn)定好土倉壓力，可以最大限度地減少對周圍基地等建筑物下沉的影響。

2.2 壁厚注漿施工中的問題

在盾構施工過程中，盾構隧道管片外徑小于盾構機的外徑，所以在盾構隧道施工中，會形成140 mm的建筑空隙（以6 280 mm盾構機為例，管片外徑為6 000 mm），從而可能會造成盾構隧道與地面出現(xiàn)沉降等一系列問題，為了控制地面沉降對注漿的選擇性，就需要對注漿的相關參數(shù)進行調(diào)整。在同步注漿中，運用同步注漿系統(tǒng)，有利于盾尾實現(xiàn)同步注漿，當盾構機工作時，管片襯砌脫出盾尾的生產(chǎn)間隙中會及時灌注注漿，以實現(xiàn)及時填充，可以很好地避免出現(xiàn)圍巖松弛的情況，在這個過程中，將千斤頂上的推力快速傳遞到圍巖上，實現(xiàn)對過軌施工地表沉降的控制。另外，在進行二次或者三次補注漿時，可以選取初次注漿的30%，并將壓力控制在0.5 MPa， 通過對實時數(shù)據(jù)的監(jiān)測并按照實際工程情況明確補注漿的次數(shù)，防止壁后注漿施工引起的問題。

3 盾構法引起的地面沉降原理

3.1 隧道開挖破壞了地層穩(wěn)定性

在地鐵隧道盾構施工中，我們要兼顧多個方面的影響因素，盾構施工包含了多個操作環(huán)節(jié)，在對地層進行開挖的過程中，受外部作用力的影響，隧道外層的物質(zhì)會隨著內(nèi)部向心力涌入到隧道中，彼此相互擠壓移動，對地層的穩(wěn)定性影響較大。隧道開挖后，地表土體結構會發(fā)生改變，特別是在使用盾構法施工中，掉應力的把控是比較嚴格的，如果應力波動幅度過大，那么隨著地層的移動和土體的缺失，地層就會呈現(xiàn)一個不穩(wěn)定波動。土體被擠入盾尾的空隙中，隧道向外擴充，如果壓降量沒有達到預期的標準，可能導致盾尾坑道土體失衡，尤其是在水體含量豐富或不穩(wěn)的地層，更容易出現(xiàn)地面大幅度波動沉降問題。

3.2 土體穩(wěn)定性降低

盾構施工中涉及的設備比較多，盾構設備的體積比較大，在運行的時候，會對地層產(chǎn)生強烈的振動幅度，使土體結構受到破壞，盾構施工所形成的隧道周圍有一層空隙，空隙的存在使得水流流入到了隧道中，在盾構設備持續(xù)推進的過程中，大量的水流進入到其中，空氣內(nèi)部的水壓力逐漸降低，內(nèi)部壓力的失衡導致地面沉降現(xiàn)象的出現(xiàn)。

4 盾構法隧道下穿既有鐵路施工管控

4.1 地質(zhì)調(diào)查

在盾構法隧道施工中，由于具有重要性、變形性以及敏感性，需要采取特別嚴格的施工措施才能確保下穿施工的成功。根據(jù)實際分類，下穿工程的類型可以根據(jù)盾構隧道與下穿體之間的平面幾何關系分為斜交下穿、部分下穿、小角度斜交下穿、正交下穿、切角下穿以及測下穿等。由于工程地質(zhì)條件對于下穿方案的影響至關重要，是決定下穿施工措施以及后續(xù)運營條件的重要因素，因此在進行下穿工程施工中，做好對應的土壤情況調(diào)查，對于施工方案的選取具有十分重要的作用。

4.2 風險控制

由于地鐵盾構隧道的施工會引起相鄰既有線結構產(chǎn)生附加內(nèi)力以及變形，所以為了確保地鐵列車能夠正常安全的行駛，就需要做好既有線的保護措施，通過減少形變，能夠很好地保證既有線的安全運營。除此之外，為了加強地鐵隧道內(nèi)附加變形的要求，在盾構的施工過程中，會加大施工難度，隧道開挖可采用上方沉降比下方沉降的浮隆大的方式，因為上方圍巖受力情況比較復雜，因此在剪切區(qū)域不利于圍巖的穩(wěn)定性，但是在既有鐵路的下穿問題上，能夠?qū)崿F(xiàn)鐵路工程的風險控制，保障施工順利進行。

4.3 注漿控制

為了避免出現(xiàn)地表沉降的情況，需要做好土倉壓力的控制，因為在隧道盾構施工的過程中，沉降是不可避免的，當沉降超過設定的預警值，那么就只能通過對盾構機的掘進速度和出土量進行控制，同時及時進行二次或三次注漿，直至地表沉降穩(wěn)定。在進行地鐵修建時，為了確保盾構隧道地表不會出現(xiàn)變形，在盾構施工開始后，針對地表會呈沉降變化，通過可控制的突沉以及盾尾的沉降，使后期沉降的土體分為固結沉降和次固結沉降。為了確保對土倉壓力進行控制，通過對土倉壓力的控制，必須控制好盾構機的掘進速度和出土量。在對注漿量的控制上，由于注漿施工屬于非常重要的環(huán)節(jié)，因此需要做好注漿壓力和注漿量的同步操作，避免出現(xiàn)注漿量不足的情況，與此同時，做好對盾構推進姿態(tài)的控制，嚴格做到勤糾緩糾，從而確保出土量在合理的范圍內(nèi)。

4.4 管片選型控制

在管片的拼裝施工過程中，為了實現(xiàn)盾構掘進施工的進行，因此需要明確管片、盾尾間隙及推進油缸行程三者之間的關系，有利于防止管片間隙過小，導致成型管片出現(xiàn)錯臺、破損、滲漏等現(xiàn)場，有利于確保盾構機推進、隧道設計軸線及成型管片軸線的偏差范圍內(nèi)的平穩(wěn)掘進。同時，為了確保盾構機施工前對管片的完整拼裝，需要按照先下后上的原則進行管片的拼裝，當盾構機的管片拼裝完成后，管片拼裝時，不應將所有推進油缸進行回收，應按照單塊拼裝管片范圍進行回收推進油缸，有利于避免盾構機出現(xiàn)后退和位移等情況，并及時將相應的螺栓擰緊，確保縱向和橫向螺栓都不落下。

5 結語

在盾構法隧道下穿既有鐵路施工技術中，通過對盾構過程中的難點進行分析處理，從而保證了盾構推動處于最佳的工作狀態(tài)，實現(xiàn)了在盾構技術中對周圍建筑物的安全保護。不斷發(fā)展和完善盾構隧道下穿的地鐵施工技術，可以使城市地鐵的科學施工變得更加合理。

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