盾构隧道下穿铁路群路基保护与分析

王剑

北京市政路桥股份有限公司工程总承包二部 北京市丰台区 100073

摘要：盾构隧道下穿铁路群较大，为保护铁路安全，采用袖阀管注浆和旋喷桩加固的综合措施。建立了盾构隧道下穿铁路群三维有限元分析模型，对比分析了不加固和加固两种工况下铁路沉降特点。研究得出，不加固时铁路路基沉降量超过变形控制标准，采取加固措施后，沉降满足控制要求，铁路路基处于安全状态，袖阀管注浆和旋喷桩加固措施可行；先行施工的右线隧道引起的铁路沉降占沉降总量的 60%以上。

关键词：盾构隧道；铁路群；路基；三维数值分析

中图分类号：TU433文献标识码：A

引言

随着地铁线网的不断加密，地铁不可避免要临近或穿越铁路结构，地铁施工时会引起临近铁路结构受力和位移变化，当铁路结构位移超过允许值时，铁路结构安全性受到影响。

1.施工准备

1.1盾构机选型

从安全施工角度来分析，盾构机选型中很重要的一样因素就是地层渗透系数。按照当前的施工经验来看，当地层的透水系数＜1×10-7cm/s 时，需要选用土压平衡盾构；当 1×10-7cm/s≤地层透水系数≤1×10-4cm/s，可以选用泥水式盾构或者是土压式盾构；当地层的透水系数＞1×10-4cm/s 时，选用泥水盾构。泥水平衡盾构的作用是保证开挖工作面的稳定性，从而保证能够顺利施工。

1.2对后背进行修筑

后背是一种临时结构物，主要承受顶进的水平顶力的反作用力[1]。顶进工作要顺利开展，后背修筑效果是其中一个关键因素，其与顶进的质量息息相关。本项目后背的结构形式为重力式后背，将 50 a 工字钢横梁铺设在墙背前当做桥梁，采用 5M浆砌片石来铺设后背墙并将土层分层夯实在后背墙顶部。

1.3对滑板进行修筑

在框架顶进时滑板有明确的导向作用，且预制框架的底板通常也是采用滑板。首先将 10 cm 的厚碎石铺在坑底，然后再铺筑砼滑板，最后将钢筋网安放在滑板内之后再灌输 C15 砼。需要注意的是滑板的厚度应≥20 cm，将导向支墩设置在滑板两侧，并将地锚梁均匀分布在滑板上，其间隔应保持为 3 m。

2.盾构隧道下穿铁路群路基保护与分析

2.1盾构下穿施工控制措施

左线盾构机与右线盾构机相比大不相同，其中左右线盾构机的不同之处主要表现在以下几方面：①日平均进度分别为 14环与 12 环，也就是分别为 16.25 m 和 14.4 m；②历时时间分别为 102 h 和 125 h；③跨度不同：左线盾构机横穿某铁路框架桥涵、右线盾构机跨越了两侧路肩以及某铁路八股轨道，其影响的范围高达 75.6 m。（1）掘进速度。在下穿某铁路期间，区间左右线开挖卵石层以及粉质黏土的速度保持在（40~45）mm/min，在全断面粉质黏土上其推进速度保持在（45~50）mm/min，其掘进参数会根据地层条件而进行实时调整。而掘进要想匀速进行就必须改良渣土，有效降低开挖土体扰动地层的时间。（2）渣土改良。在刚掘进卵石层时，区间右线刀盘扭矩开始出现波动，频率在 （1600~2400）kN之间，需要注意的是其扭矩会随着卵石层的增大而增大，最大 范 围 可 增 至（2500~3500）kN，推力也高达 1300 t，但掘进的速度会有所降低。为了保持掘进速度，应对泡沫参数及时作出调整，如增大注入的泡沫量，泡沫混合液增大到 50 L/min，减少刀具与卵石之间相互摩擦，达到降低刀盘扭矩，避免速度连续下降以及出土困难等在土仓内出现。

2.2盾构沉降控制措施

为了确保在盾构机穿越铁路期间铁路线的畅通，综合考虑该区间隧道的埋深、地质情况以及铁路线关系，制定本区段施工的指导思想为：“安全、连续、平稳”，并确立“模式正确、土压合理、平稳掘金、保证注浆、避免停机、严密监测、快速反馈”的原则。

2.3铁路股道及铁路箱涵变形控制标

准通常情况下铁路路基沉降变形是导致上方线路不平顺的主要原因，根据以往盾构隧道下穿有砟普铁工程的经验，在线路慢行（盾构施工）期间道岔区的累计沉降量控制在 １ ｍｍ 以内，非道岔区的累计沉降量控制在１０ ｍｍ 以内，沉降变化速率控制在２ ｍｍ／ｄ 以内。根据《铁路线路修理规则》，并参考徐州市轨道交通１ 号线一期工程下穿徐州火车站站场的沉降控制标准，在盾构隧道施工期间，铁路拟进行限速，轨道按照时速小于１２０ ｋｍ／ｈ 的正线和到发线的临时补修标准，确定线路轨道静态几何尺寸容许偏差管理值。 路基沉降及隆起按 １０ ｍｍ 控制。 道岔对沉降与变形控制要求非常高，沉降与变形较大时会影响行车安全，一般情况下尖轨尖端的水平与竖向变形按不大于１ ｍｍ 控制。

2.4 控制路基和框架桥涵不均匀沉降的方法

在某线下穿盾构之前，通常将补偿注浆孔打设在盾构施工所影响的路基下方。将袖阀管提前预埋好，便于在施工尾期为地表补偿注浆，在路基坡脚地面将 7 排间距为 1.2 m 注浆孔设置其中，而注浆的管长大约在 16~30 m，布置形状为梅花形。（1）预加固盾构后再下穿。将注浆管埋在路基段地面上做第一组注浆，而全部注浆管与启动的注浆管比例为设置为 20：1，注浆压力应＜0.3 MPa，此外，应将 8 根袖阀管分别分布在注浆路基的两侧。（2）加固范围。在路基段下方的地层上进行适当加固，并选取（0.3~0.5）MPa 注浆压力，其深度控制在 5 m；而沿铁路方向且分布在桥涵南侧 25 m 长度的范围则是平面注浆加固范围，为了降低铁路受到盾构穿越的影响，应将路基的沉降量控制好。（3）过程中跟踪注浆。在盾构隧道进行施工作业时，从某铁路至掌子面的距离缩短为 80 m 始，到穿越完成盾构隧道为止，监测显示，注浆管在路基沉至 3.6 mm 时便会启用一半，另外，监测结果对注浆管的启动数量还会进一步进行确定。（4）作业及检查标准。通常用压力来衡量每一步注浆作业是否结束，而（0.3~0.5）MPa 便是拟定的注浆终压力。在注浆进程中调整以及控制压力的依据为实时的监测结果。单段注浆压力与需求相符后便会自动停止，转而开始下一段注浆，采用路基监测值作为判断整体注浆作业结束的依据，当不再沉降且变形相对稳定后便会停止作业。

2.5施工监测

在下穿盾构的进程中选取两种不同的监测系统，分别为Leica TS50 坐标和静力水准自动化沉降监测系统，设置的监测断面、路基桥涵监测点、轨道检测点、静力水准点以及接触网支柱监测点的数量分别是9处、14处、24处、20处、5处。另外，根据相关规范要求，将沉降以及水平的位移量控制在 6 mm。在主要影响区域，左右线下穿进程中其平均的沉降量分别为-0.66 mm和-0.71 mm、沉降累积最大值分别为-0.82 mm 和-0.80 mm，其平均沉降值远＜6 mm。在下穿该铁路时，-0.12 mm/d 是其最大的平均日变化量、-0.46 mm 是监测点的平均沉降量、-0.82 mm是最大的累计沉降量，在水平位移变化量上，X 与 Y 方向累计最大偏移量分别为 0.37 mm 和 0.55 mm，平均偏移量分别是0.11 mm 和 0.16 mm，均未超出控制值。

结束语

要想有效把控沉降量，确保掘进施工平稳且连续，便应对盾构掘进参数进行合理选择。而对盾构后沉降控制起到关键作用的是与当地地层相适应的同步注浆浆液以及充足的注浆量两方面。另外，在某地区的卵石地层和粉质黏土施工中，想要做到与铁路沉降量相符，应依靠盾构自身的施工工艺来完成盾构下穿铁路施工作业。

参考文献：

［1］胥光泽.地铁盾构下穿成灌高铁施工技术分析［J］.太原城市职业技术学院学报，2018（7）：147-149.

［2］梁玉钊.地铁盾构下穿既有铁路施工控制技术探讨［J］.现代城市轨道交通，2018（6）：33-36.

［3］钱王苹，漆泰岳，乐弋舟，等.盾构隧道下穿高速铁路的安全因素分析及应用［J］.铁道科学与工程学报，2017，14（11）：2282-2289.