盾構(gòu)穿越既有線鐵路變形控制技術(shù)

朱樂峰

宏潤建設(shè)集團(tuán)股份有限公司 浙江杭州 310000

地鐵隧道下穿既有鐵路有砟軌道線路時(shí)，隧道開挖會對周圍土體造成擾動和破壞，引起上覆土層損失，造成既有線路基礎(chǔ)沉降變形，從而導(dǎo)致既有線路軌道幾何尺寸發(fā)生變化，影響運(yùn)營安全[1]。因此，研究地鐵隧道下穿施工時(shí)的線路基礎(chǔ)沉降變形規(guī)律，合理制定滿足地鐵運(yùn)營管理規(guī)定的沉降控制標(biāo)準(zhǔn)，避免因下穿施工而引起運(yùn)營安全事故，對既有線路運(yùn)營安全管理和現(xiàn)場施工安全控制具有重要的意義。

1 隧道變形原因分析

隧道開挖破壞了地層的原始應(yīng)力平衡狀態(tài)，隧道周邊的地層應(yīng)力將會由水平方向與豎直方向的主應(yīng)力，轉(zhuǎn)化為隧道徑向與法向的主應(yīng)力，大小主應(yīng)力方向?qū)l(fā)生變化，同時(shí)還將伴隨著地層剪切應(yīng)力的出現(xiàn)。隧道開挖后，周邊地層將會臨時(shí)處于無支護(hù)的臨空狀態(tài)，隧道周邊地層將出現(xiàn)向隧道方向位移的趨勢（拱頂下沉與周邊收斂變形），如果在隧道開挖斷面范圍內(nèi)存在地質(zhì)破碎帶或地層斷面，甚至可能引起地層的坍塌。但由于此階段時(shí)間相對較短，相應(yīng)的地層位移可能并不明顯，尤其是在地層條件較好的情況下。開挖后應(yīng)在盡可能短的時(shí)間內(nèi)施加初期支護(hù)，并盡早施作仰拱，將初期支護(hù)封閉成環(huán)，達(dá)到“強(qiáng)支護(hù)”的目的。但由于初期支護(hù)施工過程中的種種不當(dāng)，例如進(jìn)尺較深、工藝偏差、尤其是特殊圍巖及地形等原因，初期支護(hù)封閉成環(huán)之前圍巖的變形加劇，這時(shí)就應(yīng)該采取必要的措施來避免變形過大造成施工安全事故出現(xiàn)。

2 盾構(gòu)穿越既有線鐵路施工技術(shù)

2.1 模型建立

以地鐵隧道下穿既有線路的路基為出發(fā)點(diǎn)，路基以下土層為多層層狀體系，各層均由各向同性的均質(zhì)材料組成；以路基頂面中心線網(wǎng)格單元節(jié)點(diǎn)代替既有鐵路中心線各節(jié)點(diǎn)單元；以路基中心線兩側(cè)網(wǎng)格單元節(jié)點(diǎn)代替左右兩根鋼軌的節(jié)點(diǎn)單元；以路基底部地表頂面單元代替地表各節(jié)點(diǎn)單元。沿既有線路方向?yàn)閷ΨQ結(jié)構(gòu)，為提高計(jì)算速度，數(shù)值分析建模時(shí)取結(jié)構(gòu)的一半，按半對稱考慮對稱面處限制Z方向（沿既有線路方向）的位移。

2.2 盾構(gòu)施工控制

根據(jù)設(shè)計(jì)階段做出的風(fēng)險(xiǎn)分析，施工中主要做了以下幾方面工作。將盾構(gòu)到達(dá)鐵路股道前的100m范圍作為盾構(gòu)下穿施工的試驗(yàn)段。在試驗(yàn)段內(nèi)，增加地表監(jiān)測點(diǎn)數(shù)量及監(jiān)測頻率，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)優(yōu)化土倉壓力等盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)，將地表沉降量控制在最小范圍之內(nèi)。此外，密切關(guān)注掘進(jìn)過程中的土體性質(zhì)和地層變化，調(diào)整掘進(jìn)速度、注漿壓力、注漿量的盾構(gòu)參數(shù)，以防止掌子面出現(xiàn)突涌、坍塌等情況，并控制地層損失在允許范圍之內(nèi)?？刂仆七M(jìn)速度，在穿越股道群時(shí)，盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)速度控制在2-3cm/min，每天掘進(jìn)5-6環(huán)，并根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)調(diào)整，有效控制地面沉降，使掘進(jìn)過程中地面及鐵路軌道變形減小至最低程度。盾構(gòu)在穿越鐵路股道過程中應(yīng)連續(xù)施工，避免停機(jī)對地層產(chǎn)生長時(shí)間的附加應(yīng)力。盾構(gòu)掘進(jìn)過程中軸線方向的調(diào)整應(yīng)均勻變化，防止大量糾偏造成對周圍土體的擾動。此外，應(yīng)勻速施工，盾構(gòu)姿態(tài)不可調(diào)整過大、過頻。加強(qiáng)管片形變監(jiān)測頻次，如發(fā)現(xiàn)管片異常上浮、下沉，應(yīng)及時(shí)采取二次注漿等措施加固周圍地層，穩(wěn)定住管片，防止變形進(jìn)一步增大。同步注漿采用早強(qiáng)型注漿材料，材料須具有和易性好、止水性強(qiáng)的特點(diǎn)。盾構(gòu)掘進(jìn)過程中特別關(guān)注漿液質(zhì)量，同步注漿緊跟管片拼裝實(shí)施，注漿需足量、均勻，保證管片與圍巖之間的間隙得到充分填充，從而將地層損失降低到最小。施工管理上，應(yīng)根據(jù)地表監(jiān)測的反饋數(shù)據(jù)，調(diào)整注漿配比，并請專人對注漿量、注漿壓力、注漿位置進(jìn)行詳細(xì)記錄，根據(jù)地層變形監(jiān)測數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整，確保施工質(zhì)量。發(fā)揮二次注漿作用，通過二次注漿孔對同步注漿不充分的位置加注水泥漿壓密，對滲漏水部位，可注入高分子防滲材料，防止由于土層排水固結(jié)產(chǎn)生過大變形[2]。建立健全應(yīng)急預(yù)案，在相關(guān)部門領(lǐng)導(dǎo)下成立現(xiàn)場施工應(yīng)急指揮小組，加強(qiáng)與鐵路管理部門聯(lián)系。對軌道沉降、軌道橫向差異沉降、軌距變化和道床縱向沉降進(jìn)行24小時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，及時(shí)優(yōu)化盾構(gòu)施工參數(shù)，做到信息化施工。在沉降控制標(biāo)準(zhǔn)得到地鐵與鐵路雙方建設(shè)管理單位及監(jiān)理單位的共同確認(rèn)后方可進(jìn)行區(qū)間施工，沉降速率及累計(jì)沉降量等的監(jiān)測控制應(yīng)包括預(yù)警值、報(bào)警值、極限值。根據(jù)監(jiān)測結(jié)果指導(dǎo)施工、優(yōu)化設(shè)計(jì)，做到真正的“動態(tài)設(shè)計(jì)、動態(tài)施工”。

2.3 隧道軸線控制

在盾構(gòu)掘進(jìn)施工時(shí)要及時(shí)地調(diào)整掘進(jìn)方向，使隧道軸線與設(shè)計(jì)的軸線一致，掘進(jìn)過程中控制盾構(gòu)左右組油缸推力的差值，使盾構(gòu)保持在設(shè)計(jì)線路的切線方向上掘進(jìn)。由于盾構(gòu)下穿鐵路段處于隧道線型曲線段，因此在掘進(jìn)過程中及時(shí)地調(diào)整盾構(gòu)姿態(tài)，防止超限；盾構(gòu)推進(jìn)過程中嚴(yán)禁左右來回大幅度糾偏，大幅度糾偏會造成刀盤切削不穩(wěn)定，容易超挖，其次在來回糾偏過程中，容易造成地層不穩(wěn)定，所以在掘進(jìn)過程中要“小糾偏，勤糾偏”，控制好盾構(gòu)姿態(tài)[3]。

3 結(jié)語

鐵路運(yùn)營期間安全監(jiān)測關(guān)系重大，施工中要嚴(yán)密進(jìn)行監(jiān)測數(shù)據(jù)分析、嚴(yán)格控制掘進(jìn)參數(shù)，及時(shí)反饋監(jiān)測結(jié)果，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果適時(shí)調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)。