駱培明

(杭州地方鐵路開發(fā)有限公司, 浙江杭州 310007)

在地鐵盾構(gòu)穿越既有鐵路施工前,對(duì)既有鐵路路基進(jìn)行注漿加固是常見的地基處理方法。但是,在注漿加固和地鐵盾構(gòu)穿越既有鐵路施工時(shí),必須及時(shí)掌握并嚴(yán)格控制既有鐵路的隆起、沉降和水平移位等變形情況。本文以杭州地鐵1號(hào)線穿越艮山門站鐵路加固工程為例,介紹注漿加固方案和施工注意事項(xiàng),并采用實(shí)時(shí)監(jiān)測的方法指導(dǎo)施工,保證鐵路運(yùn)營安全。

1 注漿加固

1.1 工程概況

杭州地鐵1號(hào)線艮山門站—閘弄口站線路呈東西走向,區(qū)間盾構(gòu)在里程約K18+171～K18+634處穿越鐵路艮山門輔助編組站,穿越長度為463 m左右,穿越股道包括艮山門正線(1～4股道)、動(dòng)車組檢修庫(5～12股道)、到達(dá)場(13～18股道)及貨場(20～21股道)。地鐵穿越處鐵路正線里程為滬昆線K196+925,鐵路與地鐵隧道中心線的交角分別為52°～72°不等；覆土厚度為11～15 m不等,穿越土層為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土。現(xiàn)列車運(yùn)行速度為客車200 km/h,貨車120 km/h,每天運(yùn)行80對(duì),遠(yuǎn)期規(guī)劃為客車250 km/h；1、4道線路外側(cè)有電化桿，各線路之間路基埋設(shè)有鐵路的通訊、信號(hào)、電力電纜等管線。

本區(qū)段內(nèi)地鐵盾構(gòu)隧道管片外徑6.2 m,內(nèi)徑5.5 m,盾構(gòu)機(jī)外徑6.39 m,兩隧道水平中心間距為11.5 m。

1.2 注漿加固方案

根據(jù)地質(zhì)鉆探資料,在盾構(gòu)穿越范圍內(nèi)為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，具有高壓縮性、低強(qiáng)度、弱透水性、高靈敏度等特點(diǎn),易產(chǎn)生流變和觸變現(xiàn)象,工程性質(zhì)很差。在這種地質(zhì)條件和列車振動(dòng)荷載作用下進(jìn)行盾構(gòu)掘進(jìn)施工,處理不好很易造成地層大的下沉甚至塌陷。必須進(jìn)行加固,才能保證盾構(gòu)掘進(jìn)的安全和控制地表的沉降。

根據(jù)各種地基加固方法的優(yōu)缺點(diǎn)和工程實(shí)際情況,本工程采用注漿加固方式。地基加固采取分塊加固方案,即分為主加固區(qū)、旋噴樁加固區(qū)、次加固區(qū)。鐵路兩側(cè)采用二重管高壓旋噴樁加固,樁徑為1.5 m,搭接20 cm；旋噴樁之間為主加固區(qū),采用劈裂注漿加固,注漿加固后的靜力觸探指標(biāo)Ps≥1.0 MPa；正線西面旋噴樁外側(cè)5.2 m、東面旋噴樁外側(cè)3.2 m為次加固區(qū),采用壓密注漿加固,注漿加固后的靜力觸探指標(biāo)Ps≥0.8 MPa。加固區(qū)自地面至④2層頂面至⑥1層底部(如圖1、圖2所示)。

圖1 注漿加固區(qū)域平面(單位：cm)

圖2 注漿加固區(qū)域截面(單位：cm)

1.3 注漿加固施工注意事項(xiàng)

施工前應(yīng)對(duì)施工范圍內(nèi)的地下管線和電纜設(shè)備做一次詳細(xì)的調(diào)查,明確各類管線的位置,同時(shí)與各相關(guān)設(shè)備管理部門簽訂安全協(xié)議,加強(qiáng)設(shè)備和管線的監(jiān)管。施工前制定切實(shí)可行的應(yīng)急預(yù)案,預(yù)備充足的搶險(xiǎn)材料,確保施工期間的線路安全暢通。做好施工組織,優(yōu)化施工方案,力求盡可能減少路基面沉降和隆起,降低對(duì)線路運(yùn)營行車的影響。旋噴樁施工期間,防護(hù)人員加強(qiáng)監(jiān)護(hù)瞭望,防止施工機(jī)具侵入鐵路限界,并隨時(shí)檢查線路狀況,出現(xiàn)異常時(shí)立即采取相應(yīng)應(yīng)急措施。施工區(qū)段必須對(duì)列車進(jìn)行限速,客車限速90 km/h,貨車限速50 km/h,減小行車對(duì)土質(zhì)的擾動(dòng),同時(shí)也確保行車安全。施工人員盡量避免上道作業(yè),確有需要需上道時(shí),應(yīng)指派專門線路防護(hù)人員,確保施工期間的人員安全。

注漿施工時(shí)遵循漿液先稀后稠、壓力先小后大的原則,并隨時(shí)監(jiān)測地表和線路的變形情況,必須將變形控制在允許范圍內(nèi),每次注漿隆起量不得超過2 mm,要特別加強(qiáng)對(duì)鐵路線路軌面幾何尺寸監(jiān)測工作,當(dāng)觀測數(shù)據(jù)超限時(shí),立即停止施工,并進(jìn)行線路養(yǎng)護(hù)作業(yè),確保行車安全。

2 監(jiān)測方案

2.1 監(jiān)測目的

根據(jù)上海地鐵下穿鐵路研究結(jié)論以及施工經(jīng)驗(yàn),針對(duì)兩種工況進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)控測量,其一為注漿加固階段,其二為盾構(gòu)下穿推進(jìn)階段。兩階段的施工必然會(huì)引起鐵路基床的變形,從而影響軌道的平順性,對(duì)鐵路的運(yùn)營安全直接造成影響。施工過程對(duì)附近建筑物、構(gòu)筑物,鐵路兩側(cè)電力、通信等管線也會(huì)帶來一定影響。該處的管線在具體施工過程中比其他工況下的施工更需要嚴(yán)格控制其變形,否則管線毀壞的后果不僅僅是管線本身毀壞,其間接影響鐵路的運(yùn)營甚至不得不停運(yùn)后果更加嚴(yán)重。

為避免以上嚴(yán)重后果的發(fā)生,必須加強(qiáng)施工過程中的監(jiān)控測量,把施工引起的一系列動(dòng)態(tài)變化信息及時(shí)反饋到施工單位,使之能夠在現(xiàn)場及時(shí)調(diào)整施工參數(shù),改進(jìn)施工方法,以避免危及鐵路行車運(yùn)營安全的事故發(fā)生。

2.2 普通部位的沉降和水平位移監(jiān)測

(1)沉降監(jiān)測

根據(jù)現(xiàn)場條件,沉降監(jiān)測點(diǎn)按等級(jí)依次布置基準(zhǔn)點(diǎn)、工作基點(diǎn)、沉降監(jiān)測點(diǎn)。監(jiān)測點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)形成閉合或附合水準(zhǔn)路線,取兩次測定值的平均值作為初始高程值。日常觀測水準(zhǔn)線路符合于工作基點(diǎn)或基準(zhǔn)點(diǎn),觀測時(shí)各項(xiàng)限差宜嚴(yán)格控制。監(jiān)測儀器采用：電子水準(zhǔn)儀。

(2)水平位移監(jiān)測

采用小角度觀測法,如圖3所示,基點(diǎn)1、基點(diǎn)2穩(wěn)定性檢測合格后,用電子全站儀依次測量各點(diǎn)與基準(zhǔn)線的小角度及距離,計(jì)算各點(diǎn)與基準(zhǔn)線的偏差,偏差的變化量即為垂直線路方向的位移量。

圖3 水平位移測點(diǎn)布置方法與測量原理示意

2.3 重點(diǎn)部位沉降觀測

在該工程重點(diǎn)部位(正線股道)采用電水平尺法進(jìn)行沉降觀測。

(1)監(jiān)測系統(tǒng)的組成

沉降自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)由設(shè)在道床上的電水平尺和隨電水平尺就近安裝的CR10數(shù)據(jù)自動(dòng)采集器,以及設(shè)在附近的主控計(jì)算機(jī)組成(如圖4所示)。

圖4 CR10系統(tǒng)構(gòu)造原理

(2)電子水平尺性能與特點(diǎn)

電子水平尺安裝時(shí)緊貼被測對(duì)象(道床),不影響行車；又可以自動(dòng)讀數(shù),因此特別適合在行車時(shí)封閉路段中進(jìn)行連續(xù)的沉降監(jiān)測。

高分辨率：電水平尺能檢測到微小至1″的傾角變化,相當(dāng)于一根1 m梁兩端發(fā)生0.005 mm的高差(位移)變化。

可靠的測量數(shù)據(jù)：當(dāng)電水平尺的長度確定后,其傾角的變化量就可簡單且精確的換算成梁端的(10-2) mm級(jí)位移量,而與結(jié)構(gòu)物本身的剛度無關(guān)。將多個(gè)電水平尺首尾相連,則能計(jì)算出絕對(duì)位移并推斷出沉降斷面。

安裝簡單：電水平尺因其外形設(shè)計(jì)簡單,使得它在很多地方都可以進(jìn)行安裝使用。尺的長度可根據(jù)結(jié)構(gòu)物不同而改變。

簡單且牢固：電水平尺內(nèi)部的電解質(zhì)傾角傳感器無活動(dòng)部件,其絕緣的外殼能保證熱量分布均勻,以避免溫度升高和輻射熱量產(chǎn)生的影響。

遙控測讀：一般情況下,電水平尺可連接到數(shù)據(jù)采集器上測讀,能持續(xù)監(jiān)測沉降變化；若檢測到過大的沉降量則會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)(如圖5所示)。

圖5 電水平尺外形及構(gòu)造

(3)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集

將“尺鏈”上各個(gè)電解質(zhì)傾斜傳感器輸出的信號(hào)均接到一臺(tái)CR10型數(shù)據(jù)自動(dòng)采集器上,并可通過電纜直接從采集器輸送到一臺(tái)計(jì)算機(jī)中,用監(jiān)測軟件完成數(shù)據(jù)的傳輸、整理計(jì)算和實(shí)時(shí)顯示監(jiān)測圖形,一旦采集到的數(shù)據(jù)達(dá)到或超過預(yù)先設(shè)定的“報(bào)警值”,計(jì)算機(jī)就會(huì)以色彩和音響發(fā)出報(bào)警信息。

2.4 報(bào)警指標(biāo)

為了確保盾構(gòu)推進(jìn)的安全性,同時(shí)存在不確定性因素的影響,必須進(jìn)行同步跟進(jìn)實(shí)時(shí)監(jiān)測。本工點(diǎn)為非道岔地段,監(jiān)測報(bào)警值如表1所示。

表1 施工監(jiān)測報(bào)警值

注：線路沉降及方向偏移報(bào)警數(shù)據(jù)根據(jù)《鐵路線路維修規(guī)則》中“線路軌道靜態(tài)幾何尺寸容許偏差管理值”的規(guī)定,按“正線,時(shí)速200≥v>120,臨時(shí)補(bǔ)修”標(biāo)準(zhǔn)編制。

線路加固期間：對(duì)于線路加固期間每次注漿后均須進(jìn)行線路沉降觀測,注漿隆起量按3 mm控制,超過3 mm則立即報(bào)警。

3 監(jiān)測數(shù)據(jù)及分析

3.1 監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

本工程加固施工期間各項(xiàng)目監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)成果如表2所示。

表2 最大日變化量和累計(jì)最大變化量

注：方向偏移負(fù)值為向西方向偏移,正值為向東方向偏移。

3.2 重點(diǎn)部位監(jiān)測數(shù)據(jù)

運(yùn)營正線Ⅱ、Ⅲ道通過電子水平尺觀測的監(jiān)測數(shù)據(jù)如圖6～圖9所示。

圖6 杭州地鐵1號(hào)線穿越艮山門站國鐵加固期間線路代表點(diǎn)沉降時(shí)程(一)

圖7 杭州地鐵1號(hào)線穿越艮山門站國鐵加固期間線路代表點(diǎn)沉降時(shí)程(二)

圖8 杭州地鐵1號(hào)線穿越艮山門站國鐵加固期間線路代表點(diǎn)沉降時(shí)程(三)

圖9 杭州地鐵1號(hào)線穿越艮山門站國鐵加固期間線路代表點(diǎn)沉降時(shí)程(四)

3.3 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

本次鐵路加固工程(包括高壓旋噴樁和注漿施工)對(duì)股道及周邊環(huán)境造成了一定影響。但是采用實(shí)時(shí)監(jiān)控、即時(shí)提供的監(jiān)測數(shù)據(jù),施工單位及時(shí)地調(diào)整控制施工進(jìn)程和施工參數(shù),影響的區(qū)域和程度都能得到有效的控制,在列車減速慢行的情況下,沒有對(duì)鐵路的運(yùn)營安全造成影響。

4 結(jié)束語

注漿加固后,大大提高了路基土體的承載力,滿足了地鐵盾構(gòu)穿越的要求,在注漿加固施工過程中雖對(duì)加固區(qū)域鐵路路基和周邊環(huán)境造成了一定影響,但沒有影響到列車的正常運(yùn)行。通過對(duì)鐵路路基、軌面和周圍建筑物的實(shí)施監(jiān)測,監(jiān)測數(shù)據(jù)為施工提供了有效的服務(wù)和指導(dǎo)作用,保證了鐵路營業(yè)線的安全。

[1] 鐵道部第一勘察設(shè)計(jì)院.鐵路工程地質(zhì)手冊[M].北京：中國鐵道出版社，1998

[2] 邱衛(wèi)寧，等.測量數(shù)據(jù)處理理論與方法[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2008