地鐵隧道下穿鐵路橋梁施工技術探究

浦振宇

中鐵隧道股份有限公司 河南鄭州 450000

隨著城市各城市的地鐵建設，過程中經常面臨復雜的周邊環境問題，地鐵建設中離不開盾構施工技術的應用，對于各大城市來說城市建設時間越長，地下地上環境越復雜，建設中遇到的問題越多[1]。本文以某個城市地鐵建設中需要下穿既有橋梁為例，探討盾構施工時需下穿既有建筑時的施工技術。

1 工程概況

1.1 線路概況

在地鐵盾構隧道施工中采用盾構法。線距13.0-30.6m，線面最小曲線半徑350m，最大縱坡34.000‰。盾構隧道施工是本段的施工方法。區間內有三條接觸通道，其中二號接觸通道與泵房聯合修建，側穿某客運專線橋樁，線路呈V字走向，施工前已于市政管線單位進行對接，路基下方無市政管線。

1.2 地質情況

該區間隧道結構主要位于黏質粉土層⑥2、粉質粘土⑦1、黏質粉土⑦2、粉質粘土⑧1層中，各地層參數表見表1所示。

表1 地層參數表

1.3 水文情況

勘察期間共觀察到一層地下水，地下水位類型為潛水（二），其穩定水位埋深41.70-42.30m左右，標高79.20-80.36m左右。含水層主要為粉質粘土⑧3層（局部粉質粘土含孔隙）。主要由側向徑流和溢流供給，由側向徑流和人工開采排出。地下水徑流補給方向為西南向東北。

2 盾構側穿橋樁施工方案

2.1 盾構施工地層隆沉的發展過程分析

根據地表沉降的變化規律，盾構隧道施工引起的地表沉降可分為5個階段，其原因及機理如表2。

表2 盾構施工引起位移的原因及機理

2.2 盾構穿越前準備

2.2.1 與相關部門對接

成立盾構側穿客運橋樁外部聯絡協調組，下穿前與相關部門及業主單位進行對接、協調，并簽訂安全協議（確定掘進、監測時間），對接完成后方可組織盾構下穿施工。

2.2.2 盾構試掘進

加強盾構掘進、盾構及其配套設施的維護，加強推進系統、注漿系統、密封系統、導向系統等重要系統，確保盾構及其配套設備在穿越斷層時的正常運行。

2.3 盾構穿越前地面加固處理措施

區間左線隧道與橋樁的最小間距為5.39m，區間右線隧道與橋樁的最小間距為7.67m。建議采用預埋注漿管進行地面加固，采用單液體水泥漿作為注漿漿液。加固范圍:縱向長度為30米，加固的寬度為盾構隧道結構輪廓線左側3米，右側3米，豎向鋼筋范圍為盾構隧道結構輪廓上下各3米，即套管閥管長度為12.2米。

注漿加固過程中，根據注漿擴散半徑控制注漿管與深基礎之間的暢通距離，減少注漿對深基礎的直接擠壓力作用，同時注漿壓力適宜，避免注漿壓力過大；注漿后及時清洗注漿管，為盾構通過時實時監測結果決定是否采用補償注漿預留條件，注漿加固7天后強度滿足要求方可進行盾構機推進施工。

2.4 盾構穿越期間的控制參數

2.4.1 嚴格控制地盾前方的土壓力

當盾構刀盤前方土壓力發生變化時，刀盤前方土體的應力將發生重新分布，導致地表變形、隆起或下沉。根據施工期地面監測結果及時變更和設定土壓力。如果盾構機前面的地面下沉，盾構機的土壓力就會增大；如果盾構機前面的地面上升，土壓力就會減小。在實際施工中，土體壓力與開挖量是密切相關的，及時總結出最合理的土體壓力和開挖量，減少對土體的擾動。通過橋梁樁基時，土壓力不得出現風箱式波動，干擾土體[2]。

2.4.2 刀盤轉速及推進速度控制

根據穿越橋樁前施工參數總結及穿越段相應地質情況，推進時是勻速推進，且推進速度、開挖速度、注漿量要匹配。

2.4.3 同步注漿

因盾構機刀盤外徑為6.46m，管片外徑為6.2m，盾構機的外徑大于管片的外徑。盾尾穿過后，管片外圍與土壤之間有間隙。在施工中，采用同步注漿的方法填補這部分缺口，以減小填補缺口時周圍土體的變形，降低地基沉降。在施工過程中，嚴格控制同步注漿量、注漿質量和配比，并根據掘進段正常的漿液比例提高水泥用量和漿液濃度，使漿液工作性好，泌水性比較小，漿液固結收縮率小。

同步注漿是通過盾尾結構的注漿管和同步注漿系統的，同時盾構前進，形成盾尾間隙。采用雙泵四管（四注入點）對稱進行盾構機機尾灌漿。

2.4.4 二次注漿

盾構隧道施工中，同步注漿可能沿土體裂縫滲透，并存在一定的裂縫。此外，收縮變形和土體側向位移會干擾土體再固結，導致地基沉降。其次，根據實際情況（同步灌漿程度、監測結果），采用二次灌漿法填補柱段建筑物之間的空隙。注漿孔應提前打開，并采取防護措施。根據地面監測情況，可隨時調整墻后補充灌漿，以減少地層變形。

2.4.5 加大油脂用量

盾構穿越風險源過程中油脂使用量須增加，使盾構機安全、連續的通過風險源。

2.4.6 管片拼裝

管片拼裝需要安排最熟練的拼裝工人，這樣可以縮短拼裝的時間，盾構停機的時間也會對應縮短，減少地面沉降。在拼裝的過程中，前面的土體壓力下降，螺旋機內的土體可以通過螺旋機反轉法在前面進行填充。拼裝完成后可以盡快恢復推進進度，減少土壤沉降。

3 盾構隧道質量保證措施

3.1 加強管片生產質量控制，確保管片制造精度達標

模具精度控制在允許誤差范圍內，要有足夠的強度，防水密封，嚴格控制鋼筋、混凝土、粗細骨料、粉煤灰和混合料的質量，選擇合適的比例，指定專人負責生產，嚴格控制分段生產的質量，分段按照生產日期和型號整齊堆放。管片擱置在柔性墊條上，擱置部位上下對應。管片必須經過嚴格的質量檢驗，檢驗表必須逐塊填寫。經檢驗合格的部件應標明產品證書，管片運到工地后，須現場位驗收合格后，方可使用。

3.2 提高管片拼裝精度

選擇熟練工人進行拼裝，定期保養維修管片安裝機，加強螺栓緊固，隧道貫通后，檢查重新緊固縱向、環向螺栓，確保安裝質量。

3.3 做好管片缺陷修補

管片拼裝后對其缺陷進行修補，嚴格按照管片修補專項施工方案進行管片修補，保證隧道襯砌良好的表觀質量。

3.4 加強盾構機的掘進控制

掘進前根據設計圖紙和地質條件繪制盾構機掘進姿態，指導施工。掘進時，主司機和值班工程師應根據實際情況調整盾構機的方向和速度，如有異常應及時監測并采取必要措施。掘進后要及時收集掘進信息并分析總結、反饋信息，指導下一步施工[3]。

4 文明施工措施

施工過程中，每一道工序都嚴格按照規范進行。工人操作要求標準化、規范化、制度化，施工現場保持清潔、衛生、通風、采光良好。進入施工現場的人員必須佩戴安全帽，材料、產品部件分類有序堆放整齊，機器設備固定維護保持操作清潔，保持機器正常運轉，合理布置隧道內各種管道。

施工現場安排專人定期向施工現場灑水，減少揚塵。定期用水清洗進出運輸車輛的主要道路，減少粉塵對地面的污染。在危險區域設置警示標志和安全通道，定期組織專人檢查；

施工工地須每天清潔，要在工程完成后清潔工地。嚴禁隨意堆放建筑垃圾。在施工生產和生活中，應加強施工人員的文明行為教育，實現管理程序化和規范化操作。

5 揚塵治理措施

項目依據各地方揚塵治理相關文件要求，嚴格按要求進行揚塵治理工作，確保施工中揚塵治理工作達標。

6 側穿橋樁時突發事件應急措施

6.1 橋體與地面沉降超限

施工掘進過程中，若發現橋體與地面沉降超限，應立即會同有關方面根據監測情況制定有效的措施，保護鐵路軌道的安全。當鐵路軌道的沉降及變形較大時，主要采取以下應急措施：

軌道應急措施：在施工過程中發現鐵路橋體允許偏差超標時，應立即聯系有關鐵路部門進行線路維修，并及時通知設計單位和有關鐵路部門研究對策，防止影響鐵路正常運營。

當變形量大，危及行車安全時，及時聯系鐵路運營部門，配合鐵路維修單位盡快減緩變形，調整線路設備適應交通條件，然后放行列車，地面客車會減速慢慢行駛。

隧道內應急措施：立即停止盾構掘進，保持土倉壓力，有效控制地表沉降和橋梁沉降。在沉降沒有得到控制，原因沒有明確分析，沉降控制措施沒有到位時，盾構機不得繼續行駛，地表沉降和橋梁穩定后處理完畢，盾構機可繼續行駛。

施工前準備好足夠的搶險設備（如沙袋、石子、盾尾油脂等）的項目和數量，存放于指定施工現場，確保出現險情搶險物資能夠及時到位。并成立行之有效的應急機構，組建專業應急突擊隊[4]。

6.2 出渣量、渣溫無法控制

按照適時控制出渣量的原則，當無法有效控制出渣量時，應立即保壓停機，并向相關人員報告情況。

對渣土溫度進行檢測，達到35℃渣溫時為警戒值。而當達到警戒值時，現場人員立即分析判斷并采取措施控制，并向相關人員通報情況。

6.3 突發停電

在施工過程中如發生突然停電現象，將產生一定的安全隱患及損失。為此制定以下工程搶險預案：①經常檢查備用電源設備是否處于良好狀態，在緊急情況下是否正常使用。②定期維護供電線路和高壓電源，高壓線固定在側墻頂部。③高壓變壓器應設置防護圍欄，不得進入。④隨時與電源管理部門聯系獲取動態信息。⑤停電后及時啟動發電機。排水、照明和井口提升系統優先。⑥停電時及時啟動盾構機上的空壓機保持土倉壓力[5]。

6.4 意外停機

（1）停機前制定完善的停機交底，對測量監測數據及開挖土體進行一次全面的分析，盡量避開建筑物，選擇合理的停機位置。

（2）停機前的掘進應加強各施工參數的控制，特別是土壓力、排土量、壁后注漿、推進速度，最大限度的減小掘進對周圍土體的擾動。

（3）為保證開挖面土壓力能隨時得到控制，值班人員應在盾構停機24小時后記錄土壓力的變化，并當土壓力大幅下降時采取措施保持土壓力，以保證停機期間的施工安全。

（4）對地表沉降監測在停機期間不停止，增加監測頻率。在停機期間還應安排專人對建筑物進行地面巡視。

（5）停機期間保障盾構機電源不間斷，發生異常時可以及時采取相應的應對措施。

7 結語

綜上所述，地鐵隧道下穿鐵路橋梁施工技術的優劣不僅僅直接影響工程的施工質量，對既有鐵路線安全也存在很大的影響，在地鐵隧道下穿鐵路橋梁施工中，必須根據隧道工程的具體特點，采取科學的措施，有效控制施工工藝和施工過程，不斷優化施工技術，先進的施工技術和設備需要大力的引進并應用，熟練控制施工技術要點，提高科學施工的能力和水平，最大程度的減少違規操作、規避施工風險，降低施工隱患和問題，促進地鐵交通的健康發展。