地鐵穿越高速鐵路專項設計

□文 /范明猛

近年來，隨著軌道交通設施的大規模發展，其邊界條件及外部環境越來越復雜[1]，盾構施工容易引起地面沉降和變形，高速鐵路運行對路基沉降要求較高[2]，在盾構穿越高速鐵路時，如何保證高速鐵路運行安全是一個值得研究的重要課題[3]。本文以天津地鐵6號線北西區間下穿京滬高速鐵路為實例，進行專項設計研究，提出盾構下穿高速鐵路需要采取的保護措施。

1 工程概況

天津地鐵6號線北西區間采用盾構法施工，區間平面由半徑為350 m的曲線、緩和曲線及直線構成，主體結構為由管片錯縫拼裝而成的環形結構，結構內徑為5.50 m，管片厚度為0.35 m，環寬1.20 m，環間通過螺栓連接。盾構從北竹林站端頭出發，在里程1K16+37.833～DK15+814.781范圍內穿越京滬高速，然后從西站站接收。見圖1。

圖1 北西區間與京滬高鐵位置關系

2 風險等級與控制指標

下穿京滬鐵路風險點的環境設施重要性類別為重要設施，環境影響接近度分區為非常接近。綜合考慮采用盾構法施工且覆土厚度較大，穿越線路為有砟軌道路基段，確定本風險等級為Ⅰ級。

本段京滬鐵路為碎石道床線路，既有鐵路路基、軌道控制指標參考數值見表1。

表1 既有鐵路路基、軌道控制指標參考

3 影響計算及分析

1）承載力影響：盾構穿越過程中，影響路基下土體承載力。由于盾構機外殼與土體、管片與土體存在間隙以及注漿的不及時和漿液自身的收縮，導致土體產生地層損失，引起地層產生沉降，影響路基下土體承載力[4]。

2）變形影響：盾構穿越導致土體的隆起或沉降，進而導致鐵路路基、周邊樁基的沉降變形[5]。

經過建立模型進行數值模擬計算，分為無洞內注漿加固和二次深孔注漿加固兩種工法。見圖2和表2。

圖2 數值分析模型

表2 數值模擬結果 mm

由表2可知，盾構隧道施工在采取洞內二次深孔加強注漿后，盾構下穿對鐵路的影響有一定的控制作用，但已達預警值。

4 主要保護措施

1）施工前：做好勘探及核查，核查既有鐵路設備、管線（電纜、光纜等）并做好監測工作；穿越前，對穿越段地下做詳盡地下勘探，徹底摸清地下障礙物情況，排除意外因素；認真對盾構機刀盤、注漿系統、密封系統、推進千斤頂及監控系統等設備檢查，確保穿越過程中設備無故障，進行連續施工。

2）盾構洞內控制措施：盾構推進過程中做好盾構推進參數控制；盾構機姿態控制在鐵路下糾偏坡度＜±1‰，平面偏差＜15 mm，一次糾偏量＜5 mm；推進速度1.5～3 cm/min；同步注漿做到“及時、足量”；二次注漿在管片出盾尾5環后開始；倉內壓力要平衡、穩定且不宜過大；嚴格按理論出土量控制，偏差不超過2 m3/環；二次深孔加強注漿要做到多點、低壓、多次，降低注漿壓力影響；注漿擴散半徑約2～3 m，注漿壓力為0.2～0.3 MPa，注漿壓力與注漿量雙控，根據實時監測情況有選擇注漿。

3）下穿京滬鐵路段3-5-3扣軌加固：加固范圍為盾構中線兩側各25 m的鐵路。按照先裝后拆、后裝先拆的順序拆除臨時扣軌，回填道砟，加強線路養護，直至各項監測數據穩定且無不良變化。

4）推進試驗段及模擬監測段：盾構推進到距離穿越鐵路節點前設置盾構推進試驗段及盾構推進模擬段（100 m）。在推進試驗段內，盾構推進模擬過鐵路節點推進條件進行盾構推進，采集相關參數指標，以便調整盾構機姿態。在推進試驗段內，需由相關資質的第三方監控量測單位進行監測量測的布點及數據采集工作，以便指導盾構穿越鐵路節點的施工。

5 結語

本文以天津地鐵6號線北西區間下穿京滬高鐵為實例，從設計層面運用數值分析對盾構下穿高速鐵路時路基沉降進行模擬分析并提出盾構穿越高速鐵路應該采取的保護措施，為后續盾構穿越高速鐵路的工程提供了設計思路。