馬 文

(中鐵隧道勘測設(shè)計(jì)院有限公司，天津 300133)

1 工程簡介

新開路站—紅星路站區(qū)間在左線DK13+840、右線DK13+842.6處(區(qū)間中部)下穿京山鐵路三線。據(jù)調(diào)查得知，此線路為單線，該線全部為貨車，白天一小時2趟，晚間一小時4趟。在華昌大街與京山三線的交叉口的東北和西南兩角分別有一座一層磚房，屬鐵路局所有。東北角一側(cè)的磚房與新紅區(qū)間左線結(jié)構(gòu)凈距14 m左右，西南角一側(cè)的磚房與新紅區(qū)間右線結(jié)構(gòu)凈距2 m左右。新紅區(qū)間盾構(gòu)隧道穿越京山三線鐵路平面簡圖及下穿鐵路橫剖面圖分別見圖1，圖2。

圖1 地鐵平面簡圖（單位：m）

圖2 地鐵橫剖面圖（單位：m）

2 地質(zhì)情況

2.1 工程地質(zhì)

新開路站—紅星路站區(qū)間所處地段屬沖積平原，地形較平坦，地面高程1.5 m～4.02 m。各層具體分布詳見地質(zhì)縱斷面圖，其巖性特征描述見表1。

表1 地質(zhì)縱斷面分布表

區(qū)間上面有淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，呈透鏡狀遍布，規(guī)律性較差。盾構(gòu)掘進(jìn)主要在④1粉質(zhì)粘土、④2層粉土、⑤1層粉質(zhì)粘土、⑥1層粉質(zhì)粘土、⑥2層粉土、⑥3層粉砂之中。具有明顯上軟下硬特征，上部易塌，下部⑥2層粉土、⑥3層粉砂中地下水豐富，水壓較大。

2.2 水文地質(zhì)

經(jīng)現(xiàn)場抽水試驗(yàn)和室內(nèi)滲透試驗(yàn)并參考地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)取水樣試驗(yàn)分析，潛水對混凝土結(jié)構(gòu)具硫酸鹽及侵蝕性CO2弱腐蝕性，對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具中等腐蝕。

3 施工階段分析

3.1 理論計(jì)算分析

列車荷載按相應(yīng)規(guī)范取值，并考慮列車荷載的動力系數(shù)及橫向搖擺力的影響。在不采取任何加固措施的情況下理論計(jì)算的結(jié)果如下:

隧道模擬計(jì)算模型采用平面應(yīng)變模型，計(jì)算范圍上取至地面，下取至地面下30 m處，橫向各取至距兩洞邊線30 m，橫向共80.85 m。計(jì)算采用MIDS/GTS程序進(jìn)行模擬計(jì)算分析。施工模擬計(jì)算先施工左線隧道，左線隧道襯砌環(huán)施工完以后再施工右線隧道。計(jì)算中，采用平面實(shí)體單元模擬地層，采用梁單元模擬襯砌環(huán)。結(jié)構(gòu)計(jì)算模型和單元劃分分別如圖3所示。模型共2142個單元，2216個節(jié)點(diǎn)。

圖3 結(jié)構(gòu)計(jì)算模型及單元劃分

計(jì)算結(jié)果:

地表沉降:左線隧道開挖后最大地表沉降為10.3 mm，管片施工完后最大地表沉降為7.76 mm，發(fā)生在左線拱頂上方地面。由于左線隧道的影響，右線隧道施工引起的位移場與左線隧道施工引起的位移場疊加，最大地表沉降位置發(fā)生在左、右線隧道之間，開挖后最大地表沉降為10.36 mm，管片施工完后最大地表沉降為7.83 mm。

沉陷槽寬度:左線隧道施工完沉降槽寬度為20 m，右線隧道施工完沉降槽寬度為38 m。由此可知，鐵路受影響的范圍:距區(qū)間右線中心線20 m和距區(qū)間左線中心線10 m范圍內(nèi)，總長度約45 m。

在盾構(gòu)區(qū)間方向，采取以上保護(hù)措施的范圍可取與國鐵交叉點(diǎn)前后各20 m。

3.2 施工時應(yīng)注意事項(xiàng)

1)盾構(gòu)穿越前需對該段地質(zhì)進(jìn)行詳細(xì)勘探，防止推進(jìn)過程中意外情況發(fā)生，同時確保穿越過程中盾構(gòu)設(shè)備無故障。

2)盾構(gòu)施工要求:

a.根據(jù)前期盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)控制與地層位移的關(guān)系，確定合理的土壓力設(shè)定值、排土率及掘進(jìn)速度等。盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)控制:嚴(yán)格控制盾構(gòu)的軸線和糾偏量，在鐵路下糾偏坡度控制在±1‰之內(nèi)，平面偏差15 mm內(nèi)，一次糾偏量不超過5 mm。根據(jù)查明的地質(zhì)情況，針對土層的變化設(shè)定合理的土壓倉壓力，在盾構(gòu)下穿鐵路前調(diào)整好。推進(jìn)速度控制在1.0 cm/min～1.5 cm/min;螺旋輸送機(jī)的轉(zhuǎn)速保持在8 r/min～12 r/min范圍，排土量為理論值37.9的98%，即37.1 m3/環(huán);上下行線施工時，土壓力設(shè)定值為0.18 MPa。

b.減少盾構(gòu)的超挖和欠挖，以改善盾構(gòu)前方土體的坍落或擠密現(xiàn)象，降低地基土橫向變形施加于路基的橫向力。盾構(gòu)掘進(jìn)速度應(yīng)與地表控制的隆陷值、進(jìn)出土量、正面土壓平衡調(diào)整值及同步注漿等相協(xié)調(diào)，如停歇時間較長時，必須及時封閉正面土體。

c.配合地面量測，及時進(jìn)行壁后注漿和二次注漿。

同步注漿液采用惰性漿液，并根據(jù)盾構(gòu)推進(jìn)速度控制注漿量，實(shí)際注漿量采用理論值的200%～250%，即3.3 m3～4.1 m3。在確保壓漿質(zhì)量的前提下，方能進(jìn)行下一環(huán)的推進(jìn)施工。

二次壓漿在管片出盾尾5環(huán)后進(jìn)行，采用水泥漿摻粉煤灰，注漿壓力和注漿量雙控。施工中對壓漿位置、壓入量、壓力值做詳細(xì)記錄，并根據(jù)地層變形監(jiān)測信息及時調(diào)整。

3.3 使用階段分析

計(jì)算采用彈性地基圓環(huán)法，考慮列車荷載及管片接頭對內(nèi)力的影響。該方法假定襯砌環(huán)支撐在彈性地基上，作用在隧道頂部的垂直荷載為地面超載和水土壓力。作用在隧道水平的荷載包括水平梯形土壓力和三角形抗力。根據(jù)圍巖所處地層的水文地質(zhì)、滲透性、荷載確定采用水土分算法。

結(jié)構(gòu)厚度350 mm，C50混凝土，覆土取15 m，取最不利水位地下3.1 m計(jì)算。

截面最大正彎矩在拱頂，M=178.000 ×1.2=213.6 kN·m，N=767.124 ×1.2=920.549 kN，管片內(nèi)側(cè)按 0.2 mm 裂縫控制時，每環(huán)內(nèi)側(cè)配筋8φ20+2φ25。

截面最大負(fù)彎矩在側(cè)拱中部，M=146.920 ×1.2=176.304 kN·m，N=1053.584 ×1.2=1264.301 kN，管片外側(cè)按0.15 mm 裂縫控制時，每環(huán)外側(cè)配筋8φ20+2φ16(見圖4)。

圖4 彎矩、軸力圖（單位：kN·m，kN）

4 監(jiān)控量測分析

盾構(gòu)施工期間需加強(qiáng)對國鐵鐵路沉降、隆起的監(jiān)測，根據(jù)地表沉降及地層內(nèi)部變形情況，加強(qiáng)監(jiān)測，調(diào)整監(jiān)測頻率，調(diào)整盾構(gòu)機(jī)施工參數(shù)，及時進(jìn)行洞內(nèi)同步注漿、補(bǔ)充注漿。盾構(gòu)通過此段時做到勻速、小進(jìn)尺、有步驟的推進(jìn)，并用監(jiān)控量測的數(shù)據(jù)指導(dǎo)施工(見表2)。

表2 國鐵線路主要監(jiān)測項(xiàng)目表

監(jiān)控量測頻率根據(jù)實(shí)際情況確定，必要時進(jìn)行跟蹤監(jiān)測。監(jiān)測結(jié)果及時反饋給施工人員。

盾構(gòu)機(jī)穿越影響段隧道后，且觀測值穩(wěn)定一周后可逐漸減少監(jiān)測頻率至停止。

具體監(jiān)測方案需與鐵路部門配合，確認(rèn)項(xiàng)目是否齊全，以及具體項(xiàng)目的實(shí)施如何操作進(jìn)行。

根據(jù)鐵路運(yùn)營及地鐵施工工程經(jīng)驗(yàn)、鐵道部《鐵路線路維修規(guī)則》等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，穿越國鐵地段，施工引起的地面沉降要求控制在±10 mm以內(nèi)，同時以此限值的70%作為監(jiān)測報(bào)警值。

5 施工應(yīng)急預(yù)案

1)監(jiān)測信息化。

加強(qiáng)工程監(jiān)測、監(jiān)控，實(shí)行信息化施工。一旦監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)預(yù)警值，立即報(bào)告應(yīng)急處理領(lǐng)導(dǎo)小組，同時監(jiān)測、監(jiān)控小組按程序增加監(jiān)測頻率和監(jiān)測點(diǎn)。

2)配備足夠的搶險(xiǎn)機(jī)動設(shè)備、材料。

a.加固施工期間，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，并隨時檢查線路狀況，出現(xiàn)異常時立即采取相應(yīng)措施;b.盾構(gòu)隧道下穿線路時在線路兩側(cè)預(yù)先堆放道碴(按道床頂面寬3.4 m，碴肩堆高0.15 m，厚度 0.07 m，共需約 10 m3)，以備線路沉落后起、撥道所需;c.隧道外地層補(bǔ)償注漿:深孔鉆機(jī)、雙液及單液注漿設(shè)備各一套，20 m3注漿材料。

6 結(jié)語

由上可知，在采取以上保護(hù)措施之后，地表沉降滿足線路的沉降要求將不成問題，也能滿足東北和西南兩角的磚房的沉降要求。

［1］GB 50157-2003，地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［2］施仲衡.地下鐵道設(shè)計(jì)與施工［M］.西安：陜西科學(xué)技術(shù)出版社，2006.