曲線風井內大直徑盾構始發(fā)下穿鐵路特級風險施工技術

羅浩

摘? 要：隨著城市軌道交通建設的快速發(fā)展，地鐵盾構施工下穿鐵路在各城市軌道交通建設中均有出現(xiàn)，已成為一種常見的施工工況。北京新機場線某盾構區(qū)間在曲線風井內始發(fā)，幾十米后就要下穿鐵路特級風險。據(jù)此，從盾構選型、渣土改良、地面加固、洞內加固等措施對其關鍵施工技術研究和應用經驗進行分析總結施工技術，以供類似工程參考借鑒。

關鍵詞：盾構施工;下穿運營鐵路;施工技術

分類號：U455.4

北京新機場線8標施工風井本身長度為129米，大盾構長度110多米，盾構開挖直徑為9.13米，盾構在曲線段3#風井始發(fā)，盾構始發(fā)幾十米后就下穿鐵路特級風險源，曲線風井空間狹小，大直徑盾構始發(fā)工序復雜、沉降控制要求高、風險大。充分考慮到該風險源的的工程特點、重點及難點，在總結試驗段施工經驗的基礎上，選擇先進、合理、成熟的施工技術和工藝，做到技術先進、經濟合理，確保鐵路安全。本文以此對曲線風井內大直徑盾構始發(fā)下穿鐵路特級風險施工技術進行總結。

一、盾構下穿鐵路前準備措施

1、鐵路地面加固措施

以盾構隧道施工影響范圍為基礎，在盾構距離鐵路中心線30米外完成扣軌加固措施，扣軌加固采用50kg/m鋼軌3-5-3組裝方式。鋼軌接頭須錯開1米以上，兩端與縱梁平齊，并加設臨時梭頭。吊軌與其下面的枕木用U型螺栓和角鋼連在一起，以增強其整體性，并設軌距桿，U型螺栓用φ22圓鋼制成，兩端M22螺紋，螺紋長度80mm，每件包括四個螺母，應盡量減少拼接接頭數(shù)量，并使接頭遠離線路。

2、盾構機優(yōu)化選型

針對砂卵石地層施工難點和下穿風險源施工難點，施工前在盾構機選型設計時，即邀請專家根據(jù)新機場線下穿風險源特殊要求進行盾構機系統(tǒng)設備的加強配置。區(qū)間采用兩臺加泥式土壓平衡盾構機施工，盾構機分為主機和后配套設備，由PLC程序自動控制，整機包含地層開挖系統(tǒng)，地層支護系統(tǒng)，自動導向監(jiān)測系統(tǒng)，地層同步注漿填充系統(tǒng)，地層二次注漿加固系統(tǒng)、渣土改良系統(tǒng)和土倉壓力控制系統(tǒng)等。

3、管片加強措施

考慮鐵路運行載荷傳遞以及地層承重等影響，項目部提出經鐵路工務段、建設方、鐵路監(jiān)理、地鐵監(jiān)理、設計院以及組織專家充分論證，允許在盾構下穿鐵路范圍設置加強型管片。盾構機機頭進鐵路區(qū)至盾構機尾部出鐵路區(qū)的刀盤里程為加強型管片的安裝區(qū)域，以保證地鐵盾構隧道在下穿鐵路段的支護強度，在施工中左右線各需要準備45環(huán)加強型管片。

二、盾構下穿鐵路施工保障措施

1、下穿鐵路前試驗段掘進

以右線盾構機始發(fā)到下穿鐵路影響區(qū)外15米處作為試驗段范圍，即右線盾構機始發(fā)后65米作為試驗施工段。在試驗段施工時，以控制地表沉降為目的進行試驗掘進，對盾構機推進速度、推力、扭矩、刀盤轉速、土倉壓力、注漿量、膨潤土泥漿和泡沫注入量與配比等參數(shù)進行動態(tài)調整，得出一套對地表位移和變形影響最小的施工參數(shù)。掌握相同地質水文工況條件下盾構掘進參數(shù)與地表沉降規(guī)律;調整盾構姿態(tài)到最佳狀態(tài)。每班掘進參數(shù)和地面沉降監(jiān)測結果進行對照，根據(jù)對照結果調整施工參數(shù)，如提高同步注漿量、增加倉內壓力，降低推進速度等，并每環(huán)進行記錄、分析和總結。盾構下穿鐵路時，嚴格按照試驗得出的掘進參數(shù)進行掘進作業(yè)。

2、盾構姿態(tài)控制措施

推進過程中，嚴格控制好推進方向，并加強人工復測，將施工測量結果不斷地與導向系統(tǒng)對比校核，及時調整。盾構掘進過程中，嚴格控制姿態(tài)突變，保持姿態(tài)變化不能超過0.5%;對初始出現(xiàn)的小偏差及時糾正，避免盾構機走“蛇”形，盾構機一次糾偏量不超過8mm/環(huán)（1.6米），以減少對地層的擾動。

3、出土量與土倉壓力控制措施

在下穿鐵路施工中，需嚴格控制盾構出渣量，維持土倉壓力與掌子面土壓力平衡，保持開挖面穩(wěn)定。土倉壓力控制方式包括掘進速度與排土控制，自動加排氣保壓系統(tǒng)控制。維持土倉壓力動態(tài)平衡和穩(wěn)定，有效控制掌子面穩(wěn)定和地層穩(wěn)定。在下穿施工中，需保持土倉上部壓力在0.6bar～0.8bar之間，嚴格控制壓力波動或過高過低。嚴格控制螺旋機轉速，從而控制排土量，每環(huán)的排土量通過皮帶機稱重器進行測量，具體重量需要在試驗段進行渣土量的試驗。

4、同步注漿措施

盾構環(huán)形襯砌管片與土體之間環(huán)形施工空隙175mm，盾構施工時需及時進行同步注漿，防止周圍的土體產生應變而致使上部土體下沉，同步注漿漿液由水泥、砂子、膨潤土和部分外加劑組成。實際同步注漿量在理論注漿量的1.5～1.8倍，經計算所以每環(huán)的實際注漿量為11m3～14m3之間;施工中應結合注漿量情況調整注漿壓力，并控制注漿壓力不大于4.5bar，避免尾刷密封損壞及設備管路故障以及地表隆起等現(xiàn)象發(fā)生。

5、二次注漿加固措施

同步注漿漿液凝固后，體積會有一定的收縮，局部漿液與土體之間仍存在空隙，二次補漿采用雙液漿形式可在地層內快速凝固能有效地進一步充實背襯空隙和提高止水能力，提高管片周圍土體密實度，有效控制地層變形和地表沉降。在鐵路維護網(wǎng)前后15米范圍進行二次注漿加固，在影響范圍內采用3孔管片安裝，增加注漿孔保證地層注漿加固的密集性，采用小導管插入管片背面進行壓力注漿方式固結地層，為防止地下承壓水滲漏，先將管片注漿預留口安裝球閥，再進行注漿，每次注漿壓力不大于8bar。在施工中在尾盾后第3環(huán)（4.8米）管片上開始二次注漿，直至盾構機盾尾脫出鐵路范圍十環(huán)后結束下穿鐵路二次注漿。

三、結語

地鐵盾構下穿既有鐵路施工務必積極尋求工務段的配合，提前進入施工籌劃階段，同時積極開展各項施工參數(shù)、施工工藝的調研工作。通過盾構試驗段暴露問題解決問題及總結經驗，嚴格落實各項施工工藝及技術指標，做好渣土改良及出渣量控制，跟進同步注漿確保注漿量滿足設計要求，及時進行二次補注漿，從而控制地面沉降，以確保在工務段協(xié)調的限速階段順利完成盾構下穿既有鐵路施工任務。

參考文獻：

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