重疊隧道盾構(gòu)施工下穿鐵路營業(yè)線施工技術(shù)研究

祝星星

(1.合肥市包河區(qū)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)局,安徽 合肥 230601; 2.合肥市包河區(qū)市政工程管理處,安徽 合肥 230601)

0 引言

隨著城市的發(fā)展地鐵線路不斷增多,在地鐵的施工過程中不可避免對周邊的建構(gòu)筑物產(chǎn)生一定的影響,為此如何在盾構(gòu)施工時(shí)確保周邊建構(gòu)筑物的安全是施工中的重點(diǎn)[1-3]。其中谷志強(qiáng)[4]研究在軟弱復(fù)合地層中重疊隧道施工所面臨的施工風(fēng)險(xiǎn)[5]。張玄等[6]以實(shí)際工程研究水砂層條件下盾構(gòu)穿越高鐵運(yùn)營線相關(guān)施工技術(shù)要求,提出采用隔離樁+同步注漿加固可降低樁基沉降。王金華等[7]研究發(fā)現(xiàn)增加土倉壓力和注漿層厚度可以減少橋梁的變形,得出合理的盾構(gòu)施工參數(shù)也可以控制橋梁的變形。本文針對合肥地鐵8號線耀遠(yuǎn)路站—靈璧路站區(qū)間隧道上下重疊穿越鐵路軌道群工程,針對盾構(gòu)施工過程中的控制措施、掘進(jìn)參數(shù)以及監(jiān)測進(jìn)行分析,相關(guān)技術(shù)可為今后類似工程提供參考。

1 工程概況

合肥地鐵8號線耀遠(yuǎn)路站—靈璧路站區(qū)間隧道上下重疊(先下后上)在右ZK27+406—右ZK27+468.9段由北向南依次穿越電廠專用線、合武繞行線上行線、桃東上行線、桃東下行線、合武繞行線下行線。合武繞行線全長359 km,有砟軌道,設(shè)計(jì)速度250 km/h,合武繞行線在盾構(gòu)下穿位置設(shè)計(jì)速度160 km/h,合武繞行線上行線實(shí)際運(yùn)營速度80 km/h,合武繞行線下行線實(shí)際運(yùn)營速度100 km/h。合肥地鐵8號線下穿處合武繞行線為路基形式,線間距5.3 m～5.5 m,有砟軌道。桃東線在盾構(gòu)下穿位置設(shè)計(jì)速度 80 km/h,桃東上行線實(shí)際運(yùn)營速度70 km/h,桃東下行線實(shí)際運(yùn)營速度60 km/h。合肥地鐵8號線下穿處桃東線為路基形式,下穿里程為桃東上行線K6+663,桃東下行線K8+518。電廠專用線為單線非電氣化鐵路,有砟軌道。電廠專用線在盾構(gòu)下穿位置運(yùn)營速度40 km/h。盾構(gòu)下穿鐵路路基,隧道頂覆土厚度右線為29.320 m～30.539 m(左線為17.984 m～19.203 m)。地鐵線路與鐵路線路夾角約為85°,左、右線豎向凈距5.136 m,區(qū)間隧道下穿影響范圍內(nèi)分布1副硬橫跨接觸網(wǎng)立柱和1座懸臂接觸網(wǎng)立柱。接觸網(wǎng)立柱均為淺埋獨(dú)立基礎(chǔ),埋深約3 m,寬約2.7 m。區(qū)間隧道與鐵路軌道群關(guān)系如圖1,圖2所示。

2 施工風(fēng)險(xiǎn)

根據(jù)本工程的地質(zhì)條件及施工重難點(diǎn),充分考慮各項(xiàng)不確定性因素,分析本工程可能存在的施工風(fēng)險(xiǎn)及突發(fā)緊急情況如下:

1)隧道施工穿越鐵路下方時(shí),掌子面土壓設(shè)置不當(dāng),或在盾構(gòu)掘進(jìn)過程對土層擾動過大引起普速鐵路路基產(chǎn)生不均勻沉降及變形。2)隧道掘進(jìn)至未探明的富水砂層、軟弱夾層等,造成突發(fā)性的隧道涌水涌砂事故。3)盾構(gòu)掘進(jìn)過程中遇到不明堅(jiān)硬障礙物影響正常掘進(jìn)。

3 施工要求及措施

3.1 控制標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)以往地鐵下穿有砟普鐵的經(jīng)驗(yàn),地鐵區(qū)間隧道下穿普速鐵路為桃東線和電廠專用線,下穿位置鐵路均為有砟道床。根據(jù)TG/GW 102—2019普速鐵路線路修理規(guī)則,確定控制指標(biāo)如表1所示。

表1 地表、路基、接觸網(wǎng)等沉降控制標(biāo)準(zhǔn)

3.2 控制措施

為了降低重疊隧道施工期間對運(yùn)營的鐵路產(chǎn)生不利影響,施工過程中對重疊段隧道進(jìn)行注漿加固,根據(jù)地勘報(bào)告及設(shè)計(jì)要求,重疊段加固土體分別為:黏土層、粉土層、粉砂層、全風(fēng)化泥質(zhì)砂巖和強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖。下洞隧道(靈耀右線)對吊裝孔及管片拱部增設(shè)的預(yù)留注漿孔,在注漿時(shí)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況設(shè)置一定長度(距離不足者可按實(shí)際情況取長度)的注漿管打入地層中,對隧道上方的土體進(jìn)行注單液水泥漿加固,以提高土體的強(qiáng)度。上洞隧道(靈耀左線)施工時(shí),根據(jù)各監(jiān)測結(jié)果匯總分析,對上層隧道和下層隧道的夾層土體進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)注漿加固。結(jié)合現(xiàn)場監(jiān)測反饋信息及時(shí)調(diào)整注漿量和注漿壓力。注漿管布置圖如圖3所示。

4 施工管理實(shí)施

4.1 掘進(jìn)參數(shù)控制

4.1.1 土倉壓力

根據(jù)土力學(xué)原理,土壓力的理論值計(jì)算公式見式(1):

P0=PC+PW=K0(γ′H+q)+rwH

(1)

其中,P0為土壓力,kPa;PW為水壓力,kPa;γ′為土的有效重度,kN/m3;H為盾構(gòu)掌子面中心處深度,m;q為地面超載,kPa。

對于合肥的硬塑狀黏土層而言,滲透性系數(shù)小,土倉壓力可采用水土合算見式(2):

P0=K0γH

(2)

其中,γ為土的飽和重度,kN/m3。

8號線一期工程耀遠(yuǎn)路站—靈璧路站區(qū)間隧道下穿鐵路路基區(qū)段隧道左線埋深約17.984 m～19.203 m、右線埋深約29.320 m～30.539 m。室內(nèi)實(shí)驗(yàn)測得全風(fēng)化泥質(zhì)砂巖、強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖、中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖的靜止側(cè)壓力系數(shù)為0.43,0.28,0.27,盾構(gòu)上方土質(zhì)滲透系數(shù)較小,可以采用水土合算;根據(jù)具體工點(diǎn)的實(shí)際土層參數(shù)和隧道埋深,理論計(jì)算得到相應(yīng)的土倉壓力約為0.13 MPa～0.17 MPa。

4.1.2 控制推進(jìn)速度

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)段和涉鐵專項(xiàng)文件要求,對盾構(gòu)穿越過程中的推進(jìn)速度進(jìn)行嚴(yán)格的控制。推進(jìn)速度過快會使得地表沉降的趨勢變大。推進(jìn)過慢會增加盾構(gòu)穿越過程對高鐵橋樁的影響,增加工期的同時(shí)還不利于高鐵橋正常的運(yùn)營。因此在盾構(gòu)掘進(jìn)中將推進(jìn)速度控制在2 cm/min～3 cm/min左右,并保持勻速推進(jìn),大概4環(huán)/d～5環(huán)/d。

4.1.3 注漿壓力控制

由于本工程上下重疊隧道的施工方式,對注漿壓力的控制更精細(xì),當(dāng)注漿壓力過小時(shí),可能會導(dǎo)致地面沉陷。當(dāng)注漿壓力過大時(shí),可能會導(dǎo)致地面出現(xiàn)隆起。因此注漿壓力的大小影響著鐵路路基的安全。根據(jù)本工程實(shí)際情況以及計(jì)算,左線注漿壓力控制在0.18 MPa～0.23 MPa,右線注漿壓力控制在0.24 MPa～0.30 MPa。

4.2 監(jiān)測控制

4.2.1 鐵路路基監(jiān)測

根據(jù)設(shè)計(jì)要求,沿鐵路各股道縱向,每股道布置11個(gè)路基監(jiān)測斷面,斷面間距5 m～15 m,每個(gè)監(jiān)測斷面的每股線路布設(shè)8個(gè)測點(diǎn),共布設(shè)88個(gè)測點(diǎn),點(diǎn)位布設(shè)位置如圖4所示。

測點(diǎn)布設(shè):鐵路路基監(jiān)測點(diǎn),清除小范圍道砟后,在地表人工開挖,開挖深度和開口直徑根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)情況確定,然后放入測點(diǎn),測點(diǎn)采用φ30 mm,長150 cm 半圓頭鋼筋制成,測點(diǎn)四周用水泥砂漿填實(shí),管內(nèi)填充細(xì)沙,在鋼筋頂部焊接上測量徠卡棱鏡,并將棱鏡對準(zhǔn)儀器方向,直至整個(gè)項(xiàng)目監(jiān)測工作結(jié)束后方可將棱鏡取下。布點(diǎn)作業(yè)需在工務(wù)段配合下完成。

4.2.2 軌道變形監(jiān)測

軌道監(jiān)測目的在于監(jiān)測軌道的豎向和水平位移,沿鐵路各股道縱向,每股道布置11個(gè)軌道監(jiān)測斷面,斷面間距 5 m～15 m,每個(gè)監(jiān)測斷面布設(shè)10個(gè)測點(diǎn),共布設(shè)110個(gè)測點(diǎn)。具體軌道測點(diǎn)布設(shè)如圖5,圖6所示。

4.2.3 接觸網(wǎng)立柱監(jiān)測

影響區(qū)范圍內(nèi)的每根接觸網(wǎng)立柱設(shè)2處監(jiān)測點(diǎn),現(xiàn)場共監(jiān)測4根接觸網(wǎng)立柱,共計(jì)布設(shè)8個(gè)測點(diǎn)。布設(shè)在距地面0.5 m和2.0 m處,利用云石膠將棱鏡粘貼在立柱側(cè)面。高度、方向可根據(jù)現(xiàn)場通視情況做適當(dāng)調(diào)整,如圖7所示。

5 結(jié)語

結(jié)合合肥地鐵8號線下穿鐵路軌道群工程實(shí)例,深入分析地鐵盾構(gòu)隧道重疊下穿鐵路路基施工技術(shù),得出以下結(jié)論:

1)重疊隧道下穿鐵路路基過程中,對重疊隧道中間的夾層土進(jìn)行洞內(nèi)注漿加固,提高土體的強(qiáng)度,減低了盾構(gòu)施工對鐵路的正常運(yùn)營。

2)由于本工程采用“先下后上”的施工順序,在上隧道施工過程中不僅要對鐵路進(jìn)行監(jiān)測,還要對已建的下隧道進(jìn)行監(jiān)測,結(jié)合現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)動態(tài)調(diào)整盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)的參數(shù)。

3)為確保盾構(gòu)隧道施工的安全,在施工期間,對涉鐵過程中的運(yùn)營線路進(jìn)行減速要求,減少列車行駛的動荷載產(chǎn)生的影響。