重叠隧道盾构施工下穿铁路营业线施工技术研究

祝星星

(1.合肥市包河区住房和城乡建设局,安徽 合肥 230601; 2.合肥市包河区市政工程管理处,安徽 合肥 230601)

0 引言

随着城市的发展地铁线路不断增多,在地铁的施工过程中不可避免对周边的建构筑物产生一定的影响,为此如何在盾构施工时确保周边建构筑物的安全是施工中的重点[1-3]。其中谷志强[4]研究在软弱复合地层中重叠隧道施工所面临的施工风险[5]。张玄等[6]以实际工程研究水砂层条件下盾构穿越高铁运营线相关施工技术要求,提出采用隔离桩+同步注浆加固可降低桩基沉降。王金华等[7]研究发现增加土仓压力和注浆层厚度可以减少桥梁的变形,得出合理的盾构施工参数也可以控制桥梁的变形。本文针对合肥地铁8号线耀远路站—灵璧路站区间隧道上下重叠穿越铁路轨道群工程,针对盾构施工过程中的控制措施、掘进参数以及监测进行分析,相关技术可为今后类似工程提供参考。

1 工程概况

合肥地铁8号线耀远路站—灵璧路站区间隧道上下重叠(先下后上)在右ZK27+406—右ZK27+468.9段由北向南依次穿越电厂专用线、合武绕行线上行线、桃东上行线、桃东下行线、合武绕行线下行线。合武绕行线全长359 km,有砟轨道,设计速度250 km/h,合武绕行线在盾构下穿位置设计速度160 km/h,合武绕行线上行线实际运营速度80 km/h,合武绕行线下行线实际运营速度100 km/h。合肥地铁8号线下穿处合武绕行线为路基形式,线间距5.3 m～5.5 m,有砟轨道。桃东线在盾构下穿位置设计速度 80 km/h,桃东上行线实际运营速度70 km/h,桃东下行线实际运营速度60 km/h。合肥地铁8号线下穿处桃东线为路基形式,下穿里程为桃东上行线K6+663,桃东下行线K8+518。电厂专用线为单线非电气化铁路,有砟轨道。电厂专用线在盾构下穿位置运营速度40 km/h。盾构下穿铁路路基,隧道顶覆土厚度右线为29.320 m～30.539 m(左线为17.984 m～19.203 m)。地铁线路与铁路线路夹角约为85°,左、右线竖向净距5.136 m,区间隧道下穿影响范围内分布1副硬横跨接触网立柱和1座悬臂接触网立柱。接触网立柱均为浅埋独立基础,埋深约3 m,宽约2.7 m。区间隧道与铁路轨道群关系如图1,图2所示。

2 施工风险

根据本工程的地质条件及施工重难点,充分考虑各项不确定性因素,分析本工程可能存在的施工风险及突发紧急情况如下:

1)隧道施工穿越铁路下方时,掌子面土压设置不当,或在盾构掘进过程对土层扰动过大引起普速铁路路基产生不均匀沉降及变形。2)隧道掘进至未探明的富水砂层、软弱夹层等,造成突发性的隧道涌水涌砂事故。3)盾构掘进过程中遇到不明坚硬障碍物影响正常掘进。

3 施工要求及措施

3.1 控制标准

根据以往地铁下穿有砟普铁的经验,地铁区间隧道下穿普速铁路为桃东线和电厂专用线,下穿位置铁路均为有砟道床。根据TG/GW 102—2019普速铁路线路修理规则,确定控制指标如表1所示。

表1 地表、路基、接触网等沉降控制标准

3.2 控制措施

为了降低重叠隧道施工期间对运营的铁路产生不利影响,施工过程中对重叠段隧道进行注浆加固,根据地勘报告及设计要求,重叠段加固土体分别为:黏土层、粉土层、粉砂层、全风化泥质砂岩和强风化泥质砂岩。下洞隧道(灵耀右线)对吊装孔及管片拱部增设的预留注浆孔,在注浆时根据现场实际情况设置一定长度(距离不足者可按实际情况取长度)的注浆管打入地层中,对隧道上方的土体进行注单液水泥浆加固,以提高土体的强度。上洞隧道(灵耀左线)施工时,根据各监测结果汇总分析,对上层隧道和下层隧道的夹层土体进行补强注浆加固。结合现场监测反馈信息及时调整注浆量和注浆压力。注浆管布置图如图3所示。

4 施工管理实施

4.1 掘进参数控制

4.1.1 土仓压力

根据土力学原理,土压力的理论值计算公式见式(1):

P0=PC+PW=K0(γ′H+q)+rwH

(1)

其中,P0为土压力,kPa;PW为水压力,kPa;γ′为土的有效重度,kN/m3;H为盾构掌子面中心处深度,m;q为地面超载,kPa。

对于合肥的硬塑状黏土层而言,渗透性系数小,土仓压力可采用水土合算见式(2):

P0=K0γH

(2)

其中,γ为土的饱和重度,kN/m3。

8号线一期工程耀远路站—灵璧路站区间隧道下穿铁路路基区段隧道左线埋深约17.984 m～19.203 m、右线埋深约29.320 m～30.539 m。室内实验测得全风化泥质砂岩、强风化泥质砂岩、中风化泥质砂岩的静止侧压力系数为0.43,0.28,0.27,盾构上方土质渗透系数较小,可以采用水土合算;根据具体工点的实际土层参数和隧道埋深,理论计算得到相应的土仓压力约为0.13 MPa～0.17 MPa。

4.1.2 控制推进速度

根据现场实验段和涉铁专项文件要求,对盾构穿越过程中的推进速度进行严格的控制。推进速度过快会使得地表沉降的趋势变大。推进过慢会增加盾构穿越过程对高铁桥桩的影响,增加工期的同时还不利于高铁桥正常的运营。因此在盾构掘进中将推进速度控制在2 cm/min～3 cm/min左右,并保持匀速推进,大概4环/d～5环/d。

4.1.3 注浆压力控制

由于本工程上下重叠隧道的施工方式,对注浆压力的控制更精细,当注浆压力过小时,可能会导致地面沉陷。当注浆压力过大时,可能会导致地面出现隆起。因此注浆压力的大小影响着铁路路基的安全。根据本工程实际情况以及计算,左线注浆压力控制在0.18 MPa～0.23 MPa,右线注浆压力控制在0.24 MPa～0.30 MPa。

4.2 监测控制

4.2.1 铁路路基监测

根据设计要求,沿铁路各股道纵向,每股道布置11个路基监测断面,断面间距5 m～15 m,每个监测断面的每股线路布设8个测点,共布设88个测点,点位布设位置如图4所示。

测点布设:铁路路基监测点,清除小范围道砟后,在地表人工开挖,开挖深度和开口直径根据现场地质情况确定,然后放入测点,测点采用φ30 mm,长150 cm 半圆头钢筋制成,测点四周用水泥砂浆填实,管内填充细沙,在钢筋顶部焊接上测量徕卡棱镜,并将棱镜对准仪器方向,直至整个项目监测工作结束后方可将棱镜取下。布点作业需在工务段配合下完成。

4.2.2 轨道变形监测

轨道监测目的在于监测轨道的竖向和水平位移,沿铁路各股道纵向,每股道布置11个轨道监测断面,断面间距 5 m～15 m,每个监测断面布设10个测点,共布设110个测点。具体轨道测点布设如图5,图6所示。

4.2.3 接触网立柱监测

影响区范围内的每根接触网立柱设2处监测点,现场共监测4根接触网立柱,共计布设8个测点。布设在距地面0.5 m和2.0 m处,利用云石胶将棱镜粘贴在立柱侧面。高度、方向可根据现场通视情况做适当调整,如图7所示。

5 结语

结合合肥地铁8号线下穿铁路轨道群工程实例,深入分析地铁盾构隧道重叠下穿铁路路基施工技术,得出以下结论:

1)重叠隧道下穿铁路路基过程中,对重叠隧道中间的夹层土进行洞内注浆加固,提高土体的强度,减低了盾构施工对铁路的正常运营。

2)由于本工程采用“先下后上”的施工顺序,在上隧道施工过程中不仅要对铁路进行监测,还要对已建的下隧道进行监测,结合现场监测数据动态调整盾构掘进时的参数。

3)为确保盾构隧道施工的安全,在施工期间,对涉铁过程中的运营线路进行减速要求,减少列车行驶的动荷载产生的影响。