地铁盾构隧道下穿既有铁路变形控制研究

2018-05-14杨罡

山西建筑 2018年10期

杨罡

(中铁第一勘察设计院集团有限公司，陕西西安 710043)

0 引言

随着我国城市化进程推进，地铁工程的建设在如火如荼地进行。地铁穿越既有建筑、构筑物、桥梁、既有地铁线的安全施工技术研究一直是轨道交通建设中的重要课题[1,2]，国内外专家学者对这些课题展开研究并取得一系列成果[3,4]。而盾构区间隧道下穿铁路具有施工难度大、沉降控制标准高、不可预见风险因素多、工程事故造成损失大等特点，是一项高风险建设工程。本文以某地铁盾构区间下穿既有铁路为工程背景，对施工变形控制措施以及风险预控措施展开研究，期望能为类似工程提供技术支撑。

1 工程概况

某地铁区间右线全长661.221 m，左线全长661.540 m。左右线均采用盾构法施工。盾构在车站端头始发后，以R=2 000 m的右转弯(左线进洞后约61 m，右线进洞后约43 m)斜下穿既有铁路，与铁路交角约为137°，铁路与区间隧道最小垂直距离为11.98 m。某铁路下方土层主要为杂填土、黄土状土、粉质黏土及中砂，水位埋深约17 m，盾构在此区域埋深约12 m，主要穿越黄土状土层、粉质黏土层和中砂层。

2 盾构下穿铁路主要施工技术措施

2.1 施工准备

2.1.1盾构准备

在穿越铁路影响范围前，对盾构设备进行检查维护。盾构刀盘在始发前均为全新安装，确保从始发到穿越铁路期间不进行刀盘更换。检查关键配件储备情况，对易损件等提前储备，避免下穿期间停机。

2.1.2技术准备

正确合理的总体方案筹划是保证铁路及工程安全的基础。盾构施工是一种工厂化的标准机械化工法，受地质条件、设备配置及现有盾构施工工艺的限制，要完全满足超越现有盾构本身能够完成的沉降控制标准，必须进行相应的其他补充方案。

制定专项施工方案、应急预案并组织专家论证，包括在施工过程主要掘进参数的制定、注浆材料及注浆工艺、盾构始发及到达专项方案、洞门加固及检查方案、始发场地布置、设备物资材料计划、设备维修保养方案等，审批后进行交底。

2.1.3对铁路进行扣轨加固

严格按照设计方案对铁路进行扣轨加固。

2.1.4人员准备

盾构下穿既有铁路是施工重难点工程，属于Ⅱ级风险源，为保证盾构顺利通过铁路，必须组织有经验的施工管理人员进行技术、管理以及现场施工。盾构施工队伍进场后进行专门的教育学习，针对现场的实际情况以及可能发生危险进行详细的说明，并依据施工方案进行专项交底。

2.2 变形控制措施

为了确保在盾构机顺利下穿既有铁路，综合研究该区间工况、轨道埋深、工程地质条件以及与铁路空间关系，制定本盾构下穿铁路专项施工方案，保证盾构隧道安全、顺畅地掘进。并采取如下措施：

1)试验段掘进。

在盾构始发进行掘进管理和现场试验，通过试验段的掘进及时总结、摸索、掌握盾构掘进参数对沉降量的影响，以便为盾构下穿铁路时提供技术支撑。

2)严格控制掘进速度。

盾构隧道穿越铁路地段隧道穿越洞身范围为黄土状土层、粉质粘土层、中砂层，为保证下穿铁路施工的安全，穿越期间的推进速度控制在20 mm/min～30 mm/min，预计日均进尺12 m～15 m，保持连续均衡的掘进。

3)严格进行土压管理。

a.控制土仓压力，保持土压平衡，减小对土体扰动。

b.注浆压力与水土压力平衡。

4)严格进行方向控制。

调整好盾构机的姿态，避免蛇行，根据曲线半径的大小曲线段左转弯环和标准环的搭配比例为1∶2，施工时着重加强对推进轴线的控制。

5)严格控制盾尾同步注浆。

在盾构掘进过程中，要及时进行管片背后注浆，浆液配比由施工单位根据现场试验情况调整。下穿段要求初凝时间3 h，1 d强度达到0.6 MPa～0.8 MPa，浆液配比经试验室试验确定。穿越铁路段为严格控制沉降，注浆量取环形间隙理论体积的1.5倍～1.8倍，并确保盾尾密封良好。

6)洞内环箍注浆。

盾构施工采取洞内加固措施。在隧道内钻孔并埋设注浆管，洞内进行高压注浆，使隧道基础土颗粒间孔隙被填充，土体得到加固。使掘进后期沉降得到有效控制。

在轨道沉降值预警的情况下，确保沉降量在规范要求内，在盾构洞内管片新增注浆孔并进行同步环箍注浆，见图1。

浆液选用HSC水泥水玻璃双液浆，结合不同地层调整，保证扩散半径不小于0.5 m。

盾构推进过后相邻2环作为一环箍，每6环进行一次环箍注浆，根据盾构机的形式，施作空间在距刀盘13环处进行环箍注浆。

3 监控量测措施

3.1 监测目的

盾构下穿既有铁路的过程中加强监测，并及时向施工、设计、建设方反馈监测信息，使各方快速调整、优化施工方法，确保工程和铁路行车安全。

3.2 监测项目

1)监测对象。

主要监测对象有：下穿段盾构区间以及下穿范围内的地表、轨道及洞内监测。

2)监测项目。

本项目主要监测项目：轨道沉降及水平位移、地表沉降、隧道隆沉及水平位移、管片围岩接触压力和混凝土应力。

3)盾构穿越铁路的施工监测措施。

a.盾构下穿铁路前，与铁路局沟通并签订安全协议，制定安全应急预案，施工时每天进行地面监测并及时报送铁路相关部门。

b.盾构掘进前，在轨道范围内布设各种监测点，并获取初始数据。

c.对轨道所处的地质情况和轨道施工资料进行收集和研究，为轨道的保护提供正确的依据。

d.在铁路两侧埋设沉降观测点，在盾构通过该段时，加密监测频率。根据监测结果及时调整掘进施工参数。

e.在穿越该轨道的过程中，项目部将安排骨干技术人员现场值班，尤其是加强盾构操作手和地面监测的技术力量。

f.地面与铁路轨道沉降监测;盾构施工过程由于对土体产生扰动，地表会出现沉降。为了对盾构施工过程中的地表及轨道的变形沉降，在地表沿隧道掘进方向每4 m设一个监测断面，每个断面上布设8个观测点，对于轨面的监测，在每根轨道上沿轨道每3 m设一个观测点，每条轨道上以隧道中线为中点共设9个观测点。测点用红油漆标记，统一编号。