盾構(gòu)隧道下穿高速鐵路運(yùn)營(yíng)線路路基段的施工技術(shù)

王吉永

（江蘇盛華工程監(jiān)理咨詢有限公司，221006，徐州∥高級(jí)工程師）

盾構(gòu)隧道下穿高速鐵路運(yùn)營(yíng)線路路基段的施工技術(shù)

王吉永

（江蘇盛華工程監(jiān)理咨詢有限公司，221006，徐州∥高級(jí)工程師）

結(jié)合蘇州廣濟(jì)路地下空間人防配套設(shè)施工程（火車站站至三醫(yī)院站區(qū)間隧道）成功穿越運(yùn)營(yíng)中滬寧城際高速鐵路和京滬普速鐵路工程實(shí)例，從組織機(jī)構(gòu)保障、施工方案編審、地基加固、沉降控制標(biāo)準(zhǔn)確定、土倉(cāng)壓力控制等15個(gè)方面，論述了盾構(gòu)穿越高速鐵路施工過(guò)程中的關(guān)鍵控制點(diǎn)，總結(jié)得出盾構(gòu)隧道下穿運(yùn)營(yíng)中高速鐵路技術(shù)的幾個(gè)重要結(jié)論，包括對(duì)高速鐵路的保護(hù)措施、沉降控制標(biāo)準(zhǔn)的確定、盾構(gòu)土倉(cāng)壓力的控制、同步注漿及二次注漿等。

地鐵；盾構(gòu)隧道；既有高速鐵路；穿越

Author's address Jiangsu Shenghua Engineering Supervision Consulting Co.，Ltd.，221006，Xuzhou，China

高速鐵路運(yùn)營(yíng)速度快，輸送旅客多，地鐵隧道在穿越高速鐵路施工時(shí)存在較大的安全風(fēng)險(xiǎn)。為了保證隧道穿越安全，施工中有很多關(guān)鍵的技術(shù)工作必須做好。本文結(jié)合蘇州廣濟(jì)路地下空間人防配套設(shè)施工程（火車站站至三醫(yī)院站區(qū)間隧道）成功穿越蘇州火車站站場(chǎng)工程實(shí)例，探討盾構(gòu)隧道穿越高速鐵路的關(guān)鍵控制技術(shù)。

1　工程概況

火車站站—三醫(yī)院站盾構(gòu)區(qū)間從三醫(yī)院站出發(fā)，沿廣濟(jì)路向西延伸右轉(zhuǎn)穿越蘇州火車站站場(chǎng)后，到達(dá)蘇州火車站站。區(qū)間右線總長(zhǎng)1 360.436 m，左線總長(zhǎng)1 344.446 m，設(shè)兩處聯(lián)絡(luò)通道。隧道埋置于中密狀④3粉土或粉砂層，軟～流塑狀④5粉質(zhì)黏土層中。本區(qū)間隧道采用2臺(tái)盾構(gòu)機(jī)自三醫(yī)院站向火車站站場(chǎng)方向推進(jìn)，下穿的鐵路線路包括滬寧城際鐵路區(qū)域的3條京滬普速過(guò)渡線、滬寧城際鐵路2條正線（線路設(shè)計(jì)速度250 km/h，采用CRTS I型板式無(wú)砟軌道）和4條到發(fā)線（采用有砟軌道）。左線過(guò)鐵路后，沿著城際鐵路外側(cè)圍墻向火車站西風(fēng)井推進(jìn)；右線過(guò)鐵路后，沿著鐵路圍墻外側(cè)道路下方向火車站西風(fēng)井推進(jìn)。火車站站場(chǎng)段盾構(gòu)隧道左右線分別為右轉(zhuǎn)的R400 m、R410 m曲線，左右線的水平中心間距為13.7 m，縱斷面處于上坡線路上。穿越鐵路段隧道線路自大里程至小里程，覆土厚度由深至淺，約從18.8 m到12.9 m。盾構(gòu)隧道下穿鐵路線路及預(yù)加固平面圖見圖1。

2　隧道穿越高速鐵路施工過(guò)程關(guān)鍵控制點(diǎn)

（1）組織機(jī)構(gòu)保障。施工前組建了蘇州地鐵2號(hào)線盾構(gòu)穿越蘇州站站場(chǎng)聯(lián)合指揮部，其包括上海鐵路局東華公司、上海鐵路局公務(wù)段、上海鐵路局高鐵部、上海鐵路局蘇州站、同濟(jì)大學(xué)、蘇州軌道交通有限公司、江蘇盛華工程監(jiān)理咨詢有限公司、中鐵十九局等相關(guān)單位。聯(lián)合指揮部負(fù)責(zé)指揮穿越施工各項(xiàng)事宜，包括各方協(xié)調(diào)、信息溝通共享、現(xiàn)場(chǎng)指揮控制等。

圖1　盾構(gòu)隧道下穿鐵路線路及預(yù)加固平面圖

（2）地質(zhì)條件及周邊環(huán)境調(diào)查。盾構(gòu)隧道穿越鐵路前根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，確定穿越范圍周邊區(qū)域存在的建（構(gòu)）筑物、地下管線等的具體情況，包括平立面位置、基礎(chǔ)形式、埋置深度、水文地質(zhì)等詳細(xì)信息。

（3）施工方案編審。編制有針對(duì)性的穿越火車站站場(chǎng)專項(xiàng)施工方案并進(jìn)行專家評(píng)審。本專項(xiàng)方案于2011年6月11日召開了專家評(píng)審會(huì)，邀請(qǐng)中國(guó)工程院院士王夢(mèng)恕等5位資深專家進(jìn)行方案評(píng)審，形成了技術(shù)咨詢專家指導(dǎo)意見，論證后方案報(bào)監(jiān)理單位、軌道公司及上海鐵路局批準(zhǔn)。

（4）地基加固及板樁保護(hù)。在盾構(gòu)隧道穿越高速鐵路施工前，完成對(duì)高鐵段的地基加固并檢測(cè)合格。為了確保盾構(gòu)穿越火車站站場(chǎng)期間鐵路運(yùn)營(yíng)安全，本項(xiàng)目建設(shè)單位蘇州軌道交通有限公司專門委托上海鐵路局東華公司對(duì)火車站站場(chǎng)提前進(jìn)行地基加固。地基加固采用三軸攪拌樁和袖閥管注漿相結(jié)合的方案進(jìn)行。經(jīng)檢測(cè)，穿越高鐵前加固體無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度已大于1 MPa的設(shè)計(jì)要求。由于滬寧城際鐵路正線的沉降控制要求較高，在原加固方案的基礎(chǔ)上對(duì)城際鐵路正線下方采取了加強(qiáng)保護(hù)措施，即采用“板+樁”保護(hù)方案。并在板下方埋設(shè)注漿管，以便在盾構(gòu)掘進(jìn)及后期沉降過(guò)程中進(jìn)行跟蹤注漿。城際鐵路正線下“板+樁”保護(hù)剖面圖詳見圖2。

圖2　城際鐵路正線下板樁剖面圖

（5）沉降控制標(biāo)準(zhǔn)的確定。確定沉降預(yù)警值、報(bào)警值和控制值，是本次盾構(gòu)穿越高速鐵路施工的重點(diǎn)和難點(diǎn)工作。由于盾構(gòu)穿越運(yùn)營(yíng)中的高速鐵路技術(shù)此前并未成熟，可供借鑒的經(jīng)驗(yàn)幾乎沒有，而本次穿越施工必須保證高鐵運(yùn)營(yíng)安全，責(zé)任重大，所以在確定沉降監(jiān)測(cè)控制標(biāo)準(zhǔn)時(shí)特別慎重。經(jīng)同濟(jì)大學(xué)研究，上海鐵路局審批及專家論證，滬寧城際鐵路正線線路沉降控制必須同步跟進(jìn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。線路沉降控制標(biāo)準(zhǔn)定為：每天隆起與沉降±1 mm作為預(yù)警值，每天隆起與沉降±2 mm作為報(bào)警值，施工期鐵路線路方向24 m范圍內(nèi)最大沉降不得超過(guò)5 mm。對(duì)滬寧城際正線“板+樁”保護(hù)結(jié)構(gòu)，板樁的沉降控制在2 mm以內(nèi)，可滿足高鐵安全運(yùn)營(yíng)要求。

（6）盾構(gòu)機(jī)改造。為保證穿越鐵道安全，對(duì)原采用的小松盾構(gòu)機(jī)的配置進(jìn)行了相應(yīng)改造。改造內(nèi)容包括刀盤刀具、注漿泵、螺旋機(jī)閘門等。改造后盾構(gòu)機(jī)的性能指標(biāo)如下：①盾構(gòu)機(jī)額定扭矩大于5 147 k N·m，額定推力37 730 k N；②盾構(gòu)機(jī)刀盤采用面板式，開口率為40%；③盾構(gòu)機(jī)刀盤配備了66把大先行刀、12把小先行刀、78把刮刀；④螺旋輸送機(jī)配備了2道防水閘門；⑤將原日本PA-30C同步注漿泵更換為德國(guó)施維英注漿泵（功率大，不易堵管）；⑥刀盤上有5個(gè)添加劑注入口，在必要時(shí)可注入泡沫等；⑦盾尾密封3道，密封刷采用知名品牌；⑧土倉(cāng)內(nèi)裝有4個(gè)土壓計(jì)。

（7）掘進(jìn)參數(shù)初步確定及盾構(gòu)機(jī)檢查。在下穿鐵道之前，盾構(gòu)機(jī)首先下穿了南一村大量一至三層民房建筑及外城河，從而積累了大量的盾構(gòu)掘進(jìn)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，初步確定了穿越段盾構(gòu)機(jī)各項(xiàng)掘進(jìn)參數(shù)。在進(jìn)入鐵道區(qū)域前，對(duì)盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行了全面的檢查驗(yàn)收，以保證穿越期間不出現(xiàn)故障停機(jī)。

（8）列車限速。為確保滬寧城際鐵路安全運(yùn)營(yíng)，盾構(gòu)推進(jìn)至距城際鐵路正線30 m時(shí)，對(duì)正線列車限速120 km/h，并根據(jù)沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)變化情況適時(shí)調(diào)整。

（9）土倉(cāng)壓力控制。按照土倉(cāng)壓力公式P= K0（rh+q）計(jì)算。其中，土的側(cè)向靜止土壓力系數(shù)K0加權(quán)平均后取0.5，土的平均容重r取19.5 k N/m3，隧道埋深h在穿越鐵道段為12.9～18.8 m，q為地面荷載。結(jié)合土體加固和地面行車等情況對(duì)計(jì)算出的土倉(cāng)壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，盾構(gòu)穿越鐵道段實(shí)際推進(jìn)時(shí)的土倉(cāng)壓力控制值為0.23～0.29 MPa。

（10）推力和掘進(jìn)速度控制。根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況和加固處理后的效果，盾構(gòu)在穿越高鐵段頂進(jìn)時(shí)的推力控制在13 000 kN。盾構(gòu)在穿越蘇州站站場(chǎng)地基加固范圍時(shí)推進(jìn)速度控制在2 cm/min，穿越普速鐵路段時(shí)每日推進(jìn)速度嚴(yán)格控制在6環(huán)以內(nèi)，穿越滬寧城際高鐵正線時(shí)每日推進(jìn)速度控制在4環(huán)以內(nèi)。

（11）同步注漿及二次注漿。同步注漿漿液采用準(zhǔn)厚漿，配合比為：水：黃砂：粉煤灰：膨潤(rùn)土：消石灰：減水劑=530 kg：800 kg：400 kg：70 kg：60 kg：2 kg。同步注漿量為3.8 m3/環(huán)。二次注漿漿液采用水泥水玻璃雙液漿，配比為：水：水玻璃= 3：1（質(zhì)量比），水泥漿水灰比=1：1（質(zhì)量比），水泥漿：水玻璃漿液=1：1（體積比）。

（12）泡沫劑和盾尾油脂注入。穿越鐵道加固區(qū)施工期間，土體較干燥，每環(huán)加入泡沫劑50 kg以改善土倉(cāng)內(nèi)土體性能，防止螺旋輸送機(jī)堵塞。盾尾油脂每環(huán)注入量為50 kg，保證穿越鐵道期間盾尾密封良好，無(wú)漏漿漏水現(xiàn)象發(fā)生。

（13）盾構(gòu)姿態(tài)控制。除采用盾構(gòu)機(jī)自身的ROBOTEC測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量外，施工和監(jiān)理單位專業(yè)測(cè)量人員定期對(duì)盾構(gòu)姿態(tài)及已成型隧道軸線進(jìn)行測(cè)量復(fù)核。在盾構(gòu)下穿站場(chǎng)加固區(qū)時(shí)，適當(dāng)開啟超挖刀，以保持盾構(gòu)姿態(tài)盡量與軸線平行；發(fā)現(xiàn)偏差時(shí)，及時(shí)調(diào)整盾構(gòu)姿態(tài)進(jìn)行糾偏。姿態(tài)調(diào)整遵循小糾偏、勤糾偏、提前糾偏的原則。

（14）監(jiān)測(cè)與安全監(jiān)護(hù)。盾構(gòu)穿越高鐵施工期間進(jìn)行監(jiān)測(cè)和安全監(jiān)護(hù)的單位包括同濟(jì)大學(xué)、上海工務(wù)段、上海鐵路局高鐵部、中鐵十九局等。其中，同濟(jì)大學(xué)采用的有棱鏡全站儀（NET05）自動(dòng)監(jiān)測(cè)方法，可自動(dòng)照準(zhǔn)目標(biāo)，初始化后可以自動(dòng)觀測(cè)。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集；鐵路客運(yùn)專線每天進(jìn)行列車添乘檢查；監(jiān)測(cè)和安全監(jiān)護(hù)單位所采集的數(shù)據(jù)共享；每天召開各方參加的聯(lián)合指揮部會(huì)議，及時(shí)反饋各方數(shù)據(jù)信息。

（15）應(yīng)急管理體系建設(shè)。主要體現(xiàn)在應(yīng)急預(yù)警系統(tǒng)和應(yīng)急預(yù)案的建立方面。監(jiān)測(cè)預(yù)警、安全監(jiān)護(hù)測(cè)量預(yù)警、添乘檢查值預(yù)警、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)預(yù)警分析等均屬應(yīng)急預(yù)警系統(tǒng)。應(yīng)急預(yù)案針對(duì)風(fēng)險(xiǎn)事件發(fā)生后的應(yīng)急管理，能夠增強(qiáng)對(duì)突發(fā)性風(fēng)險(xiǎn)事件的應(yīng)急處理能力，是防止損失擴(kuò)大和風(fēng)險(xiǎn)事件惡化的重要保證。聯(lián)合指揮部在盾構(gòu)穿越鐵道施工前制訂了詳盡的應(yīng)急預(yù)案，準(zhǔn)備了充分的應(yīng)急物資，并進(jìn)行了應(yīng)急演練和總結(jié)，以確保在緊急情況出現(xiàn)時(shí)能夠及時(shí)啟動(dòng)相應(yīng)預(yù)案。

3　結(jié)語(yǔ)

本區(qū)間隧道右線盾構(gòu)于2011年11月11日開始正式穿越鐵路，2011年12月2日順利完成穿越，歷時(shí)22 d，環(huán)號(hào)為第876環(huán)至第990環(huán)，共計(jì)115環(huán)。區(qū)間隧道左線盾構(gòu)于2011年11月26日開始正式穿越鐵路，2011年12月25日順利完成穿越，歷時(shí)30 d，環(huán)號(hào)為第887環(huán)至第1 030環(huán)，共計(jì)144環(huán)。穿越段鐵路線穩(wěn)定后監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)累計(jì)值為：滬寧城際鐵路正線（高速線）沉降最大值為-0.7 mm，隆起最大值為+0.4 mm；滬寧城際鐵路到發(fā)線沉降最大值為-3 mm，隆起最大值為+1 mm；京滬鐵路普速線沉降最大值為-4 mm，隆起最大值為+2 mm。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均達(dá)到了沉降控制標(biāo)準(zhǔn)要求，盾構(gòu)成功穿越滬寧城際鐵路高速線、京滬鐵路普速線共9條線路。經(jīng)過(guò)近2年的觀察，未發(fā)現(xiàn)工后沉降超標(biāo)等異常現(xiàn)象，各條鐵路線路運(yùn)行良好。

筆者通過(guò)本次盾構(gòu)成功穿越運(yùn)營(yíng)中高速鐵路客運(yùn)專線及普速鐵路線，得出以下結(jié)論：

（1）滬寧城際正線處于樁板結(jié)構(gòu)的保護(hù)下，其監(jiān)測(cè)變形數(shù)據(jù)比滬寧城際到發(fā)線和京滬普速鐵路線小得多，說(shuō)明樁板加固在盾構(gòu)穿越鐵道時(shí)作用效果明顯。

（2）制訂的每天隆起與沉降±1 mm作為預(yù)警值，每天隆起與沉降±2 mm作為報(bào)警值，鐵路線路方向24 m范圍內(nèi)最大沉降不得超過(guò)5 mm，城際高鐵正線“板+樁”保護(hù)結(jié)構(gòu)的板樁沉降控制在2 mm以內(nèi)的控制標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)實(shí)踐驗(yàn)證能夠滿足下穿運(yùn)營(yíng)中高速鐵路的安全要求。

（3）土倉(cāng)壓力控制是土壓平衡盾構(gòu)穿越鐵路線路時(shí)的關(guān)鍵控制因素。穿越鐵路段設(shè)置合理的土倉(cāng)壓力，可使刀盤前方土層僅有很微小的隆起，隨著盾構(gòu)機(jī)通過(guò)，土體固結(jié)，隆起值回落并逐漸趨于穩(wěn)定。

（4）加強(qiáng)同步注漿和二次注漿量的控制是沉降控制的關(guān)鍵。特別是同步注漿，能夠及時(shí)填充盾尾間隙，直接減少盾構(gòu)掘進(jìn)引起的地層損失，對(duì)控制地層沉降效果直接。

盾構(gòu)穿越運(yùn)營(yíng)中的高速鐵路施工風(fēng)險(xiǎn)大、難度高，在盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中一定要統(tǒng)籌規(guī)劃，全面管理，主動(dòng)控制，遵循盾構(gòu)施工“組織管理有序、機(jī)械保養(yǎng)有序、信息管理有序，土倉(cāng)壓力平衡、注漿壓力平衡、注漿量與進(jìn)尺平衡，盾構(gòu)掘進(jìn)姿態(tài)平穩(wěn)、管片拼裝平穩(wěn)、推進(jìn)速度平穩(wěn)”的三有序、三平衡、三平穩(wěn)的原則，才能達(dá)到穿越施工的目標(biāo)控制要求。

［1］ 王夢(mèng)恕.中國(guó)隧道及地下工程修建技術(shù)［M］.北京：人民交通出版社，2010.

［2］ 陳饋，洪開榮，吳學(xué)松.盾構(gòu)施工技術(shù)［M］.北京：人民交通出版社，2009.

［3］ 程雄志.地鐵盾構(gòu)下穿高速鐵路情況下的路基加固與軌面控制［J］.城市軌道交通研究，2013（2）：89.

Construction Technology of Subway Schield Tunneling Crossing under High-speed Railway

Wang Jiyong

Based on the construction project for civil air defense facilities in underground space of GuangJi Road in Suzhou City，that crosses under Shanghai-Nanjing Intercity High-speed Railway and Beijing-Shanghai normal railway，the vital control points during the process of shield tunneling are described from 15 aspects，including organization guarantee，construction scheme，foundation stabilization，earth pressure control，etc.，some important conclusions are drawn about shield tunneling crossing under high-speed railway technology，such as the protection of high-speed railway，control of settlement standards，pressure of shield soil storage control，synchronic and second grouting，and so on.

subway；shield tunnel；existing high-speed railway；crossing

U 455.43

10.16037/j.1007-869x.2015.07.024

2013-10-18）