盾構隧道下穿鐵路框架橋涵及路基段施工工藝

高廣鑫

（中鐵十九局集團第七工程有限公司，廣東廣州 511458）

1 工程概況

某軌道交通R1 線下穿某鐵路的區段在左K27+859～左K27+924 的范圍。某鐵路的框架橋涵結構為鋼筋混凝土，布置走向呈南北分布，左右線分別下穿某鐵路的框架橋涵與路基段。其中該鐵路的框架橋結構為矩形框架，孔跨與孔跨的布置距離為10.5 m、15.0 m、15.0 m 以及10.5 m。橋上鐵路是I 基段，分布的渡線與直線數量分別為1 股與7 股，工8 股道路，其中橋上還預留了兩股，便于未來該股道不滿足需求時開通使用。該鐵路列車設計時速為120 km/h，軌道結構形式為有砟軌道。

2 施工準備

2.1 盾構機選型

從安全施工角度來分析，盾構機選型中很重要的一樣因素就是地層滲透系數。按照當前的施工經驗來看，當地層的透水系數＜1×10-7cm/s 時，需要選用土壓平衡盾構；當1×10-7cm/s≤地層透水系數≤1×10-4cm/s，可以選用泥水式盾構或者是土壓式盾構；當地層的透水系數＞1×10-4cm/s 時，選用泥水盾構。泥水平衡盾構的作用是保證開挖工作面的穩定性，從而保證能夠順利施工。

2.2 對后背進行修筑

后背是一種臨時結構物，主要承受頂進的水平頂力的反作用力[1]。頂進工作要順利開展，后背修筑效果是其中一個關鍵因素，其與頂進的質量息息相關。本項目后背的結構形式為重力式后背，將50 a 工字鋼橫梁鋪設在墻背前當做橋梁，采用5M漿砌片石來鋪設后背墻并將土層分層夯實在后背墻頂部。

2.3 對滑板進行修筑

在框架頂進時滑板有明確的導向作用，且預制框架的底板通常也是采用滑板。首先將10 cm 的厚碎石鋪在坑底，然后再鋪筑砼滑板，最后將鋼筋網安放在滑板內之后再灌輸C15 砼。需要注意的是滑板的厚度應≥20 cm，將導向支墩設置在滑板兩側，并將地錨梁均勻分布在滑板上，其間隔應保持為3 m。

3 盾構下穿施工

3.1 盾構下穿施工控制措施

左線盾構機與右線盾構機相比大不相同，其中左右線盾構機的不同之處主要表現在以下幾方面：①日平均進度分別為14環與12 環，也就是分別為16.25 m 和14.4 m；②歷時時間分別為102 h 和125 h；③跨度不同：左線盾構機橫穿某鐵路框架橋涵、右線盾構機跨越了兩側路肩以及某鐵路八股軌道，其影響的范圍高達75.6 m。

（1）掘進速度。在下穿某鐵路期間，區間左右線開挖卵石層以及粉質黏土的速度保持在（40～45）mm/min，在全斷面粉質黏土上其推進速度保持在（45～50）mm/min，其掘進參數會根據地層條件而進行實時調整。而掘進要想勻速進行就必須改良渣土，有效降低開挖土體擾動地層的時間。挖掘線路如圖1 所示。

圖1 挖掘線路

（2）渣土改良。在剛掘進卵石層時，區間右線刀盤扭矩開始出現波動，頻率在（1600～2400）kN之間，需要注意的是其扭矩會隨著卵石層的增大而增大，最大范圍可增至（2500～3500）kN，推力也高達1300 t，但掘進的速度會有所降低。為了保持掘進速度，應對泡沫參數及時作出調整，如增大注入的泡沫量，泡沫混合液增大到50 L/min，減少刀具與卵石之間相互摩擦，達到降低刀盤扭矩，避免速度連續下降以及出土困難等在土倉內出現。

（3）總推力。在下穿某鐵路期間，區間左右線全斷面粉質黏土掘進總推力在（1000～1100）t，并且隨著卵石層的遞增，卵石層以及粉質茹土掘進的總推力將達到（1200～1200）t，為了避免在土倉內出現卵石堆積的情況，應對泡沫的注入量進行適當調整，避免出現推力遞增的現象[2]。

（4）同步注漿配合比及注漿參數。下穿鐵路施工的同步注漿漿液采用的是水泥厚漿，也就是充分拌和膨潤土、水泥、砂、粉煤灰、消石灰以及水等原材料，在6 h 內會形成初凝。通過監測管片脫出盾尾后的沉降量，發現沉降值在可控范圍內，對橋涵以及線路的影響不大。同步注漿漿液配比見表1。

表1 同步注漿漿液配比

（5）土倉壓力控制。在計算左右線土倉壓力時，因區間左右線下穿鐵路的深度不同所以因分別計算。而在計算靜止土壓力時通常選取常用的土力學公式來計算，挑選盾構中心位置來計算其深度見式（1）：

式（1）中，P1、P2為水、土壓力，單位kPa；K0為靜止土壓力系數，單位kPa；γ 為盾構中心上方各土層的容重；單位kN/m3；h 為土層厚度，單位m；20 為變動荷載，單位kPa。

在下穿路基段期間，區間左右線土倉壓力分別在（0.15±0.01）MPa 以及（0.12±0.01）MPa，在掘至卵石層時為了確保連續掘進，左右線掘進方式相同；而在區間右線下穿路基段時，刀盤扭矩在施工到達水白下行時會逐漸變大，小粒徑卵石會出現在渣土之中，在掘進進程中，通過分析監測的接觸網支架、橋涵、路基、軌道數據，發現其影響不大。

（6）其他掘進參數。在下穿鐵路期間，刀盤對接觸網支架、橋涵、土體擾動、鐵路路基以及道床等影響都不大，因為它的轉速保持在（1.0±0.1）r/min，出土量保持在（51～53）m3，不會影響線路。

3.2 控制路基和框架橋涵不均勻沉降的方法

在某線下穿盾構之前，通常將補償注漿孔打設在盾構施工所影響的路基下方[3]。將袖閥管提前預埋好，便于在施工尾期為地表補償注漿，在路基坡腳地面將7 排間距為1.2 m 注漿孔設置其中，而注漿的管長大約在16～30 m，布置形狀為梅花形。

（1）預加固盾構后再下穿。將注漿管埋在路基段地面上做第一組注漿，而全部注漿管與啟動的注漿管比例為設置為20：1，注漿壓力應＜0.3 MPa，此外，應將8 根袖閥管分別分布在注漿路基的兩側。

（2）加固范圍。在路基段下方的地層上進行適當加固，并選取（0.3～0.5）MPa 注漿壓力，其深度控制在5 m；而沿鐵路方向且分布在橋涵南側25 m 長度的范圍則是平面注漿加固范圍，為了降低鐵路受到盾構穿越的影響，應將路基的沉降量控制好。

（3）過程中跟蹤注漿。在盾構隧道進行施工作業時，從某鐵路至掌子面的距離縮短為80 m 始，到穿越完成盾構隧道為止，監測顯示，注漿管在路基沉至3.6 mm 時便會啟用一半，另外，監測結果對注漿管的啟動數量還會進一步進行確定。

（4）作業及檢查標準。通常用壓力來衡量每一步注漿作業是否結束，而（0.3～0.5）MPa 便是擬定的注漿終壓力。在注漿進程中調整以及控制壓力的依據為實時的監測結果。單段注漿壓力與需求相符后便會自動停止，轉而開始下一段注漿，采用路基監測值作為判斷整體注漿作業結束的依據，當不再沉降且變形相對穩定后便會停止作業。

3.3 施工監測

在下穿盾構的進程中選取兩種不同的監測系統，分別為Leica TS50 坐標和靜力水準自動化沉降監測系統，設置的監測斷面、路基橋涵監測點、軌道檢測點、靜力水準點以及接觸網支柱監測點的數量分別是9 處、14 處、24 處、20 處、5 處。另外，根據相關規范要求，將沉降以及水平的位移量控制在6 mm。在主要影響區域，左右線下穿進程中其平均的沉降量分別為-0.66 mm和-0.71 mm、沉降累積最大值分別為-0.82 mm 和-0.80 mm，其平均沉降值遠＜6 mm。在下穿該鐵路時，-0.12 mm/d 是其最大的平均日變化量、-0.46 mm 是監測點的平均沉降量、-0.82 mm是最大的累計沉降量，在水平位移變化量上，X 與Y 方向累計最大偏移量分別為0.37 mm 和0.55 mm，平均偏移量分別是0.11 mm 和0.16 mm，均未超出控制值。

4 結束語

要想有效把控沉降量，確保掘進施工平穩且連續，便應對盾構掘進參數進行合理選擇。而對盾構后沉降控制起到關鍵作用的是與當地地層相適應的同步注漿漿液以及充足的注漿量兩方面。另外，在某地區的卵石地層和粉質黏土施工中，想要做到與鐵路沉降量相符，應依靠盾構自身的施工工藝來完成盾構下穿鐵路施工作業。