地鐵盾構(gòu)下穿鐵路群施工控制技術(shù)研究

周 鑫，馬繼山，彭顯曉

（天津市地下鐵道集團有限公司，天津 300000）

隨著地鐵大規(guī)模建設(shè)，施工穿越鐵路群的情況時有發(fā)生[1～2]。地鐵盾構(gòu)穿越鐵路群施工風(fēng)險大、沉降控制標(biāo)準(zhǔn)高，為確保鐵路運營安全，需要合理選擇施工方案[3～5]。本文以天津某地鐵區(qū)間穿越津秦客專、京津城際延伸線與津山鐵路為背景，介紹地鐵盾構(gòu)穿越鐵路群施工控制要點，將地鐵施工對鐵路路軌的影響降至安全要求范圍內(nèi)，保證鐵路運營及盾構(gòu)施工安全。

1 工程概況

天津某地鐵區(qū)間為單洞單線圓形隧道，下穿津山鐵路、津秦客專及京津城際延伸線共20股道，其中津山線14股道，津秦客專及京津城際延長線各2股道，津山三線（已停運）2股道。盾構(gòu)過鐵路段埋深在18.6～19.5 m。盾構(gòu)隧道掘進范圍內(nèi)以粉質(zhì)黏土、粉土為主，局部有粉砂層，地層較為均勻，承載力基本接近，土層軟硬程度相似，對盾構(gòu)姿態(tài)控制有利。盾構(gòu)穿越地段地下水豐富，埋深較淺，約0.7～2.0 m；左右線盾構(gòu)隧道穿越范圍內(nèi)的⑧1、⑨1粉質(zhì)黏土及⑧2粉砂滲透系數(shù)較大，地下水具有微承壓性。區(qū)間穿越津山鐵路段平面為直線段，在京津城際延伸線、津秦客專線下方設(shè)置盾構(gòu)預(yù)留通道，約束土體變形，對盾構(gòu)施工及運營階段承受列車的動荷載有利。見圖1。

圖1 盾構(gòu)下穿鐵路群

2 施工控制

2.1 總體控制

根據(jù)盾構(gòu)穿越鐵路的成功經(jīng)驗，通過采取合理控制掘進參數(shù)、二次注漿、夾層土體加固等措施，在不加固地面土體的情況下，地面沉降完全可以控制在-10～0 mm[6～10]。因此本工程下穿鐵路群時，主要以自身施工控制措施為主，嚴(yán)格控制盾構(gòu)機掘進參數(shù)及相關(guān)處理方法，將盾構(gòu)穿越施工分為4個階段重點進行控制，即刀盤進入鐵路范圍前5 d、穿越期間、盾構(gòu)脫離軌道范圍5 d內(nèi)、盾構(gòu)脫離影響區(qū)后10 d[10]。各階段地面沉降控制指標(biāo)見表1。

表1 沉降控制標(biāo)準(zhǔn) mm

2.2 主要施工參數(shù)

采用復(fù)合式土壓平衡盾構(gòu)機并優(yōu)化開口布置，使其適用于軟土地層，滿足過障礙要求，刀盤直徑為6.43 m，管片寬度1.2、1.5 m；及時合理調(diào)整土倉壓力，避免刀盤前方產(chǎn)生隆起，左右線土壓力設(shè)定為0.20～0.24 MPa；合理控制出土量，避免引起較大地面沉降。粉質(zhì)黏土松散系數(shù)經(jīng)驗值取1.2，寬度1.5 m的管片盾構(gòu)出土量控制在58.42 m3以內(nèi)，寬度1.2 m的管片盾構(gòu)出土量控制在46.74 m3以內(nèi)；以20～40 mm/min的速度勻速穩(wěn)定推進。盾構(gòu)總推力控制在22 000 kN以內(nèi)，刀盤扭矩保持在2 500 kN·m以內(nèi)，刀盤轉(zhuǎn)速約1 r/min。

2.3 盾構(gòu)過鐵路段掘進控制

根據(jù)津山鐵路區(qū)域的工程地質(zhì)條件，下穿過程應(yīng)勻速、連續(xù)，保證盾構(gòu)機平穩(wěn)通過。在沉降區(qū)內(nèi)管片背后二次注漿，提高地面監(jiān)測頻率。選用優(yōu)質(zhì)盾尾油脂，在盾構(gòu)下穿鐵路段加強盾尾油脂的注入，正常油脂注入量為25～30 kg/環(huán)，穿越鐵路地段時注入量調(diào)整為45～50 kg/環(huán)，防止盾尾漏水。對于津山線縱坡變化大的區(qū)段采用穩(wěn)坡法推進，減少對地層擾動。

在盾構(gòu)機進入津秦客專與京津城際延伸線下方過程中，覆土厚度及水土壓力基本無變化，結(jié)合試驗段通過情況，設(shè)定更加合理的掘進參數(shù)，保證盾構(gòu)機平穩(wěn)、姿態(tài)準(zhǔn)確，改良渣土和易性，在掘進中同步注漿和徑向注漿同時進行，控制地表沉降。選擇合適時間通過京津城際鐵路線，確保盾構(gòu)施工對鐵路的影響降至最低。嚴(yán)格控制出土量，根據(jù)理論計算量結(jié)合之前盾構(gòu)機推進經(jīng)驗數(shù)據(jù)確定最佳同步注漿量，根據(jù)后期沉降監(jiān)測情況及時加強二次注漿。嚴(yán)格控制管片拼裝質(zhì)量，確保管片不出現(xiàn)滲漏水情況。

2.4 渣土改良與注漿控制

2.4.1 渣土改良

穿越鐵路段地質(zhì)情況復(fù)雜，盾構(gòu)洞身范圍內(nèi)存在粉質(zhì)黏土、粉砂地層且地下水具微承壓性，施工過程中可能發(fā)生噴涌及漏水、漏砂現(xiàn)象，推進過程中須進行渣土改良，添加膨潤土或泡沫劑，以改善渣土流塑性、減小排土扭矩、防止噴涌、減少機械事故。

2.4.2 同步注漿

地層滲透系數(shù)較大，取理論計算量200%～250%作為實際注漿量，即6.88～8.6 m3/環(huán)，注漿壓力宜控制在0.25～0.45 MPa。

2.4.3 二次注漿

管片脫出5環(huán)以后組織二次注漿，注漿壓力保持在0.6 MPa以內(nèi)。二次注漿可根據(jù)監(jiān)測情況多次進行。

2.4.4 補償注漿

少量多次進行補償注漿，注漿壓力保持在0.6 MPa以內(nèi)，逐步提升，平穩(wěn)注入，確保能夠?qū)Τ两颠M行持續(xù)控制。

2.5 軌道加固

對津山線進行扣軌加固，加固長度為50 m（盾構(gòu)中線兩側(cè)各25 m），加固全部采用50 kg/m鋼軌。為加強整體性，吊軌與下方的普通岔枕通過22 mmU形螺栓與角鋼連結(jié)，同時設(shè)軌距桿。將絕緣膠墊與墊板設(shè)置在長木枕與軌底之間，減少對電氣信號干擾。

3 結(jié)語

為減少盾構(gòu)施工對鐵路列車運行的影響，通過制定科學(xué)合理的施工方案，精準(zhǔn)控制施工參數(shù)，加強施工過程中的動態(tài)監(jiān)測，盾構(gòu)順利穿越鐵路群，各項變形監(jiān)測數(shù)據(jù)均小于控制值，保證了施工安全及鐵路運行安全。