深圳地铁5号线穿越铁路区间隧道盾构法施工

赵承志 苏华友

1 工程与地质概况

工程位于深圳市龙岗区布吉镇,本区间盾构隧道在左DK31+317.569～DK31+392.037、右DK31+320.316～DK31+395.259范围内平面斜交穿越广深铁路,隧道与铁路中心线平面交角为77°,共计10股道,穿越长度约58 m。根据地质钻探资料,土层从上到下分别为:素填土、砾砂、粉质粘土、全风化角岩、强风化角岩、中风化角岩。隧道在DK31+350处覆土最浅,约为13.3 m。下穿范围内有两条广深铁路交通涵和排水渠。交通涵与线路左线平面斜交约38 m,距隧道拱顶约8.2 m;排水渠与线路右线平面斜交约40 m,距隧道拱顶约9.5 m。

2 铁路加固目的

地铁隧道下穿铁路,两者之间相互影响。地铁施工过程中,地表沉降影响铁路运营安全;铁路动荷载影响地铁结构安全。

2.1 盾构施工对铁路的影响

盾构隧道在通过铁路时,对土体扰动大,造成地表不均匀沉降,钢轨接头产生轨缝、错牙、台阶和折角,严重影响列车运行安全。

经有限元计算分析,得到盾构隧道施工过程中,加固和不加固两种工况下地表沉降规律。两盾构隧道下穿广深铁路,引起的地表沉降曲线如图1所示。

由图1可知,不加固时两隧道洞顶对应的地表沉降值最大,有两条明显的沉降槽;加固后隧顶与两隧道中间地表沉降基本相同,未出现较明显的沉降槽,地表沉降最大值为11 mm,注浆加固较不注浆地表沉降减小63%。

2.2 列车运行对地铁隧道的影响

列车在运行中,对路基土体产生的动应力沿深度逐渐衰减,衰减程度与土层的力学性质以及列车动载大小等因素有关,一般认为动应力的影响深度约4m～7 m。但当基床下部有构筑物时,动应力的传播将发生较大变化。

首先,隧道施工引起线路下沉,导致线路不平顺加大轮轨间冲击力,使路基内动应力加大,土体动荷载增加,则作用在地铁隧道管片上的荷载增加,影响地铁隧道的安全。其次,广深线列车行驶速度快、行车密度大,该区段铁路1号～2号线动车组92对/d,130 km/h～150 km/h;3号～4号线客车 28对/d、货车 6对/d,80 km/h;车速的提高同样会加大列车动载作用,势必引起路基面动应力的增大。

因此广深线与地铁的相互影响应从地铁施工期及长期运营两个方面综合考虑。首先,在地铁隧道施工过程中,同时保证广深线上行驶列车的行车安全以及地铁的施工安全;其次,在地铁长期运营期间能保证其结构变形不至引起广深线的轨道不平顺过大,从而保证列车行车安全。

3 设计及施工方案

为保证铁路正常安全运行及盾构顺利推进,采取地表加固和盾构隧道洞内加固的加固方案。

3.1 地表加固措施

盾构推进前,对穿越的铁路线路预加固。

1)旋喷桩加固。距下穿区域铁路线路两侧各4 m处设四排旋喷桩,直径0.8 m,桩间咬合0.2 m,共2.4 m宽,加固至盾构底板下1 m,加固后土体28 d无侧限抗压强度qu≥1.0 MPa,桩间范围内路基分层跟踪注浆加固。

2)袖阀管跟踪注浆。为保证盾构施工时,铁路运营、地铁隧道结构的安全,主加固区进行分层袖阀管跟踪注浆加固,加固范围为道床下5 m至隧道结构顶,在铁路股道两侧4 m处倾斜布设袖阀管注浆孔,注浆材料为水泥—水玻璃双液浆。

3.2 施工方案

1)广深铁路加固。首先进行广深铁路两侧旋喷桩施工。旋喷桩施工期间对广深铁路进行监测,根据监测结果调整施工参数,并通知铁路部门对线路进行及时养护;再根据监测数据适时施工注浆加固区。2)盾构推进。a.洞内措施。广深铁路下方中心线左右两侧各约50 m范围内的钢筋混凝土管片配筋加强。采用加设注浆孔的衬砌环,根据地面监测情况在主加固区进行跟踪注浆,注浆范围为隧道衬砌外2.5 m,采用缓凝型水泥—水玻璃双液浆,注浆压力控制在0.3 MPa～1.0 MPa。衬砌管片脱出盾尾后,配合地面量测及时进行壁后同步注浆。根据地面沉降变化,在管片出盾尾2环后进行二次压浆,并根据地层变形监测信息及时调整压浆位置、压入量、压力值。根据地面的监测情况,不断优化盾构施工的各种技术参数,合理选定推进速度、平衡土压力、出土量等参数,严格控制盾构纠偏量。土仓压力与地面沉降观测结果相对照,建立合理的土仓压力并保持土压平衡[1]。b.洞外措施。盾构推进实行信息化反馈施工,增加监测频率。在铁路两侧埋设沉降观测点,跟踪测量进行信息分析,及时通知井下调整掘进参数,并根据监测反馈信息及时跟踪注浆,及时对碎石道床进行铺垫和轨道校正,保持铁路轨道的平、顺、直。3)盾构轴线控制。a.盾构下坡推进时,要防止盾构“磕头”;盾构上坡时,要防止“上抛”,每次纠偏幅度不得过大,调整切口水压设定值,确保切口土体不下沉、不隆起或少隆起;b.调整盾构推力大小和合力作用点位置,控制盾构轴线,即利用控制盾构纵坡来控制盾构高程位置;利用两个对称千斤顶伸出的差值,控制盾构平面位置;c.选择合理的压浆位置,利用压浆的压力调整管片和盾构的相对位置,改善盾构的纠偏条件。

4 下穿广深铁路段施工监测

监测内容包括结构沉降、走行轨左右高差、变形缝处差异沉降、变形缝开合度、轨距变化等[2]。

4.1 隧道外监测

1)地表沉降。在盾构下穿铁路线两侧范围内,沿隧道中线上方地面每隔10 m建立一个监测横断面,每5 m设一个沉降测点,每个断面上布设13个观测点,共计180个点。2)线路沉降及方向偏移。在加固施工和盾构推进前先在地面上布置好线路变形观测点。在穿越区每股铁路上设置路基及线路观测断面。XL-1～XL-10,10个断面共计70个点。3)隧道两侧地下水位监测。隧道掘进前,在隧道两侧土体内和周边建筑物四周埋设水位管,通过水位管水位监测,掌握地下水位变化情况。

4.2 交通涵的沉降监测

隧道掘进前,在交通涵两端及中部的底板上埋设3个沉降观测点,通过沉降监测,掌握交通涵的沉降及不均匀沉降情况。

4.3 隧道内监测

在管片拱底块的平台上对称布置隧道沉降观测点,及时了解隧道推进后的沉降以便采取二次注浆等措施防止隧道沉降引起地面沉降。

适当减小出渣量,防止土层损失,减少土层损失对地面沉降造成的影响[4]。控制结构物的变形在允许范围之内,并在施工期间加强监控量测和信息反馈工作,根据监测数据信息反馈采取跟踪注浆措施,以调整沉降曲线。

[1]钟小春,朱 伟,秦建设.盾构隧道衬砌管片通缝与错缝的比较分析[J].岩土工程学报,2003(1):109-112.

[2]骆建军,张顶立,王梦恕,等.浅埋暗挖车站施工地表沉降实测分析[J].铁道建筑技术,2008(3):45-46.

[3]马书红.盾构机的地铁过站施工技术[J].山西建筑,2009,35(5):320-321.

[4]刘 昌.盾构施工引起地表沉降的研究[D].西安:西安建筑科技大学,2007.