盾構(gòu)法隧道下穿既有鐵路加固措施的實(shí)踐與思考

曹成斌 上海鐵路局新長(zhǎng)工務(wù)段

1 概況

某新建城際鐵路位置與某既有普速鐵路交叉，交叉角度為基本正交，城際鐵路采取盾構(gòu)施工法新建隧道穿越既有鐵路，左右線分別穿越鐵路高路堤和鐵路框架橋，左右線穿越長(zhǎng)度分別為33.819 m和15.647 m。隧道穿越鐵路段隧道上覆主要土層為：①-1和①-2雜填土，②-3b2淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，③-1b1-2粉質(zhì)粘土、③-2b2-3粉質(zhì)粘土、③-3b1-2粉質(zhì)粘土。盾構(gòu)隧道掘進(jìn)的主要土層為③-2b2-3粉質(zhì)粘土、③-3b1-2粉質(zhì)粘土。

2 既有鐵路路基及橋涵加固

2.1 加固措施

為有效控制鐵路變位，在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)前，對(duì)影響范圍路基和涵洞全部采用注漿方式加固，其中路基本體和涵洞下方加固深度至隧道底以下1 m、路基邊坡范圍加固深度至進(jìn)入④-1b1土層。

2.2 注漿加固工藝

注漿加固方式采用袖閥管兩套設(shè)備對(duì)稱同步斜孔注漿，水泥摻量為被加固土體的18%～20%，加固后28天無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于1 MPa，注漿孔間距為（0.8～1.5）m，應(yīng)能使被加固土體在平面和深度范圍內(nèi)連成一個(gè)整體，主要工序?yàn)闇y(cè)量定位→鉆孔→下袖閥管、澆注套殼料→固管止?jié){→待凝→開(kāi)環(huán)灌漿→正式注漿→終灌標(biāo)準(zhǔn)。鉆孔直徑為φ90 mm；套殼料采用粘土和水泥配制，配比范圍為水泥：粘土=1：1.5～1：3.5，水灰比為 1：1～1：2，注漿比重約為 1.5，漏斗黏度為（24～26）s；當(dāng)套殼管和安裝花管兩道工序做完以后，要待凝一段時(shí)間才能灌漿，待凝時(shí)間控制在2～10天之間；正式注漿采用雙塞心管進(jìn)行灌漿，灌漿自下而上分段進(jìn)行，沒(méi)排孔眼作為一個(gè)灌漿段，段長(zhǎng)為（33～50）cm；終灌標(biāo)準(zhǔn)為當(dāng)土層中有了一定的注入漿量，壓力為（0.2～0.5）MPa，不得大于 1 MPa，吸漿量小于25 L/min，穩(wěn)定時(shí)間25 min。

2.3 注漿加固實(shí)施

注漿加固方案通過(guò)征求各方意見(jiàn)，經(jīng)過(guò)路局專家和專業(yè)審批，在確保行車安全的前提下于當(dāng)年2月份到6月份進(jìn)行了實(shí)施（見(jiàn)圖1），通過(guò)28天加固后檢測(cè)和盾構(gòu)穿越過(guò)程實(shí)際檢驗(yàn)，注漿加固方案是科學(xué)、合理、有效的。

3 盾構(gòu)法施工控制措施

3.1 盾構(gòu)機(jī)選型要求

本隧道采用盾構(gòu)法施工，盾構(gòu)機(jī)在選型應(yīng)考慮以下幾個(gè)因素：一是本隧道主要穿越軟塑-流塑淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、可塑粉質(zhì)黏土、硬塑粉質(zhì)黏土等土層，應(yīng)考慮加泥式土壓平衡盾構(gòu)機(jī)；二是為增大盾構(gòu)機(jī)的靈敏性、利于盾構(gòu)機(jī)轉(zhuǎn)彎和糾偏以及控制盾構(gòu)施工產(chǎn)生的地面沉降，盾構(gòu)機(jī)應(yīng)選用鉸接型；三是應(yīng)考慮配置控制地表沉降的同步注漿和二次注漿設(shè)施。綜合考慮以上因素，施工選擇了日本小松土壓平衡盾構(gòu)機(jī)。

圖1 加固效果圖片

3.2 盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)時(shí)參數(shù)控制

（1）土倉(cāng)壓力設(shè)定值在理論計(jì)算結(jié)果基礎(chǔ)上增加（15～25）kPa，實(shí)際取值在（0.28～0.30）MPa之間；

（2）掘進(jìn)速度控制在（0.6～1.0）cm/min，均勻掘進(jìn)，每天 7～10 環(huán)，24 h 連續(xù)作業(yè)；

（3）采用同步注漿，每個(gè)行程（1.2 m）注漿量應(yīng)控制在2.5 m3，注漿壓力控制在（0.2～0.3）MPa之間；

3.3 掘進(jìn)過(guò)程中技術(shù)安全控制措施

（1）隨時(shí)調(diào)整盾構(gòu)施工參數(shù)，減少盾構(gòu)的超挖和欠挖，以改善盾構(gòu)前方土體的坍落或擠密現(xiàn)象，降低地基土橫向變形引起的土體變化；

（2）采用同步注漿和二次注漿，減少盾尾通過(guò)后隧道外周圍形成的空隙，減少隧道周圍土體的橫向位移；

（3）下穿前路基和橋涵必須注漿加固到位；

（4）盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)，控制好盾構(gòu)姿態(tài)，避免盾構(gòu)上浮、叩頭和后退等現(xiàn)象發(fā)生；

（5）加強(qiáng)沉降觀測(cè)，穿越施工對(duì)線路全過(guò)程監(jiān)測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果及時(shí)優(yōu)化調(diào)整掘進(jìn)施工參數(shù)，盾構(gòu)通過(guò)時(shí)，每10 min提供一組監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并及時(shí)反饋到施工人員，做到信息化動(dòng)態(tài)施工管理。

4 加固及盾構(gòu)下穿時(shí)既有鐵路變形監(jiān)測(cè)及控制

4.1 監(jiān)測(cè)控制項(xiàng)目

在注漿加固和盾構(gòu)推進(jìn)階段，均必須加強(qiáng)施工過(guò)程中的監(jiān)控測(cè)量，及時(shí)掌握路橋及線路變化情況，動(dòng)態(tài)調(diào)整施工參數(shù)，防止危及鐵路行車安全事故的發(fā)生。具體監(jiān)測(cè)項(xiàng)目主要有：鐵路涵洞縱橫向位移及沉降觀測(cè)、路基及地表沉降觀測(cè)、線路幾何狀態(tài)監(jiān)測(cè)、隧道內(nèi)水平收斂量測(cè)、拱頂下沉量測(cè)、應(yīng)力應(yīng)變量測(cè)。

4.2 監(jiān)測(cè)組織形式

為保證監(jiān)測(cè)結(jié)果的科學(xué)性和權(quán)威性，鐵路涵洞縱橫向位移及沉降觀測(cè)、路基及地表沉降觀測(cè)由有資質(zhì)的獨(dú)立第三方負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)；線路幾何狀態(tài)由工務(wù)段組織人員觀測(cè)；隧道內(nèi)水平收斂量測(cè)、拱頂下沉量測(cè)、應(yīng)力應(yīng)變量測(cè)由施工單位負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果統(tǒng)一匯總到施工項(xiàng)目部進(jìn)行分析、控制。

4.3 各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目觀測(cè)頻率和警報(bào)值設(shè)定（見(jiàn)表 1、表 2）

表1 各階段觀測(cè)頻率表

表2 盾構(gòu)穿越鐵路監(jiān)測(cè)報(bào)警值

4.4 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的實(shí)施

按監(jiān)測(cè)方案要求，對(duì)相關(guān)項(xiàng)目進(jìn)行了監(jiān)測(cè)（見(jiàn)圖2）。

圖2 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目實(shí)測(cè)圖片

4.5 部分實(shí)測(cè)觀測(cè)數(shù)據(jù)

通過(guò)對(duì)施工過(guò)程的監(jiān)測(cè)，全面掌握了整個(gè)施工過(guò)程路橋和線路變化情況，既保證了施工安全又保證了行車安全，部份觀測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表3 部分實(shí)測(cè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

5 保證既有鐵路行車安全措施

（1）鐵路限速要求：為確保鐵路行車安全，在注漿加固和盾構(gòu)推進(jìn)期間采取客車限速80 km/h、貨車限速60 km/h措施；

（2）嚴(yán)格按《鐵路工務(wù)安全規(guī)則》規(guī)定設(shè)置移動(dòng)行車減速信號(hào)牌，建立嚴(yán)密的駐站和現(xiàn)場(chǎng)防護(hù)體系，確保行車和勞動(dòng)安全；

（3）認(rèn)真按監(jiān)測(cè)方案對(duì)路橋和線路變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)異常立即采取措施，達(dá)到警報(bào)值必須立即停止施工；

（4）嚴(yán)格執(zhí)行臨近營(yíng)業(yè)線施工安全監(jiān)督的相關(guān)要求，施工單位必須在工務(wù)段安全監(jiān)督下進(jìn)行施工；

（5）嚴(yán)格執(zhí)行大型機(jī)械“一人一機(jī)”防護(hù)制度，保證任何施工機(jī)械、設(shè)備、人員、機(jī)具不得侵入鐵路限界；

（6）完善應(yīng)急處置流程，組建專業(yè)應(yīng)急處置隊(duì)伍，線路變形較大危及行車安全時(shí)必須立即停止施工、封鎖線路，經(jīng)過(guò)應(yīng)急處置達(dá)到通車條件后才能放行列車。

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，雖然先進(jìn)的盾構(gòu)工藝一定程度上減少了下穿施工對(duì)既有鐵路的影響，但盾構(gòu)工藝對(duì)周圍一定深度土體的擾動(dòng)還比較明顯，要在保證鐵路行車安全的前提下順利實(shí)施盾構(gòu)掘進(jìn)，必須根據(jù)下穿處地質(zhì)情況采取加固處理措施、必須嚴(yán)格控制掘進(jìn)過(guò)程中相關(guān)施工參數(shù)、必須嚴(yán)格加強(qiáng)對(duì)既有鐵路和軌道的監(jiān)測(cè)監(jiān)控、必須嚴(yán)格落實(shí)保證鐵路行車安全的其它相關(guān)安全措施。