盾構隧道下穿鐵路施工技術研究

湯國良

（中鐵八局集團昆明鐵路建設有限公司，云南 昆明 650200）

0 引言

昆明市軌道交通4號線大漾田車輛段出入段線至陳家營站區間采用盾構隧道穿越鐵路既有線并且位于道岔位置，施工地段埋置淺、土層薄弱，同時面臨盾構隧道線型為小半徑、大坡度，貨物列車牽引重等不利因素。為確保鐵路行車安全及盾構施工安全性，根據現場調查，通過施工組織設計優化、設計圖紙深化等一系列措施，保證了盾構隧道下穿既有鐵路的安全，有效地控制了行車和施工安全風險。

1 工程概況

1.1 盾構隧道段概況

大漾田車輛段出入段線至陳家營站區間為雙線盾構隧道，長度468.140m，曲線半徑為400m，最大坡度為33.832‰;出段線長度458.009m，曲線半徑為450m，最大坡度為34.844‰；盾構方向均為小里程端向大里程端，出入線盾構隧道線間距12.8m。盾構隧道出入段線至既有鐵路專用線距離約41.2m，入段線盾構隧道下穿既有鐵路長度3.707m，出段線盾構隧道下穿既有鐵路長度2.12m，盾構隧頂埋深約17.2m。

1.2 盾構隧道下穿鐵路段概況

鐵路專用線主要用于貨物運輸，盾構隧道下穿鐵路部分位于云南冶煉廠站場北端道岔岔首位置，道岔為 P43鋼軌9號單開道岔，岔區前后軌道均為P43鋼軌，線路軌距為1.435m，線路縱坡為2‰，鐵路基礎面寬度約12～13m。機車重量約138t、牽引重量約2000t，每天往返列車至少16趟。

圖1 盾構區間與鐵路平面關系圖

2.3 設計概況

2.3.1 工程地質條件

據地質勘察資料及設計圖紙顯示，盾構隧頂埋深約17.2m，盾構隧道掘進涉及的地層主要為<3-2＞粉質黏土、<3-2-1＞粉質粘土，局部小范圍透鏡狀存在<3-4＞泥炭質土、<3-10＞礫砂、<3-7＞細砂、<3-5＞粉土及<3-2-2＞粉質黏土等地層。以上地質層均為施工薄弱環節，遇水易液化、自穩性差，盾構隧道掘進前采用袖閥管注漿固結。

圖2 盾構隧道段工程地質剖面圖

3 盾構穿越鐵路施工技術

根據地質、水文和埋深等因素判別，列車運行通過時的動載對盾構隧道施工安全有較大影響，為保證行車安全及盾構推進正常施工，施工采取“先加固，后過軌”方案，施工分為2個主要階段，第一階段：盾構推進前，采用軌束梁加固鐵路線路，對鐵路路基注漿加固。第二階段：盾構推進，監控量測，盾構施工堅持“保頭護尾”的原則。

3.1 鐵路路基加固

圖3 袖閥管注漿加固工藝流程圖

圖4 袖閥管立面示意圖

盾構穿越鐵路前需對鐵路路基進行預加固，地面預加固采用袖閥管注漿加固工藝。加固范圍為鐵路線路外垂直距離6m及隧道外結構邊垂直距離6m組成的不規則矩形，加固深度為鐵路地基下12m，即成孔深度12m。

3.1.1 袖閥管注漿加固施工工序

1）注漿技術參數。袖閥管單孔注漿擴散半徑為800mm；水泥漿的水灰比為1∶1，水玻璃液的水玻比：35～45Be｀，水泥漿與水玻璃液灌注的體積比為1∶0.5，注漿壓力為0.2～1.0MPa，為防止注漿施工對盾構機的影響，注漿壓力將嚴格控制在1MPa以內，并嚴格按計算注漿量進行注漿。

表1 大漾田盾構隧道出段線監控量測成果匯總表

2）注漿順序。采用先外圍，后中間，同排隔孔注漿，鄰排錯開注漿的原則。

3）注漿結束后，及時沖洗注漿管，并視注漿加固效果進行補充注漿。

3.2 鐵路線路加固

盾構施工前對穿越鐵路部分軌道采用P43鋼軌按照3-5-5-3軌束梁進行加固，加固范圍為38.3m(12.8+5.5+10*2)，首先拆除既有道岔，安裝拆除部分鋼軌，連通線路，經鐵路部門專業人員檢查達到列車放行條件后，開通線路，原則上鐵路線路加固部分列車通過速度不大于45km/h，列車通過后都要對加固區域構件是否有松動進行檢查，確保鐵路線路的剛度和穩定性，保證施工期間軌道線路不發生變形，不影響行車安全。

3.3 盾構施工

盾構施工前對穿越鐵路設施周邊環境進行詳細的調查，在盾構穿越地表面上用紅線標出了隧道中心線，監測人員預先在鐵路周圍布置監測點，并取得初始值，穿越期間每天定期（至少2次）對鐵路路基沉降情況進行施工監測，線路養護人員及時對軌道幾何尺寸進行檢查，根據測量和檢查數據，及時調整盾構推力、刀盤扭矩、土倉壓力等掘進參數，不斷矯正盾構姿態，確保盾構沿隧道設計軸線推進。

3.3.1 隧道管片的調整

根據鐵路線對盾構隧道頂荷載的影響，通過施工和運營階段管片的內力和抗裂檢算，隧道管片鋼筋配筋進行適當加強，注漿孔增至16個。

3.3.2 監控量測

盾構隧道下穿鐵路施工過程中對盾構隧道兩側各30m范圍內地表進行系統全面的監控量測。監控量測項目主要包括洞外地表沉降、周圍構筑物、管線的變形位移和鐵路線路幾何尺寸，洞內隧道結構的豎向、水平位移和凈空收斂。監測點應布置在構筑物對沉降敏感的位置，當地表本次沉降速率或累計沉降速率超標發生異常時，應立即對線路幾何尺寸進行檢查，及時對線路進行養護，無法及時整改應上報鐵路行車部門，并采取停發或晚發列車并申請“緊急天窗維修”應急措施。正常情況下每天監測2次，非正常時相應增加監測次數，必要時跟蹤監測，盾尾脫離線路后，對路基變形進行監測直至數據穩定收斂。觀測成果如表3。

通過觀測，局部點位存在累計變化值超標，變化速率均在允許值范圍內。后期施工方法上重點做到保持土壓平衡，控制好盾構姿態。

3.3.3 嚴控出土量，減少土層損失率

出土量不得超過理論出土量（每環理論出土量＝π×r2×L＝π×3.24×3.24×1.2＝39.55m3/環）。

3.3.4 嚴格控制切口土壓力等施工參數

在盾構穿越過程中必須嚴格控制切口平衡土壓力，盾構穿越鐵路土壓力設定值初步設定為：0.08～ 0.12MPa。

3.3.5 推進速度

在確保盾構正面變形控制良好的情況下，盾構均衡勻速施工，以減少盾構施工對鐵路的影響，推進速度以1.0～2.0cm/min為宜。

3.3.6 同步注漿

管片安裝完畢就位后，及時開展管片后背同步注漿工作，管片安裝不得超過注漿面10環，當天施工管片必須同步完成管片注漿，注漿壓力控制在0.3～0.4MPa左右，并做好理論注漿量與設計注漿量的對比。

3.3.7 二次注漿

二次注漿遵循：“低圧、多孔、多次、少量、均勻”的原則。

3.3.8 管片拼裝

隧道襯砌由六塊預制鋼筋砼管片拼裝而成，寬度1.2m，管片采用通縫拼裝，為先下后上、先縱后環、左右交叉、封頂徑向推入再縱向插入成環工藝。拼裝中要嚴格控制襯砌環面的平整度，管片之間最大錯臺不大于4mm。

3.3.9 及時優化掘進參數

該工程主要地質狀況為淤泥質黏土（3-2）和泥炭質土（3-4），土體塑性大、粘性強，前方土體需要超前改良。掘進過程中，不斷調整千斤頂的推進速度、刀盤轉速和排土量，施工中保持推進速度與出土速度相匹配。

4 盾構下穿鐵路設施注意事項

4.1 掘進前明確設計線路平豎曲線半徑、縱向坡度、盾構隧道中線坐標和標高等各項參數，并根據掘進前的各項監測成果，確定下次盾構機推力、掘進速度、刀盤轉速、刀盤扭矩、土場壓力和注漿量等各項參數。

4.2 采取信息反饋的施工方法對盾構推進進行質量控制，盾構下穿鐵路前，監測人員預先在鐵路周圍布置監測點，并取得初始值，穿越期間實時提供地面、鐵路、建筑物沉降情況。施工中通過程控電話，隨時保持洞屋內外工作人員信息暢通。

4.3 盾構操作人員、測量監控人員和線路養護人員隨時保持相互溝通，確保隧道施工實際偏差控制在50mm以內，將地層損失率控制在5‰以內，保證鐵路運輸安全。

5 結束語

盾構隧道施工穿越既有鐵路風險高，難度大，本文通過盾構隧道下穿鐵路施工前采用線路加固、路基注漿加固，施工過程中通過監控量測不斷調整掘進速度、盾構機姿態等措施，施工安全、質量和進度均在控制范圍內，為類似施工提供了借鑒和指導意義。