盾構隧道連續下穿多股鐵路地層預處理技術研究

李 媛

(中鐵十六局集團地鐵工程有限公司 北京 101116)

1 引言

鐵路作為國家重要基礎設施和關鍵交通運輸工具，已遍布祖國大江南北。近些年，隨著城市軌道交通的快速發展，勢必面臨大量下穿既有運營鐵路的情況，為此，眾多學者對地鐵隧道下穿既有運營鐵路做了大量理論分析和現場實踐工作。

杜虎[1]采用理論和現場實踐結合的方法，分析盾構下穿既有鐵路變形規律，提出合理控制方案。孫連勇等[2]采用數值計算的方法對盾構隧道近距離下穿鐵路進行變形分析，提出鉆孔灌注樁的加固方案。王坤[3]通過數值模擬對盾構穿越鐵路區域進行沉降變形規律分析，提出軟土地區盾構下穿鐵路路基控制方法。韓學芳[4]提出采用混凝土+鉆孔樁+CFG樁聯合加固措施，實現有效控制盾構隧道下穿城際鐵路路基沉降變形的目的。鄭余朝等[5]采用經驗公式和數值模擬，提出一種地鐵隧道安全下穿鐵路的變軌控制方法。郭波[6]通過分析盾構施工過程中對高鐵橋墩的變形特征，提出隧道周邊的加固措施。張堅等[7]通過分析地鐵車站穿越樁基礎的位移變形規律，提出橋樁地面預注漿加固方案。

然而，高速鐵路的快速發展和興建，鐵路線路逐漸呈多股并行形態，地鐵隧道也將面臨短距離內連續下穿多股鐵路的施工難題，受鐵路運營、變形要求、沉降控制等影響，城市軌道交通施工難度越來越大、面臨的風險越來越高、要求也越來越嚴格。

本文以成都地鐵17號線人民塘站～航天路站盾構區間連續下穿四股運營鐵路為背景，提出行之有效的地層預處理技術方案并得到成功應用，為以后類似工程提供施工借鑒。

2 工程概況

成都地鐵17號線人民塘站～航天路站盾構區間從人民塘站始發，經成華大道，三環路到達航天路站接收。盾構區間隧道在100 m范圍內連續下穿牛龍路三線特大橋、東環道岔特大橋、城際動走下行路基段和西城客專北湖道岔特大橋。區間下穿段線路中心線間距為27.64 m，線路縱坡26‰，穿越段線路為緩和曲線和直線段，與鐵路線路斜交約56°角，與橋樁最小平面凈距約3.2 m。下穿路基段隧道頂埋深約21.2 m，隧道主要位于強風化和中風化泥巖地層。

區間隧道分別從牛龍路三線特大橋第14＃、15＃、16＃橋墩之間穿過，從東環道岔特大橋第80＃、81＃、82＃橋墩之間穿過，從西成客專北湖道岔特大橋第153＃、154＃橋墩、155＃橋臺之間穿過，見圖 1所示。

圖1 區間隧道與多股鐵路平面圖

牛龍路三線特大橋為動車運行鐵路橋，東環道岔特大橋為普通列車運行鐵路橋，兩座橋上部結構為預應力砼簡支T梁，采用碎石道床；下部結構為摩擦型鉆孔樁基礎，樁徑為1.25 m；城際動走下行線為動車運行線路，采用路基碎石道床；西成客專北湖道岔特大橋為動車、高鐵運行鐵路橋，整體道床下部結構采用摩擦型鉆孔樁基礎，樁徑為1 m。上述四條鐵路均處于正常運營狀態。

3 施工重難點

(1)沉降要求高。區間隧道在有限范圍內連續下穿四股既有運營鐵路，涉及鐵路運營部門多，對盾構施工引起的沉降要求嚴格，尤其高鐵運營線路對沉降要求極高。

(2)影響范圍大。區間隧道與四股既有運營鐵路小角度交叉，穿越距離長，影響范圍大。

(3)工期緊、任務重。對牛龍路三線特大橋、東環道岔特大橋、城際動走線、北湖道岔特大橋地層的防護措施均在鐵路運營期間進行，為了確保盾構區間隧道貫通的計劃目標，工期緊、任務重。

(4)環境復雜。區間隧道下穿鐵路的地層主要為全風化泥巖、強風化泥巖、中風化泥巖，地質條件和周邊環境復雜，增加了穿越過程中地層沉降量的控制難度。

4 地層預處理方案

為了確保既有鐵路運營安全，最大限度減少區間隧道盾構掘進對既有鐵路運營干擾，減少地面沉降，對四股鐵路采用表1所示的地層預處理措施。

表1 下穿段地層預處理措施

4.1 牛龍路三線特大橋地層處理方案

對牛龍路三線特大橋第14＃、15＃、16＃橋墩樁基礎外1.5 m處采用單排共16根φ299 mm@500鋼管隔離樁，間距0.5 m，加固深度為31.25 m。隔離樁采用潛孔鉆機成孔，φ299鋼花管與成孔同步實施，采用水泥漿液壓漿填充，共計61根，見圖2所示。

圖2 牛龍路三線特大橋第14＃、15＃、16＃橋墩地層處理

4.2 東環道岔特大橋地層處理方案

對東環道岔特大橋第80＃、81＃、82＃橋墩樁基礎外1.5 m處采用單排共16根φ299 mm@500鋼管隔離樁，間距0.5 m，加固深度為31.18 m。隔離樁采用潛孔鉆機成孔，φ299鋼花管與成孔同步實施，采用水泥漿液壓漿填充，共計64根，見圖3所示。

圖3 東環道岔特大橋第80＃、81＃、82＃橋墩地層處理

4.3 城際動走線路基地層處理方案

對盾構通過城際動走線前，在地層進行加固，加固方式采用68根φ80袖閥管(排間距為1 m，相鄰兩根間距為0.5 m)對路基松散和稍密卵石層進行注漿加固，泥漿液配合比、注漿壓力等參數執行先試后做原則，見圖4所示。

圖4 城際動走線路基地層處理

4.4 西成客專北湖道岔特大橋地層處理方案

對西成客專北湖道岔特大橋第153＃、154＃、155＃橋墩樁基礎外1.5 m處采用單排共9根φ299 mm@500鋼管隔離樁，間距0.5 m，加固深度為30.8 m。隔離樁采用潛孔鉆機成孔，φ299鋼花管與成孔同步實施，采用水泥漿液壓漿填充，共計64根，見圖5所示。

圖5 西成客專北湖道岔特大橋第153＃、154＃、155＃橋墩地層處理

5 地層預處理技術

5.1 鋼管隔離樁施工技術[8-9]

(1)鉆孔

鉆機采用HM90型，根據設計圖在工作面上用油漆標定鉆孔位置，調整鉆桿，移動鉆機至鉆頭對準孔位處。按照隔一鉆一的順序鉆孔，逐漸加密注漿并根據鉆孔情況，及時調整注漿參數，加快施工效率。鉆孔的同時做好孔號、進尺、起訖時間、地層裂隙發育情況、出現涌水位置、涌水量和涌水壓力的記錄。

(2)制備水泥漿液

采用PC42.5R早強型復合硅酸鹽水泥作為壓力灌漿材料，制漿機制備水灰比0.6～0.8的均勻漿液，隨攪隨用，并在漿液初凝前使用完。

(3)綁設壓漿管

采用抗壓大于3 MPa的高壓纏絲橡膠壓漿管，壓漿接頭保持密閉，不漏漿不泄漿，綁設牢固不脫落。

(4)壓漿

采用壓漿泵壓漿，壓漿開始時用清水或稀漿走孔，結束時用濃漿封孔，灌漿壓力控制在0.2～0.5 MPa左右，當發生壓力急劇上升或壓漿管劇烈抖動時，壓漿立即停止，迅速打開回漿筏門，以免漏漿、爆管。

(5)場地清理

封孔完成后進行場地清理，主要是人工作業，對殘留材料清除出場，場地平整、夯實。

5.2 路基地層處理技術[10-12]

(1)施工準備工作

鉆孔。依據鉆孔位置圖確定偏差不大于50 mm的孔位，鉆孔過程中隨時檢查鉆孔偏差度，需不大于1%。

插入袖閥管。采用φ48，分節長度2 m的袖閥管。依次放袖閥管到孔底，堵頭封閉第一節袖閥管底部，套箍聯接相鄰兩節袖閥管。安裝深度與鉆孔深度一致，最大誤差不大于20 cm，袖閥管接至地面以上0.3 m后用彩條布包裹孔口，孔口0.7～1.0 m范圍內用普通硅酸鹽水泥摻加3%的速凝劑封堵，防止注漿時漿液竄至地面。

(2)注漿過程

①注漿參數

注漿采用水泥漿。主要參數見表2所示。

表2 注漿主要參數

②配制漿液

按1∶1的水灰比進行至少5 min的漿液攪拌，使水泥充分溶解，漿液達到良好的可泵性、和易性、保水性，同時在注漿過程中要不停緩慢攪拌。

③注漿

注漿順序為先外圍、后內部。施工時要跳孔間隔注漿以防止竄漿和提高鉆孔利用率。壓注漿液時要緩慢、均勻、連續加壓至設計值，并保持穩壓2 min以上。

④注漿結束標準

外圍孔注漿控制以限制注漿量為主，結合注漿壓力終壓及穩壓狀態綜合判斷，內部孔無法注入為止。注漿后及時用清水清孔，清除袖閥管內殘留漿液，以用于下次跟蹤注漿。

(3)跟蹤注漿施工工藝

當地表監測發現異常或出現超挖時，要迅速做好地表跟蹤注漿。一般采用純水泥漿漿液，壓力控制在0.3～0.4 MPa，注漿過程中還應做好注漿壓力和地表變形的觀測，預防地表隆起的發生。

6 結論

(1)成都地鐵17號線人民塘站～航天路站盾構區間在連續下穿四股鐵路地層預處理施工過程中，針對不同的鐵路基礎形式，采用鋼管隔離樁和路基注漿進行預處理，可以在保證鐵路正常運營的情況下，有效控制地面沉降，實現了較好的地層預處理效果。

(2)盾構隧道穿越鐵路過程中，同時要做好軌道沉降、下穿區外地層和橋臺結構監測，以便根據實際情況對既定的地層處理方案做出及時調整，保證盾構隧道下穿施工安全。