盾構(gòu)隧道下穿鐵路框架橋涵及路基段施工工藝

高廣鑫

（中鐵十九局集團(tuán)第七工程有限公司，廣東廣州 511458）

1 工程概況

某軌道交通R1 線下穿某鐵路的區(qū)段在左K27+859～左K27+924 的范圍。某鐵路的框架橋涵結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土，布置走向呈南北分布，左右線分別下穿某鐵路的框架橋涵與路基段。其中該鐵路的框架橋結(jié)構(gòu)為矩形框架，孔跨與孔跨的布置距離為10.5 m、15.0 m、15.0 m 以及10.5 m。橋上鐵路是I 基段，分布的渡線與直線數(shù)量分別為1 股與7 股，工8 股道路，其中橋上還預(yù)留了兩股，便于未來該股道不滿足需求時(shí)開通使用。該鐵路列車設(shè)計(jì)時(shí)速為120 km/h，軌道結(jié)構(gòu)形式為有砟軌道。

2 施工準(zhǔn)備

2.1 盾構(gòu)機(jī)選型

從安全施工角度來分析，盾構(gòu)機(jī)選型中很重要的一樣因素就是地層滲透系數(shù)。按照當(dāng)前的施工經(jīng)驗(yàn)來看，當(dāng)?shù)貙拥耐杆禂?shù)＜1×10-7cm/s 時(shí)，需要選用土壓平衡盾構(gòu)；當(dāng)1×10-7cm/s≤地層透水系數(shù)≤1×10-4cm/s，可以選用泥水式盾構(gòu)或者是土壓式盾構(gòu)；當(dāng)?shù)貙拥耐杆禂?shù)＞1×10-4cm/s 時(shí)，選用泥水盾構(gòu)。泥水平衡盾構(gòu)的作用是保證開挖工作面的穩(wěn)定性，從而保證能夠順利施工。

2.2 對后背進(jìn)行修筑

后背是一種臨時(shí)結(jié)構(gòu)物，主要承受頂進(jìn)的水平頂力的反作用力[1]。頂進(jìn)工作要順利開展，后背修筑效果是其中一個(gè)關(guān)鍵因素，其與頂進(jìn)的質(zhì)量息息相關(guān)。本項(xiàng)目后背的結(jié)構(gòu)形式為重力式后背，將50 a 工字鋼橫梁鋪設(shè)在墻背前當(dāng)做橋梁，采用5M漿砌片石來鋪設(shè)后背墻并將土層分層夯實(shí)在后背墻頂部。

2.3 對滑板進(jìn)行修筑

在框架頂進(jìn)時(shí)滑板有明確的導(dǎo)向作用，且預(yù)制框架的底板通常也是采用滑板。首先將10 cm 的厚碎石鋪在坑底，然后再鋪筑砼滑板，最后將鋼筋網(wǎng)安放在滑板內(nèi)之后再灌輸C15 砼。需要注意的是滑板的厚度應(yīng)≥20 cm，將導(dǎo)向支墩設(shè)置在滑板兩側(cè)，并將地錨梁均勻分布在滑板上，其間隔應(yīng)保持為3 m。

3 盾構(gòu)下穿施工

3.1 盾構(gòu)下穿施工控制措施

左線盾構(gòu)機(jī)與右線盾構(gòu)機(jī)相比大不相同，其中左右線盾構(gòu)機(jī)的不同之處主要表現(xiàn)在以下幾方面：①日平均進(jìn)度分別為14環(huán)與12 環(huán)，也就是分別為16.25 m 和14.4 m；②歷時(shí)時(shí)間分別為102 h 和125 h；③跨度不同：左線盾構(gòu)機(jī)橫穿某鐵路框架橋涵、右線盾構(gòu)機(jī)跨越了兩側(cè)路肩以及某鐵路八股軌道，其影響的范圍高達(dá)75.6 m。

（1）掘進(jìn)速度。在下穿某鐵路期間，區(qū)間左右線開挖卵石層以及粉質(zhì)黏土的速度保持在（40～45）mm/min，在全斷面粉質(zhì)黏土上其推進(jìn)速度保持在（45～50）mm/min，其掘進(jìn)參數(shù)會根據(jù)地層條件而進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整。而掘進(jìn)要想勻速進(jìn)行就必須改良渣土，有效降低開挖土體擾動(dòng)地層的時(shí)間。挖掘線路如圖1 所示。

圖1 挖掘線路

（2）渣土改良。在剛掘進(jìn)卵石層時(shí)，區(qū)間右線刀盤扭矩開始出現(xiàn)波動(dòng)，頻率在（1600～2400）kN之間，需要注意的是其扭矩會隨著卵石層的增大而增大，最大范圍可增至（2500～3500）kN，推力也高達(dá)1300 t，但掘進(jìn)的速度會有所降低。為了保持掘進(jìn)速度，應(yīng)對泡沫參數(shù)及時(shí)作出調(diào)整，如增大注入的泡沫量，泡沫混合液增大到50 L/min，減少刀具與卵石之間相互摩擦，達(dá)到降低刀盤扭矩，避免速度連續(xù)下降以及出土困難等在土倉內(nèi)出現(xiàn)。

（3）總推力。在下穿某鐵路期間，區(qū)間左右線全斷面粉質(zhì)黏土掘進(jìn)總推力在（1000～1100）t，并且隨著卵石層的遞增，卵石層以及粉質(zhì)茹土掘進(jìn)的總推力將達(dá)到（1200～1200）t，為了避免在土倉內(nèi)出現(xiàn)卵石堆積的情況，應(yīng)對泡沫的注入量進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，避免出現(xiàn)推力遞增的現(xiàn)象[2]。

（4）同步注漿配合比及注漿參數(shù)。下穿鐵路施工的同步注漿漿液采用的是水泥厚漿，也就是充分拌和膨潤土、水泥、砂、粉煤灰、消石灰以及水等原材料，在6 h 內(nèi)會形成初凝。通過監(jiān)測管片脫出盾尾后的沉降量，發(fā)現(xiàn)沉降值在可控范圍內(nèi)，對橋涵以及線路的影響不大。同步注漿漿液配比見表1。

表1 同步注漿漿液配比

（5）土倉壓力控制。在計(jì)算左右線土倉壓力時(shí)，因區(qū)間左右線下穿鐵路的深度不同所以因分別計(jì)算。而在計(jì)算靜止土壓力時(shí)通常選取常用的土力學(xué)公式來計(jì)算，挑選盾構(gòu)中心位置來計(jì)算其深度見式（1）：

式（1）中，P1、P2為水、土壓力，單位kPa；K0為靜止土壓力系數(shù)，單位kPa；γ 為盾構(gòu)中心上方各土層的容重；單位kN/m3；h 為土層厚度，單位m；20 為變動(dòng)荷載，單位kPa。

在下穿路基段期間，區(qū)間左右線土倉壓力分別在（0.15±0.01）MPa 以及（0.12±0.01）MPa，在掘至卵石層時(shí)為了確保連續(xù)掘進(jìn)，左右線掘進(jìn)方式相同；而在區(qū)間右線下穿路基段時(shí)，刀盤扭矩在施工到達(dá)水白下行時(shí)會逐漸變大，小粒徑卵石會出現(xiàn)在渣土之中，在掘進(jìn)進(jìn)程中，通過分析監(jiān)測的接觸網(wǎng)支架、橋涵、路基、軌道數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)其影響不大。

（6）其他掘進(jìn)參數(shù)。在下穿鐵路期間，刀盤對接觸網(wǎng)支架、橋涵、土體擾動(dòng)、鐵路路基以及道床等影響都不大，因?yàn)樗霓D(zhuǎn)速保持在（1.0±0.1）r/min，出土量保持在（51～53）m3，不會影響線路。

3.2 控制路基和框架橋涵不均勻沉降的方法

在某線下穿盾構(gòu)之前，通常將補(bǔ)償注漿孔打設(shè)在盾構(gòu)施工所影響的路基下方[3]。將袖閥管提前預(yù)埋好，便于在施工尾期為地表補(bǔ)償注漿，在路基坡腳地面將7 排間距為1.2 m 注漿孔設(shè)置其中，而注漿的管長大約在16～30 m，布置形狀為梅花形。

（1）預(yù)加固盾構(gòu)后再下穿。將注漿管埋在路基段地面上做第一組注漿，而全部注漿管與啟動(dòng)的注漿管比例為設(shè)置為20：1，注漿壓力應(yīng)＜0.3 MPa，此外，應(yīng)將8 根袖閥管分別分布在注漿路基的兩側(cè)。

（2）加固范圍。在路基段下方的地層上進(jìn)行適當(dāng)加固，并選取（0.3～0.5）MPa 注漿壓力，其深度控制在5 m；而沿鐵路方向且分布在橋涵南側(cè)25 m 長度的范圍則是平面注漿加固范圍，為了降低鐵路受到盾構(gòu)穿越的影響，應(yīng)將路基的沉降量控制好。

（3）過程中跟蹤注漿。在盾構(gòu)隧道進(jìn)行施工作業(yè)時(shí)，從某鐵路至掌子面的距離縮短為80 m 始，到穿越完成盾構(gòu)隧道為止，監(jiān)測顯示，注漿管在路基沉至3.6 mm 時(shí)便會啟用一半，另外，監(jiān)測結(jié)果對注漿管的啟動(dòng)數(shù)量還會進(jìn)一步進(jìn)行確定。

（4）作業(yè)及檢查標(biāo)準(zhǔn)。通常用壓力來衡量每一步注漿作業(yè)是否結(jié)束，而（0.3～0.5）MPa 便是擬定的注漿終壓力。在注漿進(jìn)程中調(diào)整以及控制壓力的依據(jù)為實(shí)時(shí)的監(jiān)測結(jié)果。單段注漿壓力與需求相符后便會自動(dòng)停止，轉(zhuǎn)而開始下一段注漿，采用路基監(jiān)測值作為判斷整體注漿作業(yè)結(jié)束的依據(jù)，當(dāng)不再沉降且變形相對穩(wěn)定后便會停止作業(yè)。

3.3 施工監(jiān)測

在下穿盾構(gòu)的進(jìn)程中選取兩種不同的監(jiān)測系統(tǒng)，分別為Leica TS50 坐標(biāo)和靜力水準(zhǔn)自動(dòng)化沉降監(jiān)測系統(tǒng)，設(shè)置的監(jiān)測斷面、路基橋涵監(jiān)測點(diǎn)、軌道檢測點(diǎn)、靜力水準(zhǔn)點(diǎn)以及接觸網(wǎng)支柱監(jiān)測點(diǎn)的數(shù)量分別是9 處、14 處、24 處、20 處、5 處。另外，根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，將沉降以及水平的位移量控制在6 mm。在主要影響區(qū)域，左右線下穿進(jìn)程中其平均的沉降量分別為-0.66 mm和-0.71 mm、沉降累積最大值分別為-0.82 mm 和-0.80 mm，其平均沉降值遠(yuǎn)＜6 mm。在下穿該鐵路時(shí)，-0.12 mm/d 是其最大的平均日變化量、-0.46 mm 是監(jiān)測點(diǎn)的平均沉降量、-0.82 mm是最大的累計(jì)沉降量，在水平位移變化量上，X 與Y 方向累計(jì)最大偏移量分別為0.37 mm 和0.55 mm，平均偏移量分別是0.11 mm 和0.16 mm，均未超出控制值。

4 結(jié)束語

要想有效把控沉降量，確保掘進(jìn)施工平穩(wěn)且連續(xù)，便應(yīng)對盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)進(jìn)行合理選擇。而對盾構(gòu)后沉降控制起到關(guān)鍵作用的是與當(dāng)?shù)氐貙酉噙m應(yīng)的同步注漿漿液以及充足的注漿量兩方面。另外，在某地區(qū)的卵石地層和粉質(zhì)黏土施工中，想要做到與鐵路沉降量相符，應(yīng)依靠盾構(gòu)自身的施工工藝來完成盾構(gòu)下穿鐵路施工作業(yè)。