地铁盾构隧道长距离下穿高速、普速铁路多股道营业线施工技术

杨涛

（中铁十六局集团北京轨道交通工程建设有限公司 北京 100018）

1 工程概况

常州轨道交通1号线火车站～博爱路站区间上行右线长度535.9m，下行左线长度539.8m，埋深范围9.9～15.8m，最小曲线半径R=400m。区间在SK22+779.900～SK23+026.810范围下穿常州火车站，下穿范围包括京沪普速铁路6股道，沪宁城际铁路6股道以及站台、雨棚等建构筑物，下穿影响范围共计154m。其中京沪铁路线路等级为Ⅰ级，客货混运，正线速度为160km/h，正线与到发线均为碎石道床。沪宁城际铁路于2010年7月开通运营，客运专线高速铁路，运营最高速度300km/h。正线为CRTS-I型板式无砟轨道，到发线采用宽枕有砟道床。

隧道主要位于⑥3粘土层，隧道拱部部分位于⑤2粉砂层，隧道上方地层依次为⑤2粉砂层、⑤1砂质粉土夹粉砂层和③2粘土层。

图1 常州轨道交通1号线博～常区间下穿常州火车站线路平面图

2 下穿铁路前的加固保护及管片设计

2.1 京沪普速铁路注浆加固

盾构穿越京沪普速铁路段，覆土深度约15.5m。采用袖阀管垂直注浆对停运股道加固，WSS斜向注浆对站台下方及运营线路加固。加固深度：轨面下5m开始注浆加固，加固深入至粉土、粉砂层下方的粉质粘土层约1m。其中袖阀管注浆孔纵横间距1.2×1.2m，扩散半径0.8m；WSS注浆孔纵横间距0.4×0.4m，水平夹角约35～90°，扩散半径0.8m。注浆压力均为0.2～0.5MPa。

注浆加固后土体28d无侧限抗压强度不小于0.8MPa。注浆后应具有良好填充效果，注浆加固体渗透系数小于10-6。

2.2 沪宁城际铁路预加固

沪宁城际铁路建设市常州地铁1号线线路规划已确定，故在沪宁城际铁路施工期间已对1号线博～常区间下穿沪宁城际区段的到发线和正线进行了预加固。加固设计为2股正线和2股到发线（（3）、I、II、（4）股道）下方设1.5m厚钢筋混凝土筏板，筏板长43.4m×宽24.5m。筏板下方采用1.0m钻孔灌注桩和0.5m桩径CFG桩进行了地基加固。两侧到发线（（5）、（6）股道）下方采用0.5m桩径搅拌桩加固。路基采用A、B组填料：γ＝20kN/m，Cu=10kPa，φu＝30°，并采用堆载预压处理不均匀沉降，预压土柱高于路基面2.0m，预压期不小于6个月。

图2 沪宁城际正线预加固横断面图

3 下穿施工风险分析

本次下穿为国内最为繁忙的普速及高铁运营铁路线路，下穿距离长、沉降控制要求高，一旦出现异常影响列车运行，将会造成极大负面舆论和经济损失。如何减小地层沉降，将铁路轨道变形控制在允许范围之内，避免因沉降过大而影响既有铁路正常运营是本施工过程中的风险和难点所在。

表1 下穿期间铁路线路主要监测项目目标控制值

4 下穿期间主要技术、安全措施

4.1 线路限速

经对常州市轨道交通1号线盾构穿越铁路常州站工程技术方案审查后确定，盾构穿越期间，上海铁路局将对沪宁城际高铁正线按限速120km/h考虑，并根据高铁轨道监测数据变化情况及时调整；盾构穿越以及铁路地基注浆加固施工期间，京沪普速铁路正线按限速60km/h考虑。

4.2 下穿过程中的主要参数控制

（1）土压力控制

正面平衡压力：Po=K0γh

Po：平衡压力（包括地下水）；γ：土体的平均重度（kN/m3，下穿区段取1.9kN/m3）；

h：隧道埋深（m）；K0：土的静止土压力系数，取 K0=0.6；

在下穿过程中，按照满仓土压平衡模式掘进，上部土压1号传感器波动值控制在0～-0.1bar，以防止土压过大，造成路基、轨道隆起。选择博～常区间穿京沪普速铁路、沪宁城际铁路各6个断面，进行理论土压计算。

通过下穿前试验段参数校正以及监测数据指导，下穿期间土压参数控制为京沪普速铁路1.7bar，沪宁城际铁路1.7～1.8bar。

（2）出土量控制

本工程采用管片宽度为1.2m，经计算每环理论土方为38.97m3，考虑松散系数1.2～1.3，为46.76～50.66m3每环，实际掘进中每环出土量控制在47m3左右。

（3）同步注浆控制

管片拼装后每环壁后理论空隙为2.86m3，下穿期间采用惰性同步浆液，注浆采用压力与注浆放量双控，实际每环注浆量控制在6m3，确保注入率不低于200%，终止注浆压力在0.35～0.4MPa。

表2 同步浆液配合比及性能指标

（4）二次注浆管理

①二次跟踪注浆

选取在管片脱出盾尾后4～5环位置的范围，主要目的为对同步注浆层做进行填充加固，确保同步注浆层范围填充密实，减小管片脱出盾尾后沉降。注浆点位选择3～9点以上孔位。注浆压力0.35MPa。

②二次控制注浆

选取管片脱出盾尾后5～15环位置进行注浆加以控制。以地面沉降监测情况为指导，遵循“及时、少量多次”的原则，对沉降明显地段进行跟踪注浆，注浆压力控制在0.35～0.4MPa。

表3 二次注浆浆液配合比

（5）掘进速度控制

一定土仓压力下，推进速度过快，对总推力和刀盘扭矩要求大，同步注浆就不及时。推进速度过慢，机身对土体扰动产生的第一、二阶段就越大，经试验段试掘进后，推进速度控制在20mm/min，每天掘进环数最高控制在8环。

5 信息化监测

5.1 监测点布设

（1）地面沉降监测：铁路股道东西两侧垂直股道方向各设2个监测纵断面，每处站台中部附近设置1个监测横断面，测点间距约10m。

（2）轨枕的监测：每条股道为1条监测轴线，每条轴线上布1个监测断面，埋设监测棱镜，点位间距10m。同时，在轨枕中部埋设垂直位移复查点，定期对监测成果复核。

（3）沪宁城际铁路无站台柱雨棚柱每处测点数量不小2个。

（4）京沪普速铁路站台雨棚柱每处测点数量不小2个。

（5）京沪普速铁路出站口雨棚柱每处测点数量不小于2个。

（6）接触网立柱每处测点数量不小于2个。

（7）监测点位布设与第三方监测单位共用，以便数据对比校核。

5.2 自动化监测系统

鉴于下穿期间，京沪普速及沪宁城际均在运营，本工程采用全站仪自动化监测系统，该系统可自动动计算变形结果，并包括计算结果的超限检查，实现24h自动监测。

图3 全站仪自动化监测系统

图4 固定观测墩设站

图5 已知点设置

图6 普速轨枕监测点

图7 城际轨枕监测点

5.3 监测频率

表4

6 结语

2017年12月底常州市1号线博～常区间左线顺利完成对京沪普速铁路、沪宁城际铁路的第一次穿越。根据监测成果显示盾构下穿期间京沪普速铁路、沪宁城际铁路沉降均在目标控制值范围内，线路运行平稳。通过左线下穿既有铁路线情况总结得出：①采用WSS斜向注浆可实现对既有普速线路的加固，加固过程中需严格控制注浆压力，加强监测；②盾构下穿过程中应通过试验段监测数据对理论计算土压及盾构土压传感器显示值进行校正，总结二者偏差规律，达到通过土压传感器显示值可准确判断地表沉降的效果；③二次跟踪注浆是控制盾尾沉降关键，必须及时跟进，注浆压力需结合监测数据动态控制；④监测点布设应充分考虑站内运营需求，点位位置、布设形式须提前由车站安全、运营部门确认。