盾構下穿運營鐵路施工關鍵技術探討

周德明

（中鐵隧道股份有限公司，湖南 長沙 410013）

盾構下穿運營鐵路施工關鍵技術探討

周德明

（中鐵隧道股份有限公司，湖南 長沙 410013）

本文以某城市軌道建設為例，對穿越施工工程實踐中的土壓力、推進速度、同步注漿、隧道監測等盾構施工關鍵技術進行了闡述。

盾構穿越；運營地鐵；關鍵技術

隨著城市軌道交通建設的不斷發展，新建隧道穿越既有鐵路的案例越來越多。本文所舉例工程通過采取一系列的施工關鍵技術，良好的控制了運營鐵路的沉降。

1 工程概況

1.1 盾構區間概況

某市軌道交通區間單線全長1978m，線路縱斷面呈“V”字坡，隧道頂埋深約10.0m～23.8m，區間設置1座聯絡通道，在區段線路最低點設置1座聯絡通道及泵站。本工程隧道為單圓隧道，區間隧道的外徑為6600mm，內徑為5900mm，鋼筋砼襯砌的厚度采用350mm，環寬為1200mm。襯砌環全環由封頂塊、兩塊標準塊、兩塊鄰接塊及一塊拱底塊構成，通縫拼裝。

1.2 穿越段概況

（1）穿越段區間隧道概況。本區間上、下行線在里程SDK33+696.091附近穿越某干線鐵路，區間隧道與鐵路為45度夾角斜向穿越。該干線鐵路路基基礎底埋深4.0m，基礎底標高1.23m。穿越區域隧道上、下行隧道平面距離27.8～31.4m，隧道頂與干線鐵路路基底凈距為20.3m，軌道正下方穿越長度約14m。穿越段鐵路周邊環境相對良好，東西兩側各80米范圍為空地。隧道曲線：豎向為5‰穩坡向下，平面為緩和曲線。

（2）穿越段水文地質概況。穿越段掘進土層涉及灰色粉質粘土、暗綠色粉質粘土，層土為高壓縮性土，受擾動后沉降較大，穩定時間長；層土無側限抗壓強度較高，盾構在軟硬不均土層推進時，姿態較難控制。

2 工程特點、難點

盾構區間施工時，上、下行線隧道將從運營中的干線鐵路下方穿越。該干線鐵路是客貨運的重要干線，日行車約80～90對，其中客車約50對，其余為貨車，客車最快行車速度為250km/h，貨車為70km/h。因此，穿越施工重點為控制鐵路沉降，保障鐵路安全運營。

3 施工關鍵技術

3.1 盾構機選型

選用兩臺外徑φ6760mm小松土壓平衡盾構機，為配合穿越施工，盾構機下井前增加如下功能：針對層土增加先行刀，提高刀盤切削能力；針對穿越勻速、慢速推進要求，新增加慢速掘進泵；針對同步注漿準確性，采用4點獨立注漿系統。

3.2 地基加固

為保證在穿越鐵路時的施工安全，同時也為了確保鐵路運輸按規定速度不間斷安全運行，在穿越前對該范圍內路基采用高壓旋噴樁及袖閥管注漿加固。地基加固范圍鐵路路基兩側采用高壓旋噴樁（雙排）形成水泥墻帷幕，長95.7m，樁徑0.8m，樁中心距0.6m，樁長31.6m。高壓旋噴樁帷幕間采用袖閥管注漿加固地基，加固范圍沿鐵路方向長95.7米，深度為盾構頂上12米及底下2米范圍，盾構穿越影響范圍8.6米內不加固。袖閥管注漿加固區，包括斜孔注漿和直孔注漿斜孔注漿點分別距既有線路堤坡腳1.46m、2.46m、3.46m，每個注漿點分別設3、3、1個袖閥管注漿孔。注漿斜孔與垂線夾角0°～37°，沿鐵路方向間距1.5m，注漿引孔長16.5～33.1m，注漿段長2.6～21.8m。直孔注漿點分別距既有線路堤坡腳3.46m、5.46m，注漿孔垂直于地面，縱向間距1.5m，注漿引孔長度31.6m，注漿段長20.6m。

3.3 施工準備

（1）技術準備。盾構施工前，制定盾構下穿滬昆鐵路專項施工方案，組織專家對方案的可行性進行評審，待評審通過后，做為指導施工的技術性文件。在盾構機通過該區域過程中，向鐵路相關部門申請，邀請鐵路專業人員及時檢查鐵路線路軌距、方向、水平、高低等幾何姿態，判斷盾構隧道影響范圍內的鐵路是否完好。與監測單位及時溝通，保證盾構監測數據實時可靠。進入影響區前，向鐵路部門匯報，申請執行穿越期間列車限速80km/h措施。

（2）物資設備準備。對盾構及后配套設備進行一次全面細致的檢修。對存在故障隱患的部位及時排除。特別是對注漿管路進行清洗疏通，避免輸送管在盾構下傳鐵路時堵塞，導致漿液供應中斷，從而造成盾構機停機，同時對盾尾密封系統進行檢查，確保下穿鐵路時不發生漏漿現象，從而保證注漿量。

（3）人員準備。盾構掘進至鐵路附近時，加強人員的管理力度，重視強化作業層作用，由于盾構施工的特殊性，每臺盾構機都配有相應的作業人員，作業人員掌握了盾構施工技能，對項目質量、進度等有很大影響，對于關鍵崗位人員，穿越鐵路階段禁止請假，保證盾構掘進安全順利。為保證盾構掘進順利安全，成立下穿施工應急領導小組，采取項目領導值班制，加強現場指揮協調。在進入鐵路前，組織人員進行一次應急演練，邀請鐵路部門和參建各方加入演練隊伍，保證出現險情時，各部門人員到位。

3.4 推進速度設定

保持推進速度2cm/min，該速度下盾構機各項參數相對較易控制及調整，有利于盾構機“勻速”、“慢速”掘進，減少對周圍環境的擾動。實際穿越施工時，在前期沉降控制較好的情況下，盾構機曾提速至4cm/min，當日有明顯的沉降和位移變化，后續恢復至2cm/min，變化速率降低。因此，推進速度不宜過快。

3.5 正面土壓力設定

常規推進理論正面平衡土壓力：P1=k0γh

式中：P1為平衡壓力（包括地下水）；γ為土體的平均重度；h為隧道埋深，m；k0為土的側向靜止平衡壓力系數。

實際穿越施工時，正面土壓力比理論值提高約0.02MPa。

3.6 同步注漿量設定

穿越段隧道所處土層的理論空隙=π（R2-r2）×1.2≈2.08m3，若注漿不足，則盾尾后后期沉降較明顯，實際注漿取理論值150%=3m3。

3.7 運營鐵路監測技術

（1）監測手段。本工程對鐵路軌道及接觸網立柱的監測方式采用全站儀自動化監測。NET05自動全站儀可自動照準目標。初始化時只要照準目標的大致方位，瞄準和對焦工作就完全由NET05全站儀來自動完成。初始化后可以自動觀測目標。自動全站儀采用蓄電池蓄電，實時控制、采集、儲存測量數據，同時通過數據線傳送實時數據至辦公室服務器進行計算和沉降數據輸出。

（2）監測頻率。刀盤距鐵路線路30～20m：2次/天；刀盤距鐵路線路20～10m：6次/天；刀盤距鐵路線路10m～盾尾離開鐵路線路10m：12次/天；盾尾離開鐵路線路10～20m：6次/天；盾尾離開鐵路線路20～30m：2次/天；盾尾離開鐵路線路30m以上：1次/天。

（3）監測報警值（如表1）。

（4）監測布點。因干線鐵路為有砟軌道結構，考慮到有砟軌道的特點及監測環境的影響，在鐵路線路軌枕上各布設一排測點斷面每10米設置一個觀測點，沉降監測點與水平位移監測點同點,每條股道布置11個監測點，共22個監測點。每根接觸網立柱布置2個監測點，監測范圍內共4根立柱，共計8個點 。總計布置30個監測點，2個后視點。將棱鏡與固定厚度鋼板焊接，用強力膠水將鋼板與混凝土支撐層側面粘結牢固。對施工影響范圍內的接觸網立柱進行沉降和水平傾斜觀測，每根接觸網立柱布置兩個監測點，測點位置擬布設在接觸網立柱基礎表面及接觸網立柱側面上方約2米處。對施工影響范圍內的接觸網立柱都需要進行觀測。在盾構左右線中心點位及每條線的中心布置路肩觀測點，每條軌道3個路肩觀測點，兩條軌道總計6個路肩觀測點。

表1 監測報警值

3.8 穿越施工沉降分析

盾構刀盤在距離鐵路大于10m時，對鐵路的變形影響比較小。盾構在即將進入鐵路時，盾構對土體的壓力會使鐵路出現一定的隆起變形，當盾構穿越鐵路線，但盾尾尚未脫離鐵路影響范圍時，軌道會出現一定的沉降，當盾構穿越鐵路影響范圍兩周后，鐵路的變形趨于穩定。電化桿立柱傾斜較穩定，最終傾斜率最大為-0.24%，遠小于報警值。推進速度不宜過快，在前期沉降控制較好的情況下，盾構提速至4cm/min，當日有明顯的沉降和位移，后續恢復2cm/min，變化速率降低。

4 結語

目前，該工程隧道已進入軌道鋪軌階段，自穿越施工以來，監測數據一直較穩定，對運營鐵路影響很小。

[1]張恒臻.地鐵盾構隧道下穿既有鐵路沉降分析與控制研究[D].北京交通大學.2015.

[2]汪順喜.地鐵盾構下穿鐵路監測數據分析[J].城市道橋與防洪.2016(06).

[3]呂培林,周順華.軟土地區盾構隧道下穿鐵路干線引起的線路沉降規律分析[J].中國鐵道科學，2007(02).

U455.43

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