土压平衡盾构下穿京包铁路加固施工技术

李 彪

(中铁三局集团第四工程有限公司，北京 102300)

土压平衡盾构下穿京包铁路加固施工技术

李 彪

(中铁三局集团第四工程有限公司，北京 102300)

结合工程实例，对盾构隧道下穿铁路箱涵的加固技术从铁路线路、线路基础和管片背后环箍注浆三个方面进行了阐述，着重介绍了盾构穿越铁路的整个施工过程中控制沉降的技术措施，并对线路加固和注浆加固过程沉监测数据进行了分析，及时地调整了施工参数，保证了盾构穿越铁路时列车的运营安全。

盾构，铁路，加固

1 工程概况

北京地铁6号线一期工程十里堡站～青年路站区间沿朝阳北路南侧地下、从十里堡站自东向西至青年路站。长1 050.102 m；隧道埋深约11.9 m～20.3 m，区间穿越京包铁路里程：K20+940～K21+065，隧道埋深20 m。

2 下穿营运铁路及公路箱涵施工技术

通过对本次盾构下穿京包铁路整个施工过程理论分析和仿真模拟计算与分析，可以清晰的判断盾构穿越过程中，位移、应力及塑性区分布等特征，由此制定相应的加固方案。加固方案共分三部分，即：铁路扣轨保护、铁路基础加固及环箍注浆加固，以确保整个施工过程中铁路的安全。

2.1 铁路轨道扣轨保护

2.1.1 盾构下穿过程中的影响范围计算

2.1.2 扣轨保护施工技术

1)加固段轨枕全部更换成木枕，并且在轨底增设垫板，以加固轨面。换轨前做好换轨的准备工作：提前限速，行车限速为45 km/h；协调好运营管理单位，协调好工作时间，在工作时间内分段工作；换轨前分段松螺栓、释放应力，然后分段换轨。2)铺设扣轨采用组装形式扣设。钢轨用43 kg/m轨钢轨，接头错开长度1 m以上，且伸出工字钢横梁以外不小于5 m，即扣轨长度80 m。3)扣轨与其下枕木、横梁采用δ=10 mm，b=50 mm的钢扣板和Φ22-U型螺栓联结在一起。4)横梁采用Ⅰ50b工字钢，铺设间距1.2 m，接头错开1.5 m。横梁的穿入要基本垂直于线路，安装时先中间后两侧。5)纵梁和横梁之间要加设绝缘胶垫，以减少对电气的干扰。6)纵梁两端支撑于枕木垛基座上；线路两侧在横梁下每隔4 m设置枕木垛支撑。7)遇道岔位置时，轨间扣轨分段设置以避让道岔。8)扣轨施工由产权单位负责施工。9)施工期间行车限速为45 km/h。限速时段：自换轨施工起至隧道通过后15 d～20 d地层变形稳定，恢复轨道，工期约40 d。限速期间，加强巡线工作，合理配置信号防护设施，做好信号防护工作。10)施工运输，材料产业专用车辆运至施工地点，换下的轨枕运输至指定场地存放，在隧道通过且地层监测稳定后运回现场恢复。

2.2 轨道下地基加固施工隧道下穿前，箱涵南侧隧道影响范围的轨道下地基采用袖阀式二重管进行控域注浆加固，提高地层的承载力。

加固区域：箱涵南轨道下地层，轨道间及两侧6 m范围，面积990 m2。加固深度箱涵底板下5 m(过中粗砂层)，即地下2 m～16 m地层。

2.2.1 袖阀管

袖阀管的单向阀管为硬质塑料注浆管，每段注浆管长度为3 m～4 m，管径80 mm。钢管端头密封，端头4 m设置注浆区域，区域管身设置出浆孔，区域上下设置止浆阀。注入的浆液通过芯管出浆孔进入内外管间的两止浆阀间的空间，然后从袖阀管上在该段内的径向注浆孔挤破套壳料射入地层。

2.2.2 施工工艺流程

钻孔→下套壳料→下袖阀管→封口→下芯管→注浆头、管路连接→浆液拌制→注浆→按步距提管→结束、清洗。

2.2.3 主要参数

浆液选择：普通水泥单液浆；浆液基准配比：水灰比0.75∶1～1∶1。

扩散方式：渗透～劈裂；浆液扩散半径：不小于0.5 m。

钻空布置：间距1 m，行列式；有效加固范围：地基顶面下2 m～16 m。

注浆压力：0.5 MPa～1.0 MPa；注浆速度：10 L/min～20 L/min。

2.2.4 施工技术

1)钻孔：使用KHYD-155AB型煤电钻钻机或地质钻机钻孔，根据孔位调整好位置后固定稳妥，保证工作中不摇晃。钻进50 cm后现场挂线控制方向、角度，调整后钻孔。根据地层性能采用优质泥浆护壁，严重坍孔或缩径采用套料护壁。钻杆分节接长，接长时丝扣拧紧，接长后重新复核钻进方向，无误后继续钻进。要求保证钻孔的垂直度误差不大于1%。2)下套壳料：套壳料又称封闭泥浆，其作用是封闭单向阀管和钻孔壁间空隙，迫使从单向阀管灌浆孔内开环，挤破套壳料射入地层。材料重量配比为“水泥∶膨润土∶水=1∶1.50∶1.90”。套壳料浇筑：成孔后在孔内插入无孔眼的钢管，并通过此管压入套壳料，直至孔内泥浆完全被置换出孔外为止。把浇筑套壳料的钢管拔出。3)下袖阀管：在充满套壳料的孔中插入单向阀管，将阀管置于孔中心，保证垂直度。不得有断开现象，插入时管端尖底封闭，管内充满清水。4)封口：采用快凝水泥封口，确保封口的长度在1.5 m以上。5)下芯管：检查注浆头单向阀的状态是否良好；检查管路是否有堵塞现象，并保证各节管路的连接质量；若袖阀管出现堵塞，先进行洗管，保证芯管下放至孔底。6)浆液配制：按配合比拌制好浆液，浆液的比重符合要求。7)注浆：在所有工作都做好后方可开注浆机进行注浆。注浆时必须隔孔分次注浆。注浆过程中控制注浆压力和注浆速度。主要通过听声、看注浆压力、看注浆数量来判断注浆的实施效果；听声音是否有异常，看压力是否过高，看注浆量是否达到设计的注入量。

2.3 环箍注浆加固

因为同步注浆为流动的单液浆液，注入时是完全没有自立性的物质，易流失到尾隙处的其他部位，因而注入的区域，尤其是管片背面的上顶部位很难充填到。加上同步注浆浆液固结时间较长，容易受到地下水的稀释，致使早期强度下降，使得隧道上方的土体向未充填到的空隙滑动、坍塌，从而导致地表产生较大的沉降。

2.3.1 注浆方法

下穿区段土体在隧道施工后进行环箍注浆加固，盾构推进过后第6环开始进行环箍注浆。在吊装孔打入6根3 m长的φ42钢花管注浆，每环注一次。环箍注浆浆液采用水泥—水玻璃双液浆。

双液浆配比(单位kg)：

A液为水泥浆，水灰比为1∶0.8，结合试验，可适当掺加膨润土、粉煤灰等。

B液为水玻璃，水玻璃的比重波比度控制在20 Be′。

A，B液混合的凝固时间控制在25 min～30 min。

注浆压力：初压0.3 MPa，终压0.5 MPa。注浆量：根据袖套管法理论，计算浆液在土体中的扩散半径r=83 cm。

2.3.2 注浆控制措施

1)注意注浆孔的密封，以防渗水。2)为了避免因卸除球阀而造成浆液外漏的现象发生，在进行注浆的过程中，使用一次性球阀。3)注浆时，为了避免因一侧注浆压力过大致使管片变形、滑动显现的产生，注浆时必须对称进行注浆。4)时刻观察注浆压力的变化，当压力达到设计值并延时10 min后，关闭进浆阀开泄浆阀减压，结束注浆。5)提前做试验段，根据试验效果调整浆液配比、注浆压力、注浆量等参数。6)根据后期监测数据进行二次补浆或跟踪多次补浆。

3 监控量测

3.1 监测项目

根据设计，主要监测项目：挡土墙沉降及倾斜度、隧道隆沉及水平位移、管片围岩接触压力和混凝土应力、下穿段的地表沉降、线路深层土体沉降、箱涵、轨道、电气化杆等。

3.2 监测频率

在盾构切口进入道床下方至盾尾脱出之间监测频率最高，线路沉降位移每时一次，管线监测一天两次，隧道沉降一天两次，对于盾构施工中即将穿越，以及沉降变化量大的点，根据实际情况加密监测频率，必要时进行跟踪监测。

3.3 监测点的布置

1)在铁路周围布置监测点。在京包铁路两侧埋设位移监测点和在箱涵侧墙上两侧埋设沉降、倾斜监测点，每天设置专人观测城墙外观和监测点情况并做好原始记录。记录日期从施工前开始直至盾构作业脱离影响区，且地表滞后变形渐趋稳定的整个期间内跟踪测量与监测。 2)为了满足测量精度，选用精密水准仪及配套的铟钢尺进行观测，基准点和沉降点按国家二等水准测量的技术要求施测，观测时专人负责，每次观测线路相同。3)监测频率视施工进度及沉降速度而定，正常情况下按规定频率进行监控量测。当出现较大的沉降或不均匀沉降时加大监测频率。

4 结语

1)盾构穿越箱涵施工，在没有任何加固措施的情况下，箱涵会发生较大沉降而开裂，并伴随着倾斜。所以必须对箱涵地基进行必要的加固措施，才可以保证箱涵不被破坏。2)在盾构下穿营运铁路线和公路共用式箱涵的特大风险施工过程中，采用对相应范围内的基础土体进行注浆改良，对铁路钢轨采用扣轨加固，并确定合理的盾构推进参数。3)盾构穿越箱涵时，二次扰动对箱涵的影响不容忽视，所以加固范围应沿着箱涵边缘与盾构推进方向一致进行。

[1] 叶耀东.盾构穿越运营地铁隧道施工技术探讨[J].施工技术，2005(12):97-98.

[2] 李 林.盾构隧道下穿既有铁路信息化施工技术研究[D].成都：西南交通大学，2006.

On reinforcement construction technology for earth-pressure balanced shield tunneling through Beijing-Baotou Railway

LI Biao

(TheFourthEngineeringCo.,Ltd,ChinaRailway3rdBureau,Beijing102300,China)

Combining with the engineering example, the paper illustrates the reinforcement technology of shield tunneling through railway box culvert from the railway routine, the routine foundation, and the hind hoop grouting of duct piece, mainly introduces the technical measures for the controlling settlement of the shield through railway in the whole construction process, and analyzes the routine reinforcement and the settlement data inspection in the grouting and consolidation process, so it adjusts the construction parameter and ensure the operation safety of the trains on the shield tunneling through railways.

shield, railway, reinforcement

1009-6825(2014)11-0169-03

2014-01-26

李 彪(1974- )，男，高级工程师

U455.43

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