軟土地層下盾構穿越高速鐵路技術探究

□文 /范明猛

1 工程概況

天津地鐵6號線北竹林站—西站站盾構區間，盾構機從北竹林站大里程端頭井始發向西站站方向掘進。盾構隧道自始發152 m后進入國鐵站場范圍，以直線段下穿170 m的國鐵站場，在里程D1K16+37.833～DK15+814.781范圍（左線125～264環，右線136～286環）內穿越津秦高鐵及南倉城際聯鐵路站場鐵路群。南倉城際聯鐵路站場路基段下設水泥砂漿樁，樁長10 m，樁底標高-11.10 m；水泥攪拌樁，樁長6 m，樁底標高-7.10 m。隧道穿越區段距離路基加固段188 m，未在盾構穿越影響范圍。盾構隧道在鐵路站場鐵路群區域內平面線形為直線，立面為單向坡，坡度為1.3704%和0.3%。

2 津秦高鐵、南倉城際聯鐵路站場與盾構位置關系

津秦高鐵設計為2股道，穿越范圍內鐵路為有渣道床，隧道側穿2處道岔和1處安全聯絡線，盾構穿越段長度約35 m，盾構隧道與津秦高鐵線路程44.18°立面交叉，鐵路行車速度約為80 km/h。穿越津秦高鐵過程中，左線需下穿2處接觸網桿，側穿1處接觸網桿；右線穿越津秦高鐵過程中需下穿1處接觸網桿，側穿1處接觸網桿。見圖1。

南倉城際聯鐵路站場共2股道，有渣道床，無縫鋼軌軌道，左線隧道側穿1處道岔，右線隧道下穿1處道岔，盾構穿越段長度約50 m，盾構隧道與南倉城際聯線路程36.72°立面交叉，盾構隧道軸線與南倉城際聯鐵路站場相交部位距天津西站站臺約300 m，列車行駛速度約為160 km/h。穿越南倉城際聯鐵路站場過程中，左線需下穿1處接觸網桿，側穿2處接觸網桿；右線穿越南倉城際聯過程中需下穿1處接觸網桿。見圖2。

圖1 津秦高鐵與盾構位置關系

圖2 南倉城際聯與盾構位置關系

3 地質概況

隧道下穿股道影響區段，洞身主要通過地層為粉質粘土、粘土、粉砂、粉土層中；表層地下水類型為第四系孔隙潛水。賦存于第Ⅱ陸相層以下粉砂及粉土中的地下水具有微承壓性，為微承壓水。

4 施工控制指標

既有鐵路控制指標主要受路基、線路、軌道及線路養護情況等因素的影響，主要包括路基沉降、位移最大速率、軌道幾何尺寸容許偏差、軌道坡度允許控制值。

區間下穿的津秦高鐵和南倉城際聯鐵路站場均為有砟道床線路，根據《高速鐵路有砟軌道線路維修規則》等相關要求，結合既有設計施工經驗，采用經常保養（舒適度Ⅱ級）進行控制。見表1。

表1 高鐵線路參考控制值

續表1

5 施工控制措施

5.1 地面路基加固措施

為保證既有津秦鐵路的運營安全，需要在下穿施工前，對高鐵路基進行加固，埋設注漿管并設置自動化監測點，根據自動監測數據，實時跟蹤注漿，及時對鐵路路基進行注漿加固[2]。

1）注漿方法。結合既有線施工的要求，將選擇重量較輕，操作靈活，角度可0°～360°任意調節的TXU-75型地礦鉆機置于線間和兩側路肩處并確保施工設備不侵線。使用φ52 mm×2 m、可絲扣連接的雙重鉆桿并配合硬質合金鉆頭成孔，成孔后打入φ50 mm袖閥管，提高該路段注漿成孔效率。

2）注漿范圍。線路中心兩側各5 m，沿線路方向55 m，隧道中線兩側各8 m，加固深度為路基下2～5 m。分別從每股線路兩側施工，每組孔號分別用奇數孔和偶數孔表示，注漿管布置見圖3。注漿孔在路肩下2 m處開始布設，用φ50 mm袖閥管，梅花型布置，注漿孔豎向間距1 500 mm；縱向沿線路布設，距離路肩2 000 mm，每行前后錯開1 500 mm，注漿管埋設深度見圖4和圖5。

3）注漿順序。注入順序采取先外后內，隔孔跳注順序進行施工，為減小注漿施工對行車安全的影響,在線路兩側對稱分布設備，同時鉆孔、同時注漿、保證注漿液擴散的相對均勻。外圍先注入水泥-水玻璃雙液漿以便有效的控制漿液跑、冒、漏現象發生，提高加固效。

圖3 注漿管布置平面

圖4 津秦高鐵注漿管埋深

圖5 南倉城際聯鐵路站場注漿管埋深

4）注漿材料。注漿采用水泥-水玻璃雙液漿，注漿配合比A液為水∶水玻璃=1∶1，水玻璃35°Be'；B液為水∶水泥=1∶1；A液∶B液=1∶1。水泥為P.O42.5普通硅酸鹽水泥。

注漿時，可根據現場實際情況，適當調節漿液的配合比，以滿足施工工藝要求，確保工程質量及鐵路正常運營的安全。

5）注漿壓力控制。施工時若注漿壓力不足就達不到填充的目的，若壓力過高就有可能引起軌道隆起，所以要嚴格控制注漿壓力。當達到以下指標：外側與軌道附近應控制在0.5 MPa左右，內部孔位壓力控制在1.0 MPa，終壓穩定15 min；單孔注漿量達到設計注漿量的1.5～2倍且進漿量明顯減少；發現路基側向冒漿或路基道碴滲漿；可立即結束本孔注漿施工。注漿效果檢測方法采用雷達探測法，對注漿完成的鐵路路基進行雷達探測，以確保注漿效果，防止在鐵路路基下出現空洞，如探測發現空洞對路基進行補注漿。

6）路基注漿加固期間的線路高程監測。在路基注漿施工期間，為保證線路穩定，使列車安全通過施工區域，施工現場備足道碴、人工及機具設備，線路工進行線路檢查，以便發現問題后隨時對線路進行整修。同時加強對鐵路線路和鐵路路基標高的監測，以防止路基隆起和線路變形。為此，采取同步監測的方法進行實時監控，在注漿加固施工期間，對線路高程進行自動化監測，每60 min自動上傳一次監測數據[3]。將監測結果隨時通知工務段現場監護人員，當出現沉降、隆起數值報警時，及時通知工務段搶修線路。

5.2 洞內加強措施

為保證盾構施工過程中鐵路站場的安全，除同步注漿、二次注漿外，在洞內需進行二次深孔注漿。在盾構穿越高鐵前100 m開始安裝16孔特殊管片，在管片出盾尾5環后進行二次深孔注漿。見圖6。

圖6 二次深孔注漿剖面

1）二次深孔注漿成孔方式及成孔流程。由于隧道所穿越土層中存在承壓水，在成孔時，必然會有泥漿流出，由此而帶來的地層損失、污染隧道環境、增加注漿難度的問題非常突出；因此，鉆孔與注漿必須同時進行。采用φ33.7 mm鍍鋅鋼管制成15 cm鉆頭并加焊鋼筋，將注漿鋼管與鉆頭套絲連接后，使用風動鑿巖機成孔。注漿深度為3 m，考慮到作業空間限制，將注漿管設計成每段長1.5 m，每隔0.15 m對稱鉆2排出漿孔并在孔外包彈性橡膠環，形成單向漿液通道。見圖7。

圖7 二次深孔注漿管

2）二次深孔注漿過程控制。二次深孔注漿設備在第一節臺車與盾尾之間，選取臺車一側搭設固定注漿平臺，用來擺放注漿設備。見圖8。

圖8 二次深孔注漿施工

注漿壓力為0.4～1.2 MPa，注漿量2.35 m3，考慮計量誤差及施工精度，每孔注漿量控制在2.5 m3。結合地表監測數據，采用試驗段最佳注漿參數，實施二次深孔注漿。

3）漿液試驗及配比。雙液漿注入地層后，凝結時間不宜過長，避免注漿孔內漿液在重力作用下聚集，致使漿液無法均勻分布，同時因隧道所處地層有微承壓水且水頭壓力較大，凝膠時間過長會導致地下水改變漿液原有參數，使漿液強度降低。針對要求，制作不同條件的試塊進行試驗，見表2。

表2 雙液漿強度試驗結果

根據試驗最終確定合理的配比，使其最大限度適應地質條件，滿足注漿加固的要求。見表3。

表3 二次深孔注漿漿液參數

注漿時，先加壓再開啟出漿閥；結束時，先關閉出漿閥，再卸壓。這樣可以防止承壓地下水倒流進入注漿范圍內，影響加固效果，二次深孔注漿流程見圖9。

圖9 二次深孔注漿流程

4）注漿結束標準。二次深孔注漿采用以下2個依據作為判斷注漿是否結束的標準：

（1）注漿壓力逐步升高、當達到注漿終壓并繼續保壓注漿5 min以上；

（2）單孔注漿量與設計注漿量大致相同，注漿結束時的進漿量一般低于20～30 L/min。

在注漿達到結束標準后，注入少量清水沖洗注漿管，保證后續二次深孔注漿需求。

6 路基沉降監測

施工完成后高鐵路基沉降監測自動化監測數據見圖10。

圖10 自動化監測路基沉降累計變化曲線

津秦高鐵最大累計沉降值為-6.57 mm，南倉城際聯鐵路站場最大累計沉降值為-5.17 mm；降均在高鐵路基控制范圍內。

盾構穿越高鐵整個過程及穿越完成后最終累計監測情況說明，各項監測指標變化速率及最終累計變形均在高鐵線路控制指標范圍內，變化較為平穩。監測數據說明了上述盾構穿越高鐵措施的有效性。

7 技術總結

實踐證明，在軟土地層下盾構下穿高速鐵路施工中，采用下列加強技術措施能夠保障盾構穿越高鐵時，高鐵運營安全。

1）洞內采取的加強措施。為保證盾構施工過程中高速鐵路的運營安全，在盾構穿越高鐵范圍內除常規同步注漿、二次注漿外，還還應采取二次深孔注漿，以減少對高鐵路基的影響，滿足高鐵運營要求。二次深孔注漿漿液采用雙液漿，注漿壓力為0.4～1.2 MPa，每環管片注漿孔位為16孔，管片為特殊管片。

2）地面采取的加強措施。在盾構下穿既有高速鐵路前，需要對高鐵路基進行加固，加固方式為雙液注漿加固。在高鐵路基兩側布設袖閥管，布設范圍為隧道中線兩側各8 m，加固深度為路基下2～5 m。注入順序采取先外后內，隔孔跳注順序進行施工。