地鐵盾構下穿鐵路群施工控制技術研究

周 鑫，馬繼山，彭顯曉

（天津市地下鐵道集團有限公司，天津 300000）

隨著地鐵大規模建設，施工穿越鐵路群的情況時有發生[1～2]。地鐵盾構穿越鐵路群施工風險大、沉降控制標準高，為確保鐵路運營安全，需要合理選擇施工方案[3～5]。本文以天津某地鐵區間穿越津秦客專、京津城際延伸線與津山鐵路為背景，介紹地鐵盾構穿越鐵路群施工控制要點，將地鐵施工對鐵路路軌的影響降至安全要求范圍內，保證鐵路運營及盾構施工安全。

1 工程概況

天津某地鐵區間為單洞單線圓形隧道，下穿津山鐵路、津秦客專及京津城際延伸線共20股道，其中津山線14股道，津秦客專及京津城際延長線各2股道，津山三線（已停運）2股道。盾構過鐵路段埋深在18.6～19.5 m。盾構隧道掘進范圍內以粉質黏土、粉土為主，局部有粉砂層，地層較為均勻，承載力基本接近，土層軟硬程度相似，對盾構姿態控制有利。盾構穿越地段地下水豐富，埋深較淺，約0.7～2.0 m；左右線盾構隧道穿越范圍內的⑧1、⑨1粉質黏土及⑧2粉砂滲透系數較大，地下水具有微承壓性。區間穿越津山鐵路段平面為直線段，在京津城際延伸線、津秦客專線下方設置盾構預留通道，約束土體變形，對盾構施工及運營階段承受列車的動荷載有利。見圖1。

圖1 盾構下穿鐵路群

2 施工控制

2.1 總體控制

根據盾構穿越鐵路的成功經驗，通過采取合理控制掘進參數、二次注漿、夾層土體加固等措施，在不加固地面土體的情況下，地面沉降完全可以控制在-10～0 mm[6～10]。因此本工程下穿鐵路群時，主要以自身施工控制措施為主，嚴格控制盾構機掘進參數及相關處理方法，將盾構穿越施工分為4個階段重點進行控制，即刀盤進入鐵路范圍前5 d、穿越期間、盾構脫離軌道范圍5 d內、盾構脫離影響區后10 d[10]。各階段地面沉降控制指標見表1。

表1 沉降控制標準 mm

2.2 主要施工參數

采用復合式土壓平衡盾構機并優化開口布置，使其適用于軟土地層，滿足過障礙要求，刀盤直徑為6.43 m，管片寬度1.2、1.5 m；及時合理調整土倉壓力，避免刀盤前方產生隆起，左右線土壓力設定為0.20～0.24 MPa；合理控制出土量，避免引起較大地面沉降。粉質黏土松散系數經驗值取1.2，寬度1.5 m的管片盾構出土量控制在58.42 m3以內，寬度1.2 m的管片盾構出土量控制在46.74 m3以內；以20～40 mm/min的速度勻速穩定推進。盾構總推力控制在22 000 kN以內，刀盤扭矩保持在2 500 kN·m以內，刀盤轉速約1 r/min。

2.3 盾構過鐵路段掘進控制

根據津山鐵路區域的工程地質條件，下穿過程應勻速、連續，保證盾構機平穩通過。在沉降區內管片背后二次注漿，提高地面監測頻率。選用優質盾尾油脂，在盾構下穿鐵路段加強盾尾油脂的注入，正常油脂注入量為25～30 kg/環，穿越鐵路地段時注入量調整為45～50 kg/環，防止盾尾漏水。對于津山線縱坡變化大的區段采用穩坡法推進，減少對地層擾動。

在盾構機進入津秦客專與京津城際延伸線下方過程中，覆土厚度及水土壓力基本無變化，結合試驗段通過情況，設定更加合理的掘進參數，保證盾構機平穩、姿態準確，改良渣土和易性，在掘進中同步注漿和徑向注漿同時進行，控制地表沉降。選擇合適時間通過京津城際鐵路線，確保盾構施工對鐵路的影響降至最低。嚴格控制出土量，根據理論計算量結合之前盾構機推進經驗數據確定最佳同步注漿量，根據后期沉降監測情況及時加強二次注漿。嚴格控制管片拼裝質量，確保管片不出現滲漏水情況。

2.4 渣土改良與注漿控制

2.4.1 渣土改良

穿越鐵路段地質情況復雜，盾構洞身范圍內存在粉質黏土、粉砂地層且地下水具微承壓性，施工過程中可能發生噴涌及漏水、漏砂現象，推進過程中須進行渣土改良，添加膨潤土或泡沫劑，以改善渣土流塑性、減小排土扭矩、防止噴涌、減少機械事故。

2.4.2 同步注漿

地層滲透系數較大，取理論計算量200%～250%作為實際注漿量，即6.88～8.6 m3/環，注漿壓力宜控制在0.25～0.45 MPa。

2.4.3 二次注漿

管片脫出5環以后組織二次注漿，注漿壓力保持在0.6 MPa以內。二次注漿可根據監測情況多次進行。

2.4.4 補償注漿

少量多次進行補償注漿，注漿壓力保持在0.6 MPa以內，逐步提升，平穩注入，確保能夠對沉降進行持續控制。

2.5 軌道加固

對津山線進行扣軌加固，加固長度為50 m（盾構中線兩側各25 m），加固全部采用50 kg/m鋼軌。為加強整體性，吊軌與下方的普通岔枕通過22 mmU形螺栓與角鋼連結，同時設軌距桿。將絕緣膠墊與墊板設置在長木枕與軌底之間，減少對電氣信號干擾。

3 結語

為減少盾構施工對鐵路列車運行的影響，通過制定科學合理的施工方案，精準控制施工參數，加強施工過程中的動態監測，盾構順利穿越鐵路群，各項變形監測數據均小于控制值，保證了施工安全及鐵路運行安全。