地鐵盾構隧道下穿既有鐵路變形控制研究

楊 罡

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司，陜西 西安 710043)

0 引言

隨著我國城市化進程推進，地鐵工程的建設在如火如荼地進行。地鐵穿越既有建筑、構筑物、橋梁、既有地鐵線的安全施工技術研究一直是軌道交通建設中的重要課題[1,2]，國內外專家學者對這些課題展開研究并取得一系列成果[3,4]。而盾構區間隧道下穿鐵路具有施工難度大、沉降控制標準高、不可預見風險因素多、工程事故造成損失大等特點，是一項高風險建設工程。本文以某地鐵盾構區間下穿既有鐵路為工程背景，對施工變形控制措施以及風險預控措施展開研究，期望能為類似工程提供技術支撐。

1 工程概況

某地鐵區間右線全長661.221 m，左線全長661.540 m。左右線均采用盾構法施工。盾構在車站端頭始發后，以R=2 000 m的右轉彎(左線進洞后約61 m，右線進洞后約43 m)斜下穿既有鐵路，與鐵路交角約為137°，鐵路與區間隧道最小垂直距離為11.98 m。某鐵路下方土層主要為雜填土、黃土狀土、粉質黏土及中砂，水位埋深約17 m，盾構在此區域埋深約12 m，主要穿越黃土狀土層、粉質黏土層和中砂層。

2 盾構下穿鐵路主要施工技術措施

2.1 施工準備

2.1.1盾構準備

在穿越鐵路影響范圍前，對盾構設備進行檢查維護。盾構刀盤在始發前均為全新安裝，確保從始發到穿越鐵路期間不進行刀盤更換。檢查關鍵配件儲備情況，對易損件等提前儲備，避免下穿期間停機。

2.1.2技術準備

正確合理的總體方案籌劃是保證鐵路及工程安全的基礎。盾構施工是一種工廠化的標準機械化工法，受地質條件、設備配置及現有盾構施工工藝的限制，要完全滿足超越現有盾構本身能夠完成的沉降控制標準，必須進行相應的其他補充方案。

制定專項施工方案、應急預案并組織專家論證，包括在施工過程主要掘進參數的制定、注漿材料及注漿工藝、盾構始發及到達專項方案、洞門加固及檢查方案、始發場地布置、設備物資材料計劃、設備維修保養方案等，審批后進行交底。

2.1.3對鐵路進行扣軌加固

嚴格按照設計方案對鐵路進行扣軌加固。

2.1.4人員準備

盾構下穿既有鐵路是施工重難點工程，屬于Ⅱ級風險源，為保證盾構順利通過鐵路，必須組織有經驗的施工管理人員進行技術、管理以及現場施工。盾構施工隊伍進場后進行專門的教育學習，針對現場的實際情況以及可能發生危險進行詳細的說明，并依據施工方案進行專項交底。

2.2 變形控制措施

為了確保在盾構機順利下穿既有鐵路，綜合研究該區間工況、軌道埋深、工程地質條件以及與鐵路空間關系，制定本盾構下穿鐵路專項施工方案，保證盾構隧道安全、順暢地掘進。并采取如下措施：

1)試驗段掘進。

在盾構始發進行掘進管理和現場試驗，通過試驗段的掘進及時總結、摸索、掌握盾構掘進參數對沉降量的影響，以便為盾構下穿鐵路時提供技術支撐。

2)嚴格控制掘進速度。

盾構隧道穿越鐵路地段隧道穿越洞身范圍為黃土狀土層、粉質粘土層、中砂層，為保證下穿鐵路施工的安全，穿越期間的推進速度控制在20 mm/min～30 mm/min，預計日均進尺12 m～15 m，保持連續均衡的掘進。

3)嚴格進行土壓管理。

a.控制土倉壓力，保持土壓平衡，減小對土體擾動。

b.注漿壓力與水土壓力平衡。

4)嚴格進行方向控制。

調整好盾構機的姿態，避免蛇行，根據曲線半徑的大小曲線段左轉彎環和標準環的搭配比例為1∶2，施工時著重加強對推進軸線的控制。

5)嚴格控制盾尾同步注漿。

在盾構掘進過程中，要及時進行管片背后注漿，漿液配比由施工單位根據現場試驗情況調整。下穿段要求初凝時間3 h，1 d強度達到0.6 MPa～0.8 MPa，漿液配比經試驗室試驗確定。穿越鐵路段為嚴格控制沉降，注漿量取環形間隙理論體積的1.5倍～1.8倍，并確保盾尾密封良好。

6)洞內環箍注漿。

盾構施工采取洞內加固措施。在隧道內鉆孔并埋設注漿管，洞內進行高壓注漿，使隧道基礎土顆粒間孔隙被填充，土體得到加固。使掘進后期沉降得到有效控制。

在軌道沉降值預警的情況下，確保沉降量在規范要求內，在盾構洞內管片新增注漿孔并進行同步環箍注漿，見圖1。

漿液選用HSC水泥水玻璃雙液漿，結合不同地層調整，保證擴散半徑不小于0.5 m。

盾構推進過后相鄰2環作為一環箍，每6環進行一次環箍注漿，根據盾構機的形式，施作空間在距刀盤13環處進行環箍注漿。

3 監控量測措施

3.1 監測目的

盾構下穿既有鐵路的過程中加強監測，并及時向施工、設計、建設方反饋監測信息，使各方快速調整、優化施工方法，確保工程和鐵路行車安全。

3.2 監測項目

1)監測對象。

主要監測對象有：下穿段盾構區間以及下穿范圍內的地表、軌道及洞內監測。

2)監測項目。

本項目主要監測項目：軌道沉降及水平位移、地表沉降、隧道隆沉及水平位移、管片圍巖接觸壓力和混凝土應力。

3)盾構穿越鐵路的施工監測措施。

a.盾構下穿鐵路前，與鐵路局溝通并簽訂安全協議，制定安全應急預案，施工時每天進行地面監測并及時報送鐵路相關部門。

b.盾構掘進前，在軌道范圍內布設各種監測點，并獲取初始數據。

c.對軌道所處的地質情況和軌道施工資料進行收集和研究，為軌道的保護提供正確的依據。

d.在鐵路兩側埋設沉降觀測點，在盾構通過該段時，加密監測頻率。根據監測結果及時調整掘進施工參數。

e.在穿越該軌道的過程中，項目部將安排骨干技術人員現場值班，尤其是加強盾構操作手和地面監測的技術力量。

f.地面與鐵路軌道沉降監測;盾構施工過程由于對土體產生擾動，地表會出現沉降。為了對盾構施工過程中的地表及軌道的變形沉降，在地表沿隧道掘進方向每4 m設一個監測斷面，每個斷面上布設8個觀測點，對于軌面的監測，在每根軌道上沿軌道每3 m設一個觀測點，每條軌道上以隧道中線為中點共設9個觀測點。測點用紅油漆標記，統一編號。

3.3 監測頻率

1)地面加固施工期間。

監測頻率普通點為一天兩次。

2)穿越施工期間。

在盾構進入道床下方至盾尾離開鐵路下方提高監測頻率，期間監測頻率為：線路沉降位移每小時一次，管線監測一天兩次，隧道沉降監測一天兩次。

4 結語

1)盾構始發前做好施工準備，提前對鐵路進行扣軌加固，落實盾構設備檢修、人員配備與教育、專項施工方案設計審批等工作。

2)提出減小地鐵盾構下穿既有鐵路施工風險的措施，包括:對土倉壓力進行調控，精準控制盾構前進速率及前進方向、嚴格控制盾尾同步注漿、采取洞內環箍注漿等。

3)盾構下穿既有鐵路時，加強地面及鐵軌沉降監測，并與鐵路部門加強溝通配合。通過實時監測對風險進行預警，沉降達到預警值時立即啟用應急預案。

參考文獻：

[1] 吳 波.復雜條件下城市地鐵隧道施工地表沉降研究[D].成都:西南交通大學，2003.

[2] 韋 凱，雷震宇，周順華．盾構隧道下穿地下管線的變形控制因素分析[J].地下空間與工程學報，2008(2):325-330.

[3] 白 偉，梁新權，張學民，等．復雜環境條件下地鐵隧道下穿燃氣管線加固技術[J].交通科學與工程，2010(4):30-34.

[4] 葛世平，謝東武，丁文其，等．考慮建筑既有變形的盾構穿越擾動控制標準[J].同濟大學學報(自然科學版)，2011(11):1616-1621.