贵阳地铁下穿既有铁路风险分析与控制

何晓勇，杜碧涛，刘远明，张策，马文荣

（1.中铁开发投资集团有限公司，云南 昆明 650500；2.贵州大学土木工程学院，贵州 贵阳 550025；3.中铁八局集团第三工程有限公司，贵州 贵阳 550001）

新建隧道穿越的既有铁路结构主要有地面铁路路基、地上铁路桥梁和地下铁路隧道3 类情况。现今为止已有不少学者针对这3 类下穿工况采取的措施进行了研究[1-6]。在下穿既有铁路路基方面，西安地铁一号线盾构下穿时陇海铁路时，对下穿段地质薄弱细砂层采用帷幕注浆与加固注浆施工工艺进行路基预加固处理，将陇海铁路线路最大沉降变形控制在了5mm 以内[4]；在穿越既有桥梁桩基方面，济南市双线明挖隧道和双线盾构隧道先后下穿既有铁路桥梁时，吕昌怀等[5]通过数值模拟研究了采用隔离桩和不采用隔离桩两种方案下铁路桥梁的桥墩、桥桩位移变化规律，结果表明隔离桩对变形的控制有显著效果。

贵阳轨道交通3 号线花果园西站-花果园东站区间隧道穿越贵广高铁桥梁和川黔铁路路基两条铁路线，周边环境极其复杂，施工风险较大。通过风险分析，确定风险因素，并采取了合理的施工方案。隧道下穿铁路时采用管棚+小导管预支护为主的施工技术。桥墩位移和路基沉降监控量测值控制在允许范围内。该风险分析方法及采用的施工控制措施可为类似工程提供参考。

1 工程概况

贵阳市轨道交通3 号线一期工程沿南北向纵贯贵阳市主城区，线路全长40.86km，花果园西站～花果园东站（以下简称花花区间）为矿山法施工区间。该区间左、右线均为单洞单线结构，隧道断面为6.52m（宽）×7.17m（高）的马蹄形。

区间隧道于遵义中路西侧YDK29+300～YDK29+365(ZDK29+300～ZDK29+365）里程下穿贵广高铁桥梁和川黔铁路，下穿位置现场地表情况如图1 所示。

图1 下穿铁路段地表情况示意图

2 主要风险辨识与分析

2.1 下穿川黔铁路

区间隧道于YDK29+325～YDK+335 里程下穿川黔铁路。该段铁路为单线普速铁路，时速75km/h，碎石道床，钢筋混凝土轨枕，60kg/m 钢轨，铁路与隧道交叉角度为69°，下穿位置地表情况见图2。该铁路路基底面距离隧顶竖向最小净距约10.3m，对于埋深较浅的下穿工程而言，如果隧道建设时没有采用恰当的施工技术和沉降控制措施，极易使地层和路基产生较大沉降，导致轨道严重变形，致使列车运营时发生脱轨。

图2 下穿铁路段平面位置示意图

2.2 侧穿贵广高铁桥桩

区间隧道在下穿川黔铁路施工段处，也侧穿贵广高速铁路桥28#墩及29#墩下方桩基，该跨为连续梁，跨度60m（计至梁缝）。28#墩桩径为1.5m，桩长8m，桩基距隧道水平最小净距约7.7m；29#墩桩径为1.5m，桩长18m，桩基距隧道水平最小净距约4.0m，隧道与桥桩剖面关系如图3 所示。

图3 隧道侧穿贵广高铁桥桩剖面图

隧道开挖产生的临空面有可能导致围岩土体向隧道内侧移动，致使桥墩产生横向倾斜，运营高速列车动荷载的扰动也会加剧桩基的沉降与倾斜，最终影响桥面平顺性造成不利影响。

2.3 风险分析

该隧道下穿贵广高铁桥和川黔铁路区段具有较高的地质和环境风险，风险评估为一级风险源。

3 施工控制措施

3.1 施工方案

考虑到隧道断面尺寸不大，并且隧道洞身大部分还是位于较为坚硬的岩层中；隧道在整个下穿段仅采用管棚+小导管预支护施工技术。为了降低施工对周边环境的扰动，除部分悬臂掘进机无法施工的位置采用机械冷凿以外，其余均采用悬臂掘进机进行开挖，如图4 所示。

图4 悬臂掘进机

由于隧道断面较小，考虑到掘进机空间作业的便捷性和对围岩扰动程度，区间隧道采用二台阶法施工，上下台阶高度分别为6m 和1.17m。

3.2 控制措施

对于该区间隧道下穿施工如下控制措施：

（1)穿越段采用加强型复合式衬砌，衬砌断面相应的支护参数见表1。

表1 加强型复合式衬砌支护参数表

（2）在左隧拱顶180°范围内、右隧拱顶180°范围内施作φ159 大管棚（内设4 根18mmHRB400 钢筋制成的钢筋笼）+φ42 超前注浆小导管进行预支护，大管棚采用跟管钻进技术进行施工，以防止因管棚钻孔引起的变形。

（3）采用台阶法开挖，上台阶每循环开挖支护进尺不得大于一榀钢架间距；边墙开挖左右错进，进尺不得大于两榀钢架；仰拱开挖前必须完成钢架锁脚锚杆；设置横向临时支撑或临时仰拱。

（4）隧道开挖、初期支护、二次衬砌采取交替进行，逐段推进的施工工序，洞身开挖后及时进行初期支护，挖一榀支一榀且封闭成环，当初期支护达到一个二衬施作长度时，立即停止开挖并封闭掌子面，及时施作二衬。

（5）施工时两隧应错开施工，左隧先行，其掌子面错开5 倍洞径以上且在基础正下方施工时，必须保证二村混凝土达到设计强度的80%后方可进行下一步开挖。

（6）加强对铁路路基的沉降、裂缝开展情况的监测；加强桥面沉降、桥墩沉降、倾斜监测；加强洞内拱顶沉降、水平收敛等监测。若有异常，应暂停施工，立即封闭掌子面，施作洞内临时支撑，限制洞内变形，并通知各方进行处理，确保结构安全。

3.3 控制效果

在桥梁和铁路路基设置监测点进行施工监测。现场监测显示施工过程中桥墩最大沉降位移发生在距离隧道最近的29#桥墩监测点，为-2.38mm，满足《公路与市政工程下穿高速铁路技术规程》[7]3mm 的控制要求。铁路路基最大沉降值发生在隧中心线上方，为-5.55mm，同样满足10mm 的控制要求。

4 结论

对贵阳轨道交通3 号线花果园西站-花果园东站区间隧道穿越贵广高铁桥梁和川黔铁路路基进行风险分析，采用合理的施工方案和控制措施，取得了很好的控制效果。主要结论如下：

（1）贵阳3 号线地铁隧道下穿贵广高铁桥和川黔铁路区段具有较高的地质和环境风险。

（2）隧道断面尺寸不大，洞身大部分位于较为坚硬的岩层中，下穿段采用悬臂掘进机法施工、采用管棚+小导管预支护为主的施工技术是合理的方案。

（3）下穿施工过程中桥墩最大沉降位移发生为-2.38mm；铁路路基最大沉降值发生在隧中心线上方，为-5.55mm；满足沉降控制要求。