盾構(gòu)隧道下穿鐵路框架橋施工控制及影響分析

常惠涵

中鐵二十五局集團(tuán)有限公司，廣東廣州 510600

1 盾構(gòu)隧道下穿鐵路框架橋的施工情況

1.1 盾構(gòu)間的區(qū)域概況

長沙市軌道交通3號線一期工程從起點(diǎn)坪塘蓮坪大道站至終點(diǎn)龍角路站，共設(shè)站25座，區(qū)間盾構(gòu)土建工程右線設(shè)計(jì)起迄里程為YDK25+209.226～YDK26+736.076。本工程屬于3號線一期工程土建施工第9標(biāo)段，主要工程包括雅雀湖站、烈士公園東路站—絲茅沖站區(qū)間、絲茅沖站—四方坪站區(qū)間、四方坪道站—雅雀湖站區(qū)間，共1站3區(qū)間。

本標(biāo)段3個(gè)區(qū)間均采用盾構(gòu)法施工。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，開挖順序由雅雀湖站向烈士公園東站方向施工，區(qū)間左線總長2942.101m，右線總長3142.007m。

區(qū)間隧道在烈士公園東路站—絲茅沖站區(qū)間穿過京廣鐵路框架橋，線路出絲茅沖站后沿車站北路往正南方向前行，旁經(jīng)或下穿湖南省通信建設(shè)有限公司、京廣鐵路橋涵、移動營運(yùn)中心、證券大廈、新華聯(lián)家園、夢澤園小區(qū)商鋪B棟后到達(dá)烈士公園東路站。車站北路為長沙市主干道，道路車輛繁忙，兩側(cè)建筑物密集。

1.2 鐵路架構(gòu)橋的情況

框架橋采用預(yù)制鋼筋混凝土框架頂進(jìn)施工工藝，橋梁共分9塊施工，塊與塊之間無任何連接，框架橋分三節(jié)預(yù)制，采用中繼間法頂進(jìn)，先安排中間孔框架施工，然后同時(shí)施工兩邊孔。正線下框架采取預(yù)制框架、加固線路、框架頂進(jìn)的方法施工，安全線下框架采取就地現(xiàn)澆的方法施工。框架橋?yàn)樗槭瘬Q填基礎(chǔ)，下部無樁基，橋基下存在約10m厚的填土，僅入口基礎(chǔ)落在砂層及粘土層上。在該段，隧道東側(cè)為瀏陽河，西側(cè)為躍進(jìn)湖，其平面位置關(guān)系。

2 盾構(gòu)隧道下穿鐵路高架橋的施工技術(shù)和管理辦法

2.1 施工中面臨的重難點(diǎn)分析

首先，盾構(gòu)主要從正在實(shí)施運(yùn)行中的鐵路下穿過，而且穿越位置在框架橋下方，如果一旦出現(xiàn)框架橋因?yàn)槭芰Σ痪鶆蚨鴮?dǎo)致的沉降或者開裂等情況，將會出現(xiàn)難以補(bǔ)救、損失巨大的后果，因此，必須提前做好充分的準(zhǔn)備工作，確保盾構(gòu)下穿鐵路框架萬無一失。其次，鐵路建設(shè)中對鐵路規(guī)范及其軌道和路基的沉降提出了嚴(yán)格的要求，框架橋周圍的20m范圍內(nèi)必須將差異的沉降值控制在5mm的范圍內(nèi)。并且通過采取相關(guān)的施工保障措施，保證盾構(gòu)在下穿鐵路框架時(shí)能夠滿足地面或鐵路框架橋沉降的要求。再次，隧道穿越的土層土質(zhì)一般為粉質(zhì)粘土，但在鐵路框架橋附近的隧道上面，均勻存在著1～1.5m左右厚度的粉質(zhì)砂層。考慮到粉質(zhì)砂層本身具有較差的自穩(wěn)能力，因此在施工過程中必須預(yù)防和避免因?yàn)椴僮鞑划?dāng)而導(dǎo)致的局部坍塌問題。要對盾構(gòu)施工過程中的適合土層穩(wěn)定性進(jìn)行嚴(yán)格的把控。最后，施工過程中要對框架橋及其鐵路運(yùn)行進(jìn)行全天24h的不間斷監(jiān)控，保證鐵路運(yùn)輸正常進(jìn)行，同時(shí)還要保證施工過程的順利開展。因此，在盾構(gòu)穿越鐵路框架的施工過程中，必須從之前的工程策劃設(shè)計(jì)以及施工過程中對于上述陳述的重難點(diǎn)問題，進(jìn)行關(guān)鍵性的分析和準(zhǔn)備，從而預(yù)定科學(xué)合理的安全解決對策和應(yīng)急方案。通過加強(qiáng)各方的緊密協(xié)作，在集中組織實(shí)施中充分保障盾構(gòu)安全下穿京廣線鐵路。

2.2 施工中的主要技術(shù)和管理對策

為了保證盾構(gòu)成功穿越鐵路下的框架橋，必須在下穿之前設(shè)置相關(guān)的試驗(yàn)段，并且以盾構(gòu)參數(shù)作為調(diào)整的依據(jù)，盾構(gòu)區(qū)間下穿鐵路框架橋的工程可以分為5個(gè)階段：一是100m左右的試驗(yàn)段，二是開始對其進(jìn)行正常施工，三是對施工參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，四是實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)的正式穿越鐵路段，盾構(gòu)穿越后還要做好相關(guān)的跟蹤工作。

克服穿越鐵路框架橋困境的主要措施。（1） 要確保盾構(gòu)穿越過程中鐵路施工的安全性，保證鐵路部門能夠及時(shí)采取相關(guān)的應(yīng)急和安全舉措。要保持兩臺盾構(gòu)之間根據(jù)100～200m左右，因?yàn)槭┕け仨毐苊庠谘雌谥畷r(shí)，最好在汛期來臨之前能夠完工。（2） 充分做好試驗(yàn)段的施工工作，為后面的具體施工提供有效的參數(shù)優(yōu)化。試驗(yàn)段長為100m左右，挖掘完成后要對集中采集到的每一項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)分析，確定在該區(qū)間的現(xiàn)有地質(zhì)情況下沉降量以及盾構(gòu)施工中的各項(xiàng)參數(shù)，為后面具體的盾構(gòu)穿越京廣線鐵路的各項(xiàng)參數(shù)的合理設(shè)置提供指導(dǎo)。（3） 盾構(gòu)在挖掘過程中距離鐵路區(qū)域還有50m距離時(shí)要停機(jī)，更換刀片并對路感和傳感設(shè)備進(jìn)行相關(guān)的檢查和維修，確保在穿越施工過程中不會發(fā)生機(jī)械故障。（4） 進(jìn)入穿越區(qū)域前應(yīng)該對盾構(gòu)進(jìn)行相關(guān)的調(diào)整，在實(shí)施穿越過程中盡量避免盾構(gòu)發(fā)生方向上的糾偏，以此減少盾構(gòu)對施工地層的擾動，從而在一定程度上減輕地表沉降的幅度。在注漿時(shí)與掘進(jìn)同步進(jìn)行，同時(shí)要注重合理控制注漿壓力和注漿量，具體的注漿量和注漿壓力要根據(jù)試驗(yàn)段時(shí)的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。（5） 時(shí)刻做好與鐵路產(chǎn)權(quán)及其管理單位的聯(lián)系，保證施工計(jì)劃方案能夠及時(shí)上報(bào)，施工前要聯(lián)系鐵路部門對于路軌、方向、水平等進(jìn)行全面的檢查，確保出現(xiàn)問題能夠及時(shí)解決。（6） 在穿越之前，還要準(zhǔn)備做好相關(guān)的應(yīng)急工作，同時(shí)要組織包括鐵路部門在內(nèi)進(jìn)行應(yīng)急演練，并通過定期召開各方的現(xiàn)場會來及時(shí)解決出現(xiàn)的問題。

2.3 施工過程中的監(jiān)測環(huán)節(jié)

施工計(jì)劃階段，地鐵施工部門和鐵路部門要共同委托第三方進(jìn)行施工中的穿越監(jiān)測，同時(shí)對于地表、框架橋、盾構(gòu)掘進(jìn)的參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，順便在具體開工時(shí)得到有效的施工指導(dǎo)和安全保障。盾構(gòu)穿越鐵路的施工期間，要對運(yùn)行中的鐵路實(shí)施24h的監(jiān)控，與監(jiān)控項(xiàng)目中涉及到的代表性測點(diǎn)可以采用遠(yuǎn)距離的自動性監(jiān)控措施，通過計(jì)算機(jī)及相關(guān)軟件的配合完成和數(shù)據(jù)處理，保證為施工提供和設(shè)置合理的警戒值自動報(bào)警系統(tǒng)，確保對于施工線路的全程監(jiān)控。在盾構(gòu)對鐵路框架實(shí)施穿越20m及穿越后的注漿階段，實(shí)施監(jiān)測的項(xiàng)目主要包括地表沉降、鐵路框架橋的沉降、還有軌道靜態(tài)的幾何尺寸等。盾構(gòu)隧道的監(jiān)測主要包括一定沉降和管片襯砌等。根據(jù)不同的監(jiān)測項(xiàng)目設(shè)置合理科學(xué)的監(jiān)測頻率，監(jiān)測頻率也可以根據(jù)實(shí)施過程中的具體需要進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。盡可能地減少沉降對于鐵路的影響，盾構(gòu)完成第一次穿越之后，應(yīng)該及時(shí)對鐵路路面的沉降進(jìn)行處理，保證第二次穿越之前路基面的沉降歸于零。

3 施工影響因素分析及其相關(guān)建議

上述地鐵盾構(gòu)穿越鐵路框架橋的實(shí)驗(yàn)案例可以看出，如果施工控制到位，盾構(gòu)下穿鐵路框架橋的施工中對于安全性和沉降控制都是可以做到的，影響穿越的因素主要有鋼架橋自身的狀況以及盾構(gòu)施工控制。（1） 框架橋自身狀況，案例中框架橋的建設(shè)年代較新，因此框架橋的狀態(tài)良好，對于對盾構(gòu)施工形成對應(yīng)的保護(hù)作用。但如果在施工中遇到框架橋年代久遠(yuǎn)，出現(xiàn)裂縫等缺陷時(shí)，首先要對框架橋進(jìn)行相關(guān)的彌補(bǔ)和加固處理，或者在條件允許下，盡量通過路由調(diào)整避開框架橋。避免因?yàn)槭┕み^程中出現(xiàn)的不均勻沉降而產(chǎn)生開裂等嚴(yán)重后果。（2） 盾構(gòu)施工控制，盾構(gòu)不同于簡單的暗挖工法，在穿越鐵路框架時(shí)，在穿越鐵路框架的關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)時(shí)，盾構(gòu)可以采用的加強(qiáng)措施有限。但出現(xiàn)機(jī)械故障，則會對于盾構(gòu)施工造成較大的影響。確保盾構(gòu)在穿越過程中的勻速、連續(xù)掘進(jìn)則是保障施工成敗的關(guān)鍵。

根據(jù)上述總結(jié)的盾構(gòu)穿越施工中的影響因素，可以通過以下措施來進(jìn)行防和控制：（1） 加強(qiáng)對框架橋的現(xiàn)有狀態(tài)進(jìn)行調(diào)查和評估，調(diào)查結(jié)果盡可能的詳細(xì)和充分，主要包括施工年代、施工時(shí)所采用的功法以及框架本身的結(jié)構(gòu)狀態(tài)等。此外，對穿越施工中的難度進(jìn)行合理評估。（2） 積極做好施工過程中的籌劃，為了方便配合鐵路部門，應(yīng)該提前準(zhǔn)備兩臺盾構(gòu)，并將2臺盾構(gòu)以適當(dāng)?shù)拈g距進(jìn)行先后通過，對于盾構(gòu)機(jī)械本身的選擇要保持其工作狀態(tài)良好，同時(shí)要盡量避免在汛期施工。（3） 設(shè)置科學(xué)合理的試驗(yàn)段，現(xiàn)場勘查及時(shí)收集盾構(gòu)在掘進(jìn)中涉及到的各項(xiàng)參數(shù)和沉降數(shù)據(jù)。具體的實(shí)施穿越過程中要將盾構(gòu)的推力、出土量以及注漿壓力等參數(shù)調(diào)整到最佳的施工狀態(tài)，確保在穿越過程中盾構(gòu)能夠勻速和連續(xù)掘進(jìn)。（4） 施工過程中要及時(shí)做好各方面的監(jiān)測工作，對工程實(shí)施路段進(jìn)行24h監(jiān)控，并及時(shí)做好數(shù)據(jù)的整理和分析。（5） 加強(qiáng)鐵路部門與地鐵施工部門的密切合作和聯(lián)系，通過共同制定施工方案計(jì)劃，保證地鐵盾構(gòu)施工中對于鐵路地面運(yùn)行造成的影響降到最低。

4 結(jié)語

盾構(gòu)下穿鐵路是當(dāng)前地鐵建設(shè)中常遇見的一種施工工藝，為了保證鐵路運(yùn)輸?shù)恼Ｐ旭偤褪┕さ陌踩裕仨氃诙軜?gòu)下穿的過程中，積極做好參數(shù)的測量和各方面的準(zhǔn)備工作；同時(shí)在施工過程中還要做好各方面的監(jiān)測工作，確保鐵路部門和地鐵施工部門在共同合作的基礎(chǔ)上，及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工過程中的問題并有效解決，實(shí)現(xiàn)地鐵建設(shè)過程中盾構(gòu)下穿鐵路工程的正常順利運(yùn)行。

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[2] 張迪，周慶九，卓旭陽，等.大型盾構(gòu)隧道穿越鐵路框架橋的影響分析[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2013，50（6）：131-138.