無(wú)錫地鐵3號(hào)線下穿國(guó)鐵影響分析及保護(hù)措施

蔡興瑞

摘 要：在城市軌道交通設(shè)計(jì)與施工中，由于國(guó)鐵自身的重要性和嚴(yán)格的安全保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，地鐵盾構(gòu)隧道下穿國(guó)鐵為眾多項(xiàng)目的關(guān)鍵性難點(diǎn)，尤其是國(guó)鐵道岔的保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)更為嚴(yán)苛。本文對(duì)無(wú)錫地鐵3號(hào)線下穿京滬普速鐵及滬寧城際鐵路安全性進(jìn)行分析，同時(shí)對(duì)盾構(gòu)施工下穿鐵路保護(hù)措施進(jìn)行論述。

關(guān)鍵詞：鐵路;盾構(gòu)隧道;沉降;措施

1 工程概況

無(wú)錫地鐵3號(hào)線一期工程三院站～無(wú)錫火車(chē)站盾構(gòu)區(qū)間從國(guó)鐵無(wú)錫火車(chē)站西側(cè)穿越滬寧城際鐵路與京滬普速鐵路。穿越區(qū)間的總長(zhǎng)度為170 m，采用土壓平衡盾構(gòu)施工。區(qū)間穿越滬寧城際鐵路7股軌道（2股正線、5股到發(fā)線），線路與城際鐵路夾角約40°，穿越京滬普速鐵2股正線、2股到發(fā)線、1股牽出線和1股整機(jī)待備線。區(qū)間下穿25#道岔水平距離約10 m，交角約60°，如圖1所示。

地鐵區(qū)間線間距為13 m～16 m，線路縱坡為27.252‰～28.755‰。盾構(gòu)隧道位于③2粉質(zhì)粘土、④2砂質(zhì)粉土、⑥1粘土層中，區(qū)間穿越京滬普鐵段隧道頂埋深約15.5 m，穿越滬寧城際段隧道頂埋深約12.9 m。

2 工程重難點(diǎn)分析

根據(jù)《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB 10621-2014）及《高速鐵路無(wú)砟軌道線路維修規(guī)則（試行）》（TG/GW 115-2012），無(wú)砟軌道對(duì)沉降變形要求高，尤其對(duì)不均勻沉降的要求很?chē)?yán)格。考慮到滬寧城際鐵路已運(yùn)營(yíng)，路基已發(fā)生部分沉降，本區(qū)間盾構(gòu)施工期需嚴(yán)格控制鐵路路基沉降。根據(jù)以往鄰近鐵路工程的經(jīng)驗(yàn)，地鐵施工期間對(duì)滬寧城際正線鐵路影響按軌道路基沉降變形量不大于1 mm考慮。滬寧城際鐵路到發(fā)線采用寬軌枕軌道結(jié)構(gòu)，軌道路基最大沉降按不大于8 mm考慮。京滬普速鐵路為有碴軌道，最大沉降不大于10 mm[1，2]。鐵路正線軌道幾何靜態(tài)不平順采用υmax>160 km/h經(jīng)常保養(yǎng)的標(biāo)準(zhǔn)，即10 m弦長(zhǎng)范圍內(nèi)軌道高差不大于5 mm。到發(fā)線鐵路軌道不平順采用υmax≤120 km/h經(jīng)常保養(yǎng)的標(biāo)準(zhǔn)，即10 m弦長(zhǎng)范圍內(nèi)軌道高差不大于6 mm[3，4]。道岔一旦沉降和變形過(guò)大易影響行車(chē)安全，道岔尖軌對(duì)沉降和變形要求非常高，本次設(shè)計(jì)地鐵施工期間對(duì)道岔尖軌的沉降變形控制按不超過(guò)1 mm考慮[5]。

同時(shí)區(qū)間部分穿越砂層，地質(zhì)條件較差，城際鐵路部分股道位于加固范圍外，沉降控制難度較大。鐵路站場(chǎng)內(nèi)股道密集，加固施工條件差，需合理確定施工方案。

3 地鐵施工對(duì)鐵路安全影響分析與評(píng)價(jià)

3.1 盾構(gòu)隧道穿越滬寧城際鐵路影響分析

滬寧城際鐵路建設(shè)時(shí)已對(duì)道床下方采取鉆孔灌注樁與鋼筋混凝土板進(jìn)行加固，以預(yù)留地鐵3號(hào)線區(qū)間穿越通道。

采用有限元計(jì)算軟件Midas-GTS建立三維模型，單線隧道開(kāi)挖分為6 m一段，分8個(gè)工況施工完成，開(kāi)挖下一階段土體時(shí)在前一階段施加盾構(gòu)管片，開(kāi)挖掉的土體應(yīng)力分三級(jí)進(jìn)行釋放，見(jiàn)圖2。

計(jì)算結(jié)果顯示，左線隧道頂最大沉降5.460 mm，隧道底最大隆起為9.408 mm;右線隧道最大沉降5.073 mm，隧道底最大隆起為8.989 mm?；炷龄摻罨炷涟遄畲蟪两导s0.83 mm，混凝土鋼筋混凝土板外側(cè)到發(fā)線7道附近地面最大沉降約4 mm，均可滿(mǎn)足保護(hù)要求。

3.2 盾構(gòu)隧道穿越京滬普速鐵路影響分析

模型總體設(shè)置時(shí)，模型東西長(zhǎng)72 m，南北長(zhǎng)78 m，向下延伸23 m，管片采用shell單元模擬，每個(gè)開(kāi)挖循環(huán)設(shè)置為6 m，左右隧道各分13步開(kāi)挖完成，見(jiàn)圖3。

通過(guò)以上模型分析可以得出，在地層損失率為0.5%的條件下，單向盾構(gòu)掘進(jìn)后軌道沉降最大值為5.2 mm，左右線盾構(gòu)掘進(jìn)后地表沉降最大值為6.3 mm，符合現(xiàn)行鐵路保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。10 m弦長(zhǎng)最大高低偏差為3 mm，可滿(mǎn)足經(jīng)常保養(yǎng)目標(biāo)值。

3.3 盾構(gòu)隧道穿越京滬普速鐵路道岔影響分析

地鐵三號(hào)線盾構(gòu)穿越京滬普速場(chǎng)南京端21#、25#道岔尖軌（道岔類(lèi)型60 kg12號(hào)SC330道岔）。21#道岔在7道處，25#道岔直向連通機(jī)車(chē)整備（機(jī)待）線，側(cè)向連通上行方向唯一的到發(fā)線4道。

3.3.1 盾構(gòu)施工對(duì)道岔影響分析

依據(jù)peck公式在5‰地層損失率的條件下進(jìn)行計(jì)算，沉降槽寬度系數(shù)為10.25 m，沉降最大值為9.3 mm，沉降曲線如下圖所示，隧道結(jié)構(gòu)外側(cè)10 m處地面沉降約3 mm，20 m處地面沉降小于1 mm。

Peck公式計(jì)算顯示，地面沉降主要影響區(qū)在隧道外側(cè)10 m范圍內(nèi)，外側(cè)10 m～20 m范圍為次要影響區(qū)，外側(cè)20 m以外地面沉降較小。結(jié)合穿越鐵路三維有限元計(jì)算分析結(jié)果顯示，隧道結(jié)構(gòu)外30 m左右地面沉降小于1 mm。

結(jié)合數(shù)值計(jì)算結(jié)果，盾構(gòu)掘進(jìn)地層損失率需控制在0.5%以?xún)?nèi)。本工程隧道上方分布較厚的砂層，且隧道頂以上的粘性土層很薄，在此地質(zhì)條件下，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，僅靠加強(qiáng)盾構(gòu)施工控制很難滿(mǎn)足對(duì)地層損失率的控制要求，因此需對(duì)穿越京滬普速鐵路段隧道上方的砂層采取加固措施。

3.4 鐵路保護(hù)措施

3.4.1 鐵路保護(hù)地基加固

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)條件情況，對(duì)穿越京滬普速鐵路段隧道上方的砂層采取斜向加固措施，京滬普速鐵路北側(cè)鄰近滬寧城際鐵路段區(qū)間隧道穿越砂層，需對(duì)該段的砂層進(jìn)行地面垂直注漿加固。加固豎向加固范圍：對(duì)隧道上方粉土層進(jìn)行注漿加固，從軌面以下5 m開(kāi)始進(jìn)行注漿加固，注漿加固穿透粉土進(jìn)入其下方硬塑粉質(zhì)粘土1 m。

3.4.2 道岔改移

通過(guò)三維有限元計(jì)算分析結(jié)果顯示，隧道結(jié)構(gòu)外30 m左右地面沉降小于1 mm。道岔對(duì)沉降變形要求非常高，需對(duì)地鐵區(qū)間穿越道岔進(jìn)行釘閉或改移。若對(duì)道岔進(jìn)行改移，原則上應(yīng)將道岔尖軌改移至區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)外20 m～30 m以外。結(jié)合無(wú)錫站普速站場(chǎng)改造工程，道岔改移方案采用機(jī)待線8道臨時(shí)停用、25#道岔拆除改成曲線連接方案。

4 鐵路保護(hù)盾構(gòu)施工措施與要求

根據(jù)類(lèi)似工程經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)加強(qiáng)施工控制，盾構(gòu)區(qū)間穿越鐵路段地層損失率需控制在0.35%以?xún)?nèi)，以有效控制軌道交通施工對(duì)鐵路的影響。穿越滬寧城際鐵路、京滬普速鐵路及工區(qū)用房段管片增設(shè)注漿孔，及時(shí)進(jìn)行二次補(bǔ)充注漿。加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，及時(shí)反饋監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，根據(jù)監(jiān)測(cè)情況必要時(shí)可通過(guò)預(yù)留注漿孔對(duì)周邊土體進(jìn)行注漿加固。

穿越京滬普速鐵路及兩側(cè)20 m范圍內(nèi)的管片配筋應(yīng)考慮鐵路列車(chē)荷載影響進(jìn)行適當(dāng)加強(qiáng)。施工單位做好專(zhuān)項(xiàng)方案向管理部門(mén)審批，穿越期間主動(dòng)與鐵路運(yùn)營(yíng)管理部門(mén)溝通，提前明確時(shí)間安排，運(yùn)營(yíng)管理部門(mén)按計(jì)劃在穿越鐵路期間限速，鐵路管理部門(mén)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)和強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)巡檢，加強(qiáng)線路養(yǎng)護(hù)。

5 盾構(gòu)下穿鐵路實(shí)施情況

盾構(gòu)下穿鐵路前對(duì)除滬寧城際鋼筋混凝土板以外鐵軌下方土體采用斜向和垂直注漿加固，地基加固采取地面袖閥管注漿和鉆桿后退式注漿工藝，盾構(gòu)掘進(jìn)于2018年4月2日進(jìn)入鐵路影響范圍，4月5日開(kāi)始進(jìn)入京滬普鐵軌道下方區(qū)域進(jìn)行施工，于2018年4月27日掘進(jìn)出高鐵影響區(qū)域范圍。穿越過(guò)程中及穿越后，地表監(jiān)測(cè)情況穩(wěn)定，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，累計(jì)最大變化量分別為-2.5 mm和-3.2 mm，均小于數(shù)值分析所得值，盾構(gòu)施工控制和地層加固有效的控制盾構(gòu)施工對(duì)鐵路股道的沉降影響。

6 結(jié)語(yǔ)

本工程通過(guò)對(duì)國(guó)鐵進(jìn)行有針對(duì)性的保護(hù)方案設(shè)計(jì)和加強(qiáng)施工控制，較好的確保了盾構(gòu)施工期間鐵路運(yùn)營(yíng)安全。

參考文獻(xiàn)：

[1]《鐵路安全管理?xiàng)l例》中華人民共和國(guó)國(guó)務(wù)院令第639號(hào)公布，2013年7月.

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