盾構(gòu)隧道連續(xù)下穿多股鐵路地層預(yù)處理技術(shù)研究

李 媛

(中鐵十六局集團(tuán)地鐵工程有限公司 北京 101116)

1 引言

鐵路作為國家重要基礎(chǔ)設(shè)施和關(guān)鍵交通運(yùn)輸工具，已遍布祖國大江南北。近些年，隨著城市軌道交通的快速發(fā)展，勢必面臨大量下穿既有運(yùn)營鐵路的情況，為此，眾多學(xué)者對地鐵隧道下穿既有運(yùn)營鐵路做了大量理論分析和現(xiàn)場實(shí)踐工作。

杜虎[1]采用理論和現(xiàn)場實(shí)踐結(jié)合的方法，分析盾構(gòu)下穿既有鐵路變形規(guī)律，提出合理控制方案。孫連勇等[2]采用數(shù)值計(jì)算的方法對盾構(gòu)隧道近距離下穿鐵路進(jìn)行變形分析，提出鉆孔灌注樁的加固方案。王坤[3]通過數(shù)值模擬對盾構(gòu)穿越鐵路區(qū)域進(jìn)行沉降變形規(guī)律分析，提出軟土地區(qū)盾構(gòu)下穿鐵路路基控制方法。韓學(xué)芳[4]提出采用混凝土+鉆孔樁+CFG樁聯(lián)合加固措施，實(shí)現(xiàn)有效控制盾構(gòu)隧道下穿城際鐵路路基沉降變形的目的。鄭余朝等[5]采用經(jīng)驗(yàn)公式和數(shù)值模擬，提出一種地鐵隧道安全下穿鐵路的變軌控制方法。郭波[6]通過分析盾構(gòu)施工過程中對高鐵橋墩的變形特征，提出隧道周邊的加固措施。張堅(jiān)等[7]通過分析地鐵車站穿越樁基礎(chǔ)的位移變形規(guī)律，提出橋樁地面預(yù)注漿加固方案。

然而，高速鐵路的快速發(fā)展和興建，鐵路線路逐漸呈多股并行形態(tài)，地鐵隧道也將面臨短距離內(nèi)連續(xù)下穿多股鐵路的施工難題，受鐵路運(yùn)營、變形要求、沉降控制等影響，城市軌道交通施工難度越來越大、面臨的風(fēng)險(xiǎn)越來越高、要求也越來越嚴(yán)格。

本文以成都地鐵17號線人民塘站～航天路站盾構(gòu)區(qū)間連續(xù)下穿四股運(yùn)營鐵路為背景，提出行之有效的地層預(yù)處理技術(shù)方案并得到成功應(yīng)用，為以后類似工程提供施工借鑒。

2 工程概況

成都地鐵17號線人民塘站～航天路站盾構(gòu)區(qū)間從人民塘站始發(fā)，經(jīng)成華大道，三環(huán)路到達(dá)航天路站接收。盾構(gòu)區(qū)間隧道在100 m范圍內(nèi)連續(xù)下穿牛龍路三線特大橋、東環(huán)道岔特大橋、城際動走下行路基段和西城客專北湖道岔特大橋。區(qū)間下穿段線路中心線間距為27.64 m，線路縱坡26‰，穿越段線路為緩和曲線和直線段，與鐵路線路斜交約56°角，與橋樁最小平面凈距約3.2 m。下穿路基段隧道頂埋深約21.2 m，隧道主要位于強(qiáng)風(fēng)化和中風(fēng)化泥巖地層。

區(qū)間隧道分別從牛龍路三線特大橋第14＃、15＃、16＃橋墩之間穿過，從東環(huán)道岔特大橋第80＃、81＃、82＃橋墩之間穿過，從西成客專北湖道岔特大橋第153＃、154＃橋墩、155＃橋臺之間穿過，見圖 1所示。

圖1 區(qū)間隧道與多股鐵路平面圖

牛龍路三線特大橋?yàn)閯榆囘\(yùn)行鐵路橋，東環(huán)道岔特大橋?yàn)槠胀熊囘\(yùn)行鐵路橋，兩座橋上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力砼簡支T梁，采用碎石道床；下部結(jié)構(gòu)為摩擦型鉆孔樁基礎(chǔ)，樁徑為1.25 m；城際動走下行線為動車運(yùn)行線路，采用路基碎石道床；西成客專北湖道岔特大橋?yàn)閯榆嚒⒏哞F運(yùn)行鐵路橋，整體道床下部結(jié)構(gòu)采用摩擦型鉆孔樁基礎(chǔ)，樁徑為1 m。上述四條鐵路均處于正常運(yùn)營狀態(tài)。

3 施工重難點(diǎn)

(1)沉降要求高。區(qū)間隧道在有限范圍內(nèi)連續(xù)下穿四股既有運(yùn)營鐵路，涉及鐵路運(yùn)營部門多，對盾構(gòu)施工引起的沉降要求嚴(yán)格，尤其高鐵運(yùn)營線路對沉降要求極高。

(2)影響范圍大。區(qū)間隧道與四股既有運(yùn)營鐵路小角度交叉，穿越距離長，影響范圍大。

(3)工期緊、任務(wù)重。對牛龍路三線特大橋、東環(huán)道岔特大橋、城際動走線、北湖道岔特大橋地層的防護(hù)措施均在鐵路運(yùn)營期間進(jìn)行，為了確保盾構(gòu)區(qū)間隧道貫通的計(jì)劃目標(biāo)，工期緊、任務(wù)重。

(4)環(huán)境復(fù)雜。區(qū)間隧道下穿鐵路的地層主要為全風(fēng)化泥巖、強(qiáng)風(fēng)化泥巖、中風(fēng)化泥巖，地質(zhì)條件和周邊環(huán)境復(fù)雜，增加了穿越過程中地層沉降量的控制難度。

4 地層預(yù)處理方案

為了確保既有鐵路運(yùn)營安全，最大限度減少區(qū)間隧道盾構(gòu)掘進(jìn)對既有鐵路運(yùn)營干擾，減少地面沉降，對四股鐵路采用表1所示的地層預(yù)處理措施。

表1 下穿段地層預(yù)處理措施

4.1 牛龍路三線特大橋地層處理方案

對牛龍路三線特大橋第14＃、15＃、16＃橋墩樁基礎(chǔ)外1.5 m處采用單排共16根φ299 mm@500鋼管隔離樁，間距0.5 m，加固深度為31.25 m。隔離樁采用潛孔鉆機(jī)成孔，φ299鋼花管與成孔同步實(shí)施，采用水泥漿液壓漿填充，共計(jì)61根，見圖2所示。

圖2 牛龍路三線特大橋第14＃、15＃、16＃橋墩地層處理

4.2 東環(huán)道岔特大橋地層處理方案

對東環(huán)道岔特大橋第80＃、81＃、82＃橋墩樁基礎(chǔ)外1.5 m處采用單排共16根φ299 mm@500鋼管隔離樁，間距0.5 m，加固深度為31.18 m。隔離樁采用潛孔鉆機(jī)成孔，φ299鋼花管與成孔同步實(shí)施，采用水泥漿液壓漿填充，共計(jì)64根，見圖3所示。

圖3 東環(huán)道岔特大橋第80＃、81＃、82＃橋墩地層處理

4.3 城際動走線路基地層處理方案

對盾構(gòu)通過城際動走線前，在地層進(jìn)行加固，加固方式采用68根φ80袖閥管(排間距為1 m，相鄰兩根間距為0.5 m)對路基松散和稍密卵石層進(jìn)行注漿加固，泥漿液配合比、注漿壓力等參數(shù)執(zhí)行先試后做原則，見圖4所示。

圖4 城際動走線路基地層處理

4.4 西成客專北湖道岔特大橋地層處理方案

對西成客專北湖道岔特大橋第153＃、154＃、155＃橋墩樁基礎(chǔ)外1.5 m處采用單排共9根φ299 mm@500鋼管隔離樁，間距0.5 m，加固深度為30.8 m。隔離樁采用潛孔鉆機(jī)成孔，φ299鋼花管與成孔同步實(shí)施，采用水泥漿液壓漿填充，共計(jì)64根，見圖5所示。

圖5 西成客專北湖道岔特大橋第153＃、154＃、155＃橋墩地層處理

5 地層預(yù)處理技術(shù)

5.1 鋼管隔離樁施工技術(shù)[8-9]

(1)鉆孔

鉆機(jī)采用HM90型，根據(jù)設(shè)計(jì)圖在工作面上用油漆標(biāo)定鉆孔位置，調(diào)整鉆桿，移動鉆機(jī)至鉆頭對準(zhǔn)孔位處。按照隔一鉆一的順序鉆孔，逐漸加密注漿并根據(jù)鉆孔情況，及時調(diào)整注漿參數(shù)，加快施工效率。鉆孔的同時做好孔號、進(jìn)尺、起訖時間、地層裂隙發(fā)育情況、出現(xiàn)涌水位置、涌水量和涌水壓力的記錄。

(2)制備水泥漿液

采用PC42.5R早強(qiáng)型復(fù)合硅酸鹽水泥作為壓力灌漿材料，制漿機(jī)制備水灰比0.6～0.8的均勻漿液，隨攪隨用，并在漿液初凝前使用完。

(3)綁設(shè)壓漿管

采用抗壓大于3 MPa的高壓纏絲橡膠壓漿管，壓漿接頭保持密閉，不漏漿不泄?jié){，綁設(shè)牢固不脫落。

(4)壓漿

采用壓漿泵壓漿，壓漿開始時用清水或稀漿走孔，結(jié)束時用濃漿封孔，灌漿壓力控制在0.2～0.5 MPa左右，當(dāng)發(fā)生壓力急劇上升或壓漿管劇烈抖動時，壓漿立即停止，迅速打開回漿筏門，以免漏漿、爆管。

(5)場地清理

封孔完成后進(jìn)行場地清理，主要是人工作業(yè)，對殘留材料清除出場，場地平整、夯實(shí)。

5.2 路基地層處理技術(shù)[10-12]

(1)施工準(zhǔn)備工作

鉆孔。依據(jù)鉆孔位置圖確定偏差不大于50 mm的孔位，鉆孔過程中隨時檢查鉆孔偏差度，需不大于1%。

插入袖閥管。采用φ48，分節(jié)長度2 m的袖閥管。依次放袖閥管到孔底，堵頭封閉第一節(jié)袖閥管底部，套箍聯(lián)接相鄰兩節(jié)袖閥管。安裝深度與鉆孔深度一致，最大誤差不大于20 cm，袖閥管接至地面以上0.3 m后用彩條布包裹孔口，孔口0.7～1.0 m范圍內(nèi)用普通硅酸鹽水泥摻加3%的速凝劑封堵，防止注漿時漿液竄至地面。

(2)注漿過程

①注漿參數(shù)

注漿采用水泥漿。主要參數(shù)見表2所示。

表2 注漿主要參數(shù)

②配制漿液

按1∶1的水灰比進(jìn)行至少5 min的漿液攪拌，使水泥充分溶解，漿液達(dá)到良好的可泵性、和易性、保水性，同時在注漿過程中要不停緩慢攪拌。

③注漿

注漿順序?yàn)橄韧鈬?、后?nèi)部。施工時要跳孔間隔注漿以防止竄漿和提高鉆孔利用率。壓注漿液時要緩慢、均勻、連續(xù)加壓至設(shè)計(jì)值，并保持穩(wěn)壓2 min以上。

④注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

外圍孔注漿控制以限制注漿量為主，結(jié)合注漿壓力終壓及穩(wěn)壓狀態(tài)綜合判斷，內(nèi)部孔無法注入為止。注漿后及時用清水清孔，清除袖閥管內(nèi)殘留漿液，以用于下次跟蹤注漿。

(3)跟蹤注漿施工工藝

當(dāng)?shù)乇肀O(jiān)測發(fā)現(xiàn)異?；虺霈F(xiàn)超挖時，要迅速做好地表跟蹤注漿。一般采用純水泥漿漿液，壓力控制在0.3～0.4 MPa，注漿過程中還應(yīng)做好注漿壓力和地表變形的觀測，預(yù)防地表隆起的發(fā)生。

6 結(jié)論

(1)成都地鐵17號線人民塘站～航天路站盾構(gòu)區(qū)間在連續(xù)下穿四股鐵路地層預(yù)處理施工過程中，針對不同的鐵路基礎(chǔ)形式，采用鋼管隔離樁和路基注漿進(jìn)行預(yù)處理，可以在保證鐵路正常運(yùn)營的情況下，有效控制地面沉降，實(shí)現(xiàn)了較好的地層預(yù)處理效果。

(2)盾構(gòu)隧道穿越鐵路過程中，同時要做好軌道沉降、下穿區(qū)外地層和橋臺結(jié)構(gòu)監(jiān)測，以便根據(jù)實(shí)際情況對既定的地層處理方案做出及時調(diào)整，保證盾構(gòu)隧道下穿施工安全。