深圳地鐵5號線穿越鐵路區(qū)間隧道盾構(gòu)法施工

趙承志 蘇華友

1 工程與地質(zhì)概況

工程位于深圳市龍崗區(qū)布吉鎮(zhèn),本區(qū)間盾構(gòu)隧道在左DK31+317.569～DK31+392.037、右DK31+320.316～DK31+395.259范圍內(nèi)平面斜交穿越廣深鐵路,隧道與鐵路中心線平面交角為77°,共計10股道,穿越長度約58 m。根據(jù)地質(zhì)鉆探資料,土層從上到下分別為:素填土、礫砂、粉質(zhì)粘土、全風(fēng)化角巖、強(qiáng)風(fēng)化角巖、中風(fēng)化角巖。隧道在DK31+350處覆土最淺,約為13.3 m。下穿范圍內(nèi)有兩條廣深鐵路交通涵和排水渠。交通涵與線路左線平面斜交約38 m,距隧道拱頂約8.2 m;排水渠與線路右線平面斜交約40 m,距隧道拱頂約9.5 m。

2 鐵路加固目的

地鐵隧道下穿鐵路,兩者之間相互影響。地鐵施工過程中,地表沉降影響鐵路運(yùn)營安全;鐵路動荷載影響地鐵結(jié)構(gòu)安全。

2.1 盾構(gòu)施工對鐵路的影響

盾構(gòu)隧道在通過鐵路時,對土體擾動大,造成地表不均勻沉降,鋼軌接頭產(chǎn)生軌縫、錯牙、臺階和折角,嚴(yán)重影響列車運(yùn)行安全。

經(jīng)有限元計算分析,得到盾構(gòu)隧道施工過程中,加固和不加固兩種工況下地表沉降規(guī)律。兩盾構(gòu)隧道下穿廣深鐵路,引起的地表沉降曲線如圖1所示。

由圖1可知,不加固時兩隧道洞頂對應(yīng)的地表沉降值最大,有兩條明顯的沉降槽;加固后隧頂與兩隧道中間地表沉降基本相同,未出現(xiàn)較明顯的沉降槽,地表沉降最大值為11 mm,注漿加固較不注漿地表沉降減小63%。

2.2 列車運(yùn)行對地鐵隧道的影響

列車在運(yùn)行中,對路基土體產(chǎn)生的動應(yīng)力沿深度逐漸衰減,衰減程度與土層的力學(xué)性質(zhì)以及列車動載大小等因素有關(guān),一般認(rèn)為動應(yīng)力的影響深度約4m～7 m。但當(dāng)基床下部有構(gòu)筑物時,動應(yīng)力的傳播將發(fā)生較大變化。

首先,隧道施工引起線路下沉,導(dǎo)致線路不平順加大輪軌間沖擊力,使路基內(nèi)動應(yīng)力加大,土體動荷載增加,則作用在地鐵隧道管片上的荷載增加,影響地鐵隧道的安全。其次,廣深線列車行駛速度快、行車密度大,該區(qū)段鐵路1號～2號線動車組92對/d,130 km/h～150 km/h;3號～4號線客車 28對/d、貨車 6對/d,80 km/h;車速的提高同樣會加大列車動載作用,勢必引起路基面動應(yīng)力的增大。

因此廣深線與地鐵的相互影響應(yīng)從地鐵施工期及長期運(yùn)營兩個方面綜合考慮。首先,在地鐵隧道施工過程中,同時保證廣深線上行駛列車的行車安全以及地鐵的施工安全;其次,在地鐵長期運(yùn)營期間能保證其結(jié)構(gòu)變形不至引起廣深線的軌道不平順過大,從而保證列車行車安全。

3 設(shè)計及施工方案

為保證鐵路正常安全運(yùn)行及盾構(gòu)順利推進(jìn),采取地表加固和盾構(gòu)隧道洞內(nèi)加固的加固方案。

3.1 地表加固措施

盾構(gòu)推進(jìn)前,對穿越的鐵路線路預(yù)加固。

1)旋噴樁加固。距下穿區(qū)域鐵路線路兩側(cè)各4 m處設(shè)四排旋噴樁,直徑0.8 m,樁間咬合0.2 m,共2.4 m寬,加固至盾構(gòu)底板下1 m,加固后土體28 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度qu≥1.0 MPa,樁間范圍內(nèi)路基分層跟蹤注漿加固。

2)袖閥管跟蹤注漿。為保證盾構(gòu)施工時,鐵路運(yùn)營、地鐵隧道結(jié)構(gòu)的安全,主加固區(qū)進(jìn)行分層袖閥管跟蹤注漿加固,加固范圍為道床下5 m至隧道結(jié)構(gòu)頂,在鐵路股道兩側(cè)4 m處傾斜布設(shè)袖閥管注漿孔,注漿材料為水泥—水玻璃雙液漿。

3.2 施工方案

1)廣深鐵路加固。首先進(jìn)行廣深鐵路兩側(cè)旋噴樁施工。旋噴樁施工期間對廣深鐵路進(jìn)行監(jiān)測,根據(jù)監(jiān)測結(jié)果調(diào)整施工參數(shù),并通知鐵路部門對線路進(jìn)行及時養(yǎng)護(hù);再根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)適時施工注漿加固區(qū)。2)盾構(gòu)推進(jìn)。a.洞內(nèi)措施。廣深鐵路下方中心線左右兩側(cè)各約50 m范圍內(nèi)的鋼筋混凝土管片配筋加強(qiáng)。采用加設(shè)注漿孔的襯砌環(huán),根據(jù)地面監(jiān)測情況在主加固區(qū)進(jìn)行跟蹤注漿,注漿范圍為隧道襯砌外2.5 m,采用緩凝型水泥—水玻璃雙液漿,注漿壓力控制在0.3 MPa～1.0 MPa。襯砌管片脫出盾尾后,配合地面量測及時進(jìn)行壁后同步注漿。根據(jù)地面沉降變化,在管片出盾尾2環(huán)后進(jìn)行二次壓漿,并根據(jù)地層變形監(jiān)測信息及時調(diào)整壓漿位置、壓入量、壓力值。根據(jù)地面的監(jiān)測情況,不斷優(yōu)化盾構(gòu)施工的各種技術(shù)參數(shù),合理選定推進(jìn)速度、平衡土壓力、出土量等參數(shù),嚴(yán)格控制盾構(gòu)糾偏量。土倉壓力與地面沉降觀測結(jié)果相對照,建立合理的土倉壓力并保持土壓平衡[1]。b.洞外措施。盾構(gòu)推進(jìn)實(shí)行信息化反饋施工,增加監(jiān)測頻率。在鐵路兩側(cè)埋設(shè)沉降觀測點(diǎn),跟蹤測量進(jìn)行信息分析,及時通知井下調(diào)整掘進(jìn)參數(shù),并根據(jù)監(jiān)測反饋信息及時跟蹤注漿,及時對碎石道床進(jìn)行鋪墊和軌道校正,保持鐵路軌道的平、順、直。3)盾構(gòu)軸線控制。a.盾構(gòu)下坡推進(jìn)時,要防止盾構(gòu)“磕頭”;盾構(gòu)上坡時,要防止“上拋”,每次糾偏幅度不得過大,調(diào)整切口水壓設(shè)定值,確保切口土體不下沉、不隆起或少隆起;b.調(diào)整盾構(gòu)推力大小和合力作用點(diǎn)位置,控制盾構(gòu)軸線,即利用控制盾構(gòu)縱坡來控制盾構(gòu)高程位置;利用兩個對稱千斤頂伸出的差值,控制盾構(gòu)平面位置;c.選擇合理的壓漿位置,利用壓漿的壓力調(diào)整管片和盾構(gòu)的相對位置,改善盾構(gòu)的糾偏條件。

4 下穿廣深鐵路段施工監(jiān)測

監(jiān)測內(nèi)容包括結(jié)構(gòu)沉降、走行軌左右高差、變形縫處差異沉降、變形縫開合度、軌距變化等[2]。

4.1 隧道外監(jiān)測

1)地表沉降。在盾構(gòu)下穿鐵路線兩側(cè)范圍內(nèi),沿隧道中線上方地面每隔10 m建立一個監(jiān)測橫斷面,每5 m設(shè)一個沉降測點(diǎn),每個斷面上布設(shè)13個觀測點(diǎn),共計180個點(diǎn)。2)線路沉降及方向偏移。在加固施工和盾構(gòu)推進(jìn)前先在地面上布置好線路變形觀測點(diǎn)。在穿越區(qū)每股鐵路上設(shè)置路基及線路觀測斷面。XL-1～XL-10,10個斷面共計70個點(diǎn)。3)隧道兩側(cè)地下水位監(jiān)測。隧道掘進(jìn)前,在隧道兩側(cè)土體內(nèi)和周邊建筑物四周埋設(shè)水位管,通過水位管水位監(jiān)測,掌握地下水位變化情況。

4.2 交通涵的沉降監(jiān)測

隧道掘進(jìn)前,在交通涵兩端及中部的底板上埋設(shè)3個沉降觀測點(diǎn),通過沉降監(jiān)測,掌握交通涵的沉降及不均勻沉降情況。

4.3 隧道內(nèi)監(jiān)測

在管片拱底塊的平臺上對稱布置隧道沉降觀測點(diǎn),及時了解隧道推進(jìn)后的沉降以便采取二次注漿等措施防止隧道沉降引起地面沉降。

適當(dāng)減小出渣量,防止土層損失,減少土層損失對地面沉降造成的影響[4]?？刂平Y(jié)構(gòu)物的變形在允許范圍之內(nèi),并在施工期間加強(qiáng)監(jiān)控量測和信息反饋工作,根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)信息反饋采取跟蹤注漿措施,以調(diào)整沉降曲線。

[1]鐘小春,朱 偉,秦建設(shè).盾構(gòu)隧道襯砌管片通縫與錯縫的比較分析[J].巖土工程學(xué)報,2003(1):109-112.

[2]駱建軍,張頂立,王夢恕,等.淺埋暗挖車站施工地表沉降實(shí)測分析[J].鐵道建筑技術(shù),2008(3):45-46.

[3]馬書紅.盾構(gòu)機(jī)的地鐵過站施工技術(shù)[J].山西建筑,2009,35(5):320-321.

[4]劉 昌.盾構(gòu)施工引起地表沉降的研究[D].西安:西安建筑科技大學(xué),2007.