盾构法隧道下穿既有铁路施工难点分析

郑斌

摘 要：在全面加强城市化建设发展的过程中，地铁交通起着重要的作用。为了更好地建设城市地铁，在地铁隧道下穿既有铁路时采用盾构法施工，是地铁施工中的重点和难点，风险较大。因此，就盾构法隧道下穿既有铁路施工难点进行分析，尽可能减少地铁建设过程中对城市建筑物的干扰，降低城市地铁建设中存在的风险。

关键词：盾构法;隧道下穿;铁路施工

随着城市化发展越来越快，地铁对于城市发展起到了至关重要的作用，为了避免地铁在建设过程中对城市建筑物造成影响，就需要更加科学地建设地铁线路，由于地铁在建设中的难度极大，需要考虑到各种因素，为了不影响现有建筑物的安全，在施工过程中采用盾构法隧道下穿铁路施工技术，对下穿既有铁路施工具有十分重要的意义。

1 工程案例

本次工程案例选取S市地铁5号线施工站，该条地铁线路总长25.24 km， 使用盾构法隧道施工技术，在沿线建设的过程中需要经过下穿既有铁路，为确保S市地铁5号线在某地铁车站附近的盾构顺利进行，从而保证城市铁路的运行安全。通过采纳各种不同的意见，在盾构法隧道下穿既有铁路施工中，确保地表下沉量不超过5 mm， 道床沉降小于30 mm。

2 盾构法隧道下穿既有铁路施工中存在的问题

2.1 常见的技术性问题

在盾构法隧道下穿既有铁路的土方挖掘过程中，盾构排土量对盾构开挖掌子面的稳定性会造成非常大的正面压力，为了保证并控制地表发生变形，就需要对排土量进行控制，通过一定的条件，将螺旋输送机的转速进行调整，有利于使盾构排量在盾构千斤顶的推进中实现互相协调，因此在盾构中，对于排土量和压力差的比例关系，是由被动破坏和主动破坏界限之间的开挖决定的。在对盾构机的掘进速度和地质强度进行分析后，再结合以往的盾构施工经验，在对盾构法隧道下穿既有铁路的掘进过程中，需要控制好盾构掘进速度，严格稳定好土仓压力，可以最大限度地减少对周围基地等建筑物下沉的影响。

2.2 壁厚注浆施工中的问题

在盾构施工过程中，盾构隧道管片外径小于盾构机的外径，所以在盾构隧道施工中，会形成140 mm的建筑空隙（以6 280 mm盾构机为例，管片外径为6 000 mm），从而可能会造成盾构隧道与地面出现沉降等一系列问题，为了控制地面沉降对注浆的选择性，就需要对注浆的相关参数进行调整。在同步注浆中，运用同步注浆系统，有利于盾尾实现同步注浆，当盾构机工作时，管片衬砌脱出盾尾的生产间隙中会及时灌注注浆，以实现及时填充，可以很好地避免出现围岩松弛的情况，在这个过程中，将千斤顶上的推力快速传递到围岩上，实现对过轨施工地表沉降的控制。另外，在进行二次或者三次补注浆时，可以选取初次注浆的30%，并将压力控制在0.5 MPa， 通过对实时数据的监测并按照实际工程情况明确补注浆的次数，防止壁后注浆施工引起的问题。

3 盾构法引起的地面沉降原理

3.1 隧道开挖破坏了地层稳定性

在地铁隧道盾构施工中，我们要兼顾多个方面的影响因素，盾构施工包含了多个操作环节，在对地层进行开挖的过程中，受外部作用力的影响，隧道外层的物质会随着内部向心力涌入到隧道中，彼此相互挤压移动，对地层的稳定性影响较大。隧道开挖后，地表土体结构会发生改变，特别是在使用盾构法施工中，掉应力的把控是比较严格的，如果应力波动幅度过大，那么随着地层的移动和土体的缺失，地层就会呈现一个不稳定波动。土体被挤入盾尾的空隙中，隧道向外扩充，如果压降量没有达到预期的标准，可能导致盾尾坑道土体失衡，尤其是在水体含量丰富或不稳的地层，更容易出现地面大幅度波动沉降问题。

3.2 土体稳定性降低

盾构施工中涉及的设备比较多，盾构设备的体积比较大，在运行的时候，会对地层产生强烈的振动幅度，使土体结构受到破坏，盾构施工所形成的隧道周围有一层空隙，空隙的存在使得水流流入到了隧道中，在盾构设备持续推进的过程中，大量的水流进入到其中，空气内部的水压力逐渐降低，内部压力的失衡导致地面沉降现象的出现。

4 盾构法隧道下穿既有铁路施工管控

4.1 地质调查

在盾构法隧道施工中，由于具有重要性、变形性以及敏感性，需要采取特别严格的施工措施才能确保下穿施工的成功。根据实际分类，下穿工程的类型可以根据盾构隧道与下穿体之间的平面几何关系分为斜交下穿、部分下穿、小角度斜交下穿、正交下穿、切角下穿以及测下穿等。由于工程地质条件对于下穿方案的影响至关重要，是决定下穿施工措施以及后续运营条件的重要因素，因此在进行下穿工程施工中，做好对应的土壤情况调查，对于施工方案的选取具有十分重要的作用。

4.2 风险控制

由于地铁盾构隧道的施工会引起相邻既有线结构产生附加内力以及变形，所以为了确保地铁列车能够正常安全的行驶，就需要做好既有线的保护措施，通过减少形变，能够很好地保证既有线的安全运营。除此之外，为了加强地铁隧道内附加变形的要求，在盾构的施工过程中，会加大施工难度，隧道开挖可采用上方沉降比下方沉降的浮隆大的方式，因为上方围岩受力情况比较复杂，因此在剪切区域不利于围岩的稳定性，但是在既有铁路的下穿问题上，能够实现铁路工程的风险控制，保障施工顺利进行。

4.3 注浆控制

为了避免出现地表沉降的情况，需要做好土仓压力的控制，因为在隧道盾构施工的过程中，沉降是不可避免的，当沉降超过设定的预警值，那么就只能通过对盾构机的掘进速度和出土量进行控制，同时及时进行二次或三次注浆，直至地表沉降稳定。在进行地铁修建时，为了确保盾构隧道地表不會出现变形，在盾构施工开始后，针对地表会呈沉降变化，通过可控制的突沉以及盾尾的沉降，使后期沉降的土体分为固结沉降和次固结沉降。为了确保对土仓压力进行控制，通过对土仓压力的控制，必须控制好盾构机的掘进速度和出土量。在对注浆量的控制上，由于注浆施工属于非常重要的环节，因此需要做好注浆压力和注浆量的同步操作，避免出现注浆量不足的情况，与此同时，做好对盾构推进姿态的控制，严格做到勤纠缓纠，从而确保出土量在合理的范围内。

4.4 管片选型控制

在管片的拼装施工过程中，为了实现盾构掘进施工的进行，因此需要明确管片、盾尾间隙及推进油缸行程三者之间的关系，有利于防止管片间隙过小，导致成型管片出现错台、破损、渗漏等现场，有利于确保盾构机推进、隧道设计轴线及成型管片轴线的偏差范围内的平稳掘进。同时，为了确保盾构机施工前对管片的完整拼装，需要按照先下后上的原则进行管片的拼装，当盾构机的管片拼装完成后，管片拼装时，不应将所有推进油缸进行回收，应按照单块拼装管片范围进行回收推进油缸，有利于避免盾构机出现后退和位移等情况，并及时将相应的螺栓拧紧，确保纵向和横向螺栓都不落下。

5 结语

在盾构法隧道下穿既有铁路施工技术中，通过对盾构过程中的难点进行分析处理，从而保证了盾构推动处于最佳的工作状态，实现了在盾构技术中对周围建筑物的安全保护。不断发展和完善盾构隧道下穿的地铁施工技术，可以使城市地铁的科学施工变得更加合理。

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