盾构近距离下穿既有铁路隧道施工关键技术

曹亚奇，欧阳天一，李文龙，周雄威，刘 康

（中建隧道建设有限公司，重庆 401320）

盾构近距离下穿铁路隧道掘进施工中，保证安全、快速下穿和及时、足量注浆，加强监测是安全下穿铁路的关键。施工中必须从设备保障、刀盘刀具适应性、掘进模式、参数控制、出渣控制、姿态控制、管片选型及拼装控制、施工监测和施工管理等方面进行控制。

1 工程概况

南宁市轨道交通4 号线一期工程施工总承包01 标土建1 工区那历村站～那洪立交站区间沿那洪大道自西向东敷设，沿线地势较平缓，地下水位埋深4.9～5.7m。地铁盾构隧道与南环线槎路隧道平面交角约83°，槎路隧道于2002 年竣工，为单洞单线货运隧道，隧道采用“新奥法”施工，初期支护厚度200mm；二衬厚度450mm，隧顶埋深约8m，新建盾构隧道隧顶距离槎路隧道仰拱底左线为2.644m，右线为2.725m，下穿段对应长度为6.7m。槎路隧道列车速度为80km/h，碎石道床厚度0.75m。

盾构隧道管片结构直径为6m，壁厚0.3m，盾构穿越的地层为泥岩及泥质粉砂岩，槎路隧道上部为含粘性土圆砾，下部位于泥岩、泥质粉砂岩层中，下穿段夹层土主要为泥岩，右线局部存在层状泥质粉砂岩层。

2 下穿施工工艺

1）盾构隧道穿越前，进行现状检测，检查隧道内的渗漏水、裂缝等病害情况，并采用地质雷达扫描衬砌背后是否存在空洞，对结构病害进行统计梳理。

2）对影响铁路安全运营的结构病害，提前进行处理，施工前针对疑似空洞位置采用袖阀管注浆的方式在地面对应位置进行注浆加固补强，改善隧道结构受力。

3）重视盾构设备系统参数选择，采用6 辐条+6 小面板复合式刀盘，刀盘开口率不小于35%、增加搅拌棒数量、刀具布置合理（将部分滚刀换为撕裂刀，滚刀刀圈采用合金颗粒刀圈，提高泥岩地层的破岩能力和掘进效率)等，设定合理土压及掘进速度，保证螺旋机排土通畅；配备盾体的水平径向注浆孔，必要时能够在盾构掘进过程中同步注入特制膨润土或克泥效，以及时充填盾构掘进引起的盾体与土体的间隙，减小掘进时的地层损失。

4）下穿前将盾构施工计划与铁路运输部门对接，通过行车调度来实现下穿过程中无列车通过或减少列车通过班次，盾构正穿隧道边线前后8 环（其中左线553～560 环、567～574 环；右线551～558 环、565～572 环）需线路限速45km/h，盾构正穿隧道范围内需进行线路封锁（左线561～566 环、右线565～572 环），线路内加固施工期间均为天窗期，车辆停运。线路加固内容主要包括隧道空洞注浆（地面注浆）、应急道砟放置、自动化监测设备安装。

5）盾构掘进通过下穿段时，拼装增加注浆孔型管片（除封顶快外，其余均增加至3 个注浆孔，即每环设置16 个注浆孔)，对管片注浆孔全环加密的范围（左线560～575 环、右线558～573 环）加强洞内二次注浆，充填管片背后的空隙。每隔2 环在管片11 点、1 点位置开注浆孔注双液浆，直到超出管片注浆孔加密区为止，二次补浆注浆量定为0.6m3，注入压力2.5～3bar。以自动化监测数据为指导合理进行注浆，当自动化监测数据预警时则采取径向打设小导管对管片外地层进行深层注浆加固，重点是地层损失最大的夹层土区域，恢复甚至提高地基承载力。

6）加强盾构管片结构整体刚度，对既有铁路隧道结构下方周边32m 范围内的盾构隧道管片级别进行提升，增强下穿施工影响范围内盾构隧道的结构承载力。本工程中下穿段盾构管片采用强度等级为X4 的增加注浆孔型预制钢筋混凝土管片。

3 下穿施工关键技术

3.1 掘进模式选择

在泥岩、粉砂岩地层中掘进采用气压平衡模式掘进，并做好防漏气措施，根据试验段掘进数据并结合土压力计算，确定合理的土压力参数。盾构掘进及出土过程中维持土仓一半左右的渣土，在刀盘前方及土仓内加入水、泡沫剂、膨润土等改进渣土流塑性的材料，并被刀盘和搅拌棒强制搅拌。在盾构油缸推进过程中伴随着压气设备向土仓内不断加气，产生气压和水土压力以平衡来自开挖面的水土压力。

3.2 掘进参数设定

根据施工段的隧道埋深、地层分布情况及地下水位高度，对下穿地段的理论土压力进行计算，取中线位置（隧道结构上覆土层从上至下依次为砾石填土①1：0～3.5m，含粘性土圆砾⑤2：3.5～12.56m，泥岩⑦1-2：12.56～14.27m，泥岩⑦1-3：14.27～17.7m，泥质粉砂岩⑦2-3：17.7～18.9m，泥岩⑦1-3：18.9～20.0m，地下水位埋深5.1m）处水土压力计算作为盾构掘进顶部土压控制基准。

对于正式下穿段，上覆既有隧道结构替换了土体，因此对垂直土压力修正。

式中K0——静止侧压力系数，取0.29；

r——土体的平均重度，取20kN/m3；

H1——铁路隧道埋深，取8m；

H3——两隧道结构边线的净距，取2.6m；

D——铁路隧道高度，取9.2m；

T——铁路隧道结构的重量，取100kN/m。

根据理论土压力计算结果1.01bar，并考虑正式下穿过程中铁路隧道自身结构的自稳性，下穿施工土压力调整范围设定值取1.05～1.30bar，在施工过程中根据下穿前50 环的试验段掘进参数统计及下穿槎路隧道监测数据，对盾构施工土压力等各项参数进行动态化调整。

3.3 施工技术措施

1）停机检查 盾构正式下穿施工前，在540 环处停机检查，对设备进行彻底的检修，确保下穿期间所有设备包括盾构刀盘、刀具处于完好状态。

2）盾构掘进采用气压平衡模式掘进 做好防漏气措施，保持开挖面稳定。

3）同步注浆和二次注浆 在掘进过程中要及时进行盾尾处的同步注浆外，每隔2 环在管片11点、1 点位置开注浆孔注双液浆，直到超出管片注浆孔加密区为止，二次注浆应根据推进情况及时合理进行。

4）渣土改良 改善渣土的流塑性，使渣土不粘结，提高掘进速度。考虑到隧道结构存在病害，泡沫注入量可以适当减少，发泡率也要降低，以免因气量过大击穿夹层土，破坏原有隧道结构。

5）控制出土量 每环的出土量一般为51～55m3。

6）防渗措施 主要针对盾尾防水，在盾尾漏水部位可将海绵条塞入管片与盾壳间的间隙，或用压注黏稠度较高的盾尾油脂，以起到一定的堵塞作用。及时进行二次补注浆，形成止水环箍。

7）监测工作 监测工作包括铁路隧道内自动化监测（在运营铁路上布设隧道结构竖向位移、水平位移、拱顶竖向位移、拱顶水平位移、轨道竖向位移、轨道几何形位、接触网杆竖向位移监测点等自动化监测项目）和地表的沉降监测。其中自动化监测频率为30min/次。

8）降低震动影响 加强检修维保，保证推进油缸活动顺畅，降低油缸机械振动，下穿过程中注意降低推力、稳定刀盘扭矩，值班工程师必须熟悉盾构掘进的地层和监测数据情况，及时调整掘进参数。

9）加强盾构姿态管控 严格进行姿态控制，确保推进姿态平顺，减少管片错台。通过对测量数值的分析计算适时纠偏，及时调整盾构千斤顶的组合。

10）备存应急道砟 在铁路隧道避险区内备存袋装道砟，若施工过程中发现轨面沉降超限，则采用调整道砟厚度的方法及时调整轨道高程，以符合铁路线路的标准。

4 结语

2019 年3 月25 日和4 月24 日，左右线盾构分别成功下穿南环槎路隧道。盾构近距离安全下穿既有铁路隧道，使铁路隧道结构最大竖向沉降量控制在4.85mm 以内，盾构施工全过程无预警，各项监控量测参数均满足沉降控制标准及要求，结构安全可靠。文章总结了地铁盾构隧道近距离下穿既有铁路隧道的施工关键技术，实际应用中效果显著，可为类似下穿工程提供借鉴参考。