大直徑盾構隧道下穿鐵路線群沉降控制技術研究

陳袁東

（中國鐵路南寧局集團有限公司南寧鐵路工程建設指揮部，工程師 廣西 南寧 530029）

1 工程概況

新建南寧至崇左鐵路留村隧道位于南寧市江南區(qū)、經(jīng)開區(qū)，隧道起始于南寧樞紐南化站北側，下穿南昆客專、與鐵路貨場走行線平行600 m后，依次下穿鐵路湘桂線、南環(huán)上行線、南寧南2場牽出線、南環(huán)聯(lián)絡線、湘桂下行線，終止于留村路南端盡頭西側。留村隧道全長5 725延長米，設計為單洞雙線隧道，其中U型槽段210 m、明挖施工段1 590 m、盾構施工段4 006 m。盾構隧道采用直徑12.86 m的泥水平衡盾構機，盾構隧道外徑12.4 m，內(nèi)徑11.3 m，管片采用“8+1”的9分塊設計。

隧道在DK6+058～DK6+080里程處正下穿南昆客專海吉星框架58～60節(jié)段，隧道與南昆客?？蚣軜虻装鍍艟嗉s32.02 m，平面關系呈斜交，交叉角度為45°。隧道在DK6+870～DK7+040里程段依次下穿既有鐵路湘桂上行線、南環(huán)上行線、南寧南2場牽出線、南環(huán)聯(lián)絡線、湘桂下行線，最小豎向凈距18.7 m，既有鐵路均為有砟道床，設計時速80 km，穿越地層主要為中風化泥巖、粉砂質泥巖、泥質粉砂巖、粉砂巖。既有鐵路下穿關系見表1。

表1 既有鐵路下穿關系表

2 存在的主要問題

2.1 沉降及變形控制要求高盾構掘進過程中會產(chǎn)生地層擾動及地面沉降，影響既有鐵路線路質量，尤其是南昆客專下穿位置為地下框架橋，局部沉降不僅影響軌道平順性，對框架橋結構也會造成巨大影響，引發(fā)次生病害。對于盾構隧道而言，隧道襯砌承受圍巖壓力，過大的變形將導致襯砌裂縫的出現(xiàn)或拓展，不僅產(chǎn)生滲漏水等病害，影響結構耐久性，甚至可能使結構被破壞，危及行車安全。因此沉降、變形必須控制在允許范圍內(nèi)。高速鐵路軌道變形允許值如表2所示，實際控制值以鐵路相關部門提供的數(shù)據(jù)為準。

表2 高速鐵路200～250 km/h線路軌道動態(tài)質量容許偏差管理值

2.2 地面加固難度大傳統(tǒng)的地面加固方式多以地表注漿為主，該措施用于加固鐵路路基及其它構筑物存在處理范圍難以控制，處理效果難以準確評估等問題，難以滿足沉降及變形控制的高精度要求，尤其是南昆客專海吉星框架橋，若要從地表向框架橋底部注漿，施工難度將非常之大。

2.3 既有鐵路行車狀況影響多下穿鐵路群區(qū)域為南化至南寧南站區(qū)間，涉及南寧樞紐往西南方向所有客車以及南寧南站出發(fā)的大部分貨車，行車密度高，尤其是南昆客專日開行動車44.5對、普速客車4對、動檢車1.5對，周邊主要線路貨車牽引定數(shù)均在4 500 t以上，列車載重大，這些行車狀況都對盾構施工造成較大影響。

2.4 減少干擾行車工期緊按施工進度6處下穿中盾構穿越單條線路施工時間均為1～3天，無法在封鎖點內(nèi)完成，必須在不中斷行車的情況下，確保安全順利通過既有鐵路。具體工期安排見表3。

表3 盾構穿越工期安排表

3 主要技術手段及應對措施

3.1 施工管理措施

1）在盾構下穿既有線前50 m停機檢查、更換刀盤，然后開始啟動地面全自動化監(jiān)測，根據(jù)實時監(jiān)控數(shù)據(jù)，采取不停機連續(xù)掘進通過既有線群。

2）盾構穿越既有線前對既有線路進行應力放散，并在穿越位置前、后各50 m線路范圍內(nèi)備砟（約500 m3），以便應對地面或線路下沉超出線路幾何尺寸范圍時，進行補砟、抬道、搗固，確保線路穩(wěn)定和行車安全。

3.2 洞內(nèi)加固措施盾構施工中地面、地表構筑物沉降主要是由盾構掘進引起的地層損失、盾構周邊受擾動或剪切破壞巖體二次固結以及地下水的滲透等因素造成的。沉降過程大致為五個階段，早期下沉、挖掘面下沉、通過時下沉、盾尾間隙下沉及后續(xù)下沉，如圖3所示。為控制沉降，在掘進過程中，需盡早在盾尾脫出襯砌管片的背后注入足量漿液，填充盾尾形成的環(huán)形空隙，及時對管片周圍巖體形成支撐。

圖3 沉降階段劃分圖

注漿主要采取四種方式：①掘進時同步在中盾預留注漿孔位置進行克泥效注漿；②掘進時在盾尾注漿管位置進行同步注漿；③管片脫出盾尾后，在管片預留注漿孔進行二次補償注漿；④二次注漿后進行深孔徑向注漿。

克泥效［1］（clayshock）注漿技術起源于日本，主要原理是將黏土與強塑劑以一定的比例混合后，瞬間形成為黏度較高但不會硬化的可塑性黏土（黏度可通過改變兩液配合比的方式調(diào)整）。

深孔徑向注漿是從管片預留注漿孔向地層內(nèi)打孔進行注漿，以補償同步注漿、二次注漿凝結后收縮造成的地層損失。注漿材料采用1:1水泥漿液，注漿管采用?42鋼花管。加固里程為K6+058～DK6+080及DK6+870～DK7+040，管片增設注漿孔，洞內(nèi)注漿加固范圍為拱部150°，徑向注漿深度3 m。如圖4、圖5所示。

圖4 盾構掘進洞內(nèi)注漿縱斷面示意圖

圖5 深孔注漿圖

3.3 自動化監(jiān)測系統(tǒng)在運營鐵路地上段布設路基豎向位移、水平位移、軌道幾何形位；在運營鐵路地下框架橋段布設隧道結構豎向位移、框架橋結構水平位移、軌道幾何形位監(jiān)測點等自動化監(jiān)測項目，及時掌握盾構下穿段運營鐵路路基與框架橋的變形變化情況。在監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時通知施工單位及時調(diào)整掘進和注漿參數(shù)，以實時的自動化監(jiān)測來指導施工，監(jiān)測范圍為新建南崇鐵路中線兩端各外擴50m。具體監(jiān)測項目和精度如表4所示。

表4 既有南環(huán)線既有鐵路路基與隧道監(jiān)測項目、儀器及精度

地面全自動沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)（見表5）顯示：盾構正在掘進下穿既有線時，監(jiān)控列車通過線路時，地面（路基、鋼軌）最大振幅在±2 mm內(nèi)，即沉降值不大于3 mm，不影響正常行車。

表5 地面全自動沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)

4 結語

經(jīng)實際工程驗證，在大直徑盾構隧道連續(xù)下穿既有鐵路線群時，通過采取洞內(nèi)徑向同步注漿加固和地面全自動化監(jiān)測相結合的措施，可以在不影響既有鐵路正常行車的情況下，精確有效地將地面沉降控制在允許值范圍內(nèi)，實現(xiàn)安全、順利穿越既有鐵路的施工預期。期望本文提出的大直徑盾構隧道連續(xù)下穿既有鐵路線群施工主要方法和技術措施，對今后同類盾構下穿既有鐵路的沉降控制能夠起到有益的啟示和借鑒作用。