王 曉 靖

(杭州地方鐵路開(kāi)發(fā)有限公司，浙江 杭州 310000)

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臨近既有線盾構(gòu)隧道施工技術(shù)及安全影響研究

王 曉 靖

(杭州地方鐵路開(kāi)發(fā)有限公司，浙江 杭州 310000)

以寧波軌道交通3號(hào)線下穿杭深線工程為背景，通過(guò)數(shù)值模擬的方法，對(duì)盾構(gòu)隧道下穿既有鐵路的施工技術(shù)和安全性影響進(jìn)行了分析，研究結(jié)果表明，在盾構(gòu)推進(jìn)期間，將地層損失率控制在0.8%及以下的情況時(shí)，由沉降導(dǎo)致的軌道不平順沒(méi)有超過(guò)限值，施工中可以不采用主動(dòng)加固措施，但需采取其他防護(hù)措施以確保鐵路行車(chē)安全。

盾構(gòu)隧道，鐵路，路基沉降，軌道

城市軌道交通建設(shè)中，常常會(huì)遇到地鐵隧道下穿既有鐵路的情況。對(duì)于既有鐵路，盾構(gòu)隧道下穿施工時(shí)，產(chǎn)生的地層位移會(huì)導(dǎo)致上方鐵路線路的變形，而軌道不平順會(huì)使輪軌間的相互作用力增大，對(duì)鐵路的行車(chē)安全性造成不可忽視的影響。

1 工程概況

1.1 寧波3號(hào)線一期工程概況

寧波市軌道交通3號(hào)線一期由陳婆渡站至甬江北站，線路長(zhǎng)16.83 km。其中，永達(dá)路—兒童樂(lè)園區(qū)間隧道下穿寧波站至寧波東站之間的杭深鐵路，平面交角約84°。

下穿節(jié)點(diǎn)處軌道交通3號(hào)線為盾構(gòu)隧道，處于曲線段，曲線半徑為450 m，與杭深鐵路的交角約為84°；隧道下穿杭深鐵路寧波東站西咽喉區(qū)。隧道頂部埋深約25.0 m，隧道所處土層為⑤2粉質(zhì)粘土層和⑤3粉土層。隧道采用C50鋼筋混凝土預(yù)制管片單層襯砌，錯(cuò)縫拼裝，管片外徑為6.2 m，內(nèi)徑為5.5 m，厚度為0.35 m，抗?jié)B等級(jí)為P12，管片之間及管片環(huán)之間均采用斜螺栓連接。

1.2 既有鐵路概況

杭深鐵路為Ⅰ級(jí)雙線鐵路，正線線間距5.3 m，速度目標(biāo)值140 km/h，下穿范圍內(nèi)采用自動(dòng)閉塞、跨區(qū)間無(wú)縫線路和有砟軌道，地基采用φ500 mm旋噴樁或φ400 mm預(yù)應(yīng)力管樁加固(樁底標(biāo)高約-22.0 m)。

2 設(shè)計(jì)方案

寧波市軌道交通3號(hào)線線路出永達(dá)路站后向北下穿后盛村、機(jī)電物資市場(chǎng)后下穿鐵路，下穿節(jié)點(diǎn)處軌道交通3號(hào)線為盾構(gòu)隧道，處于曲線段，曲線半徑為450 m，隧道頂部埋深約25.0 m。下穿處位于寧波東站的西咽喉區(qū)，將有三組道岔受到盾構(gòu)隧道施工的影響，區(qū)間隧道與鐵路交角為84°，下穿節(jié)點(diǎn)平面圖如圖1所示。下穿范圍內(nèi)鐵路基礎(chǔ)為500 mm旋噴樁和400預(yù)應(yīng)力管樁(樁底標(biāo)高為-22.0 m)。區(qū)間隧道頂部埋深約25.0 m，與鐵路樁底凈距為1.5 m，在土質(zhì)較好的粉質(zhì)粘土層⑥1層和⑥2層中通過(guò)。

考慮到下穿位置處的鐵路情況復(fù)雜，通行動(dòng)車(chē)組的線路對(duì)軌道變形要求較高，且本工程位置處為車(chē)站咽喉區(qū)，道岔密集，最初的設(shè)計(jì)方案中提出在盾構(gòu)下穿實(shí)施之前采取對(duì)鐵路路基進(jìn)行注漿預(yù)加固。

盾構(gòu)通過(guò)前在鐵路及其附屬設(shè)備下采用旋噴及注漿的預(yù)加固措施。首先在鐵路南北兩側(cè)路基坡腳處從地面各打2排φ0.6@0.45 m旋噴樁封堵墻，然后對(duì)鐵路下部土體打入斜向袖閥管道進(jìn)行注漿。注漿加固平面范圍南北向距離鐵路4.2 m，東西向離開(kāi)隧道邊緣12 m，加固范圍為路基墊層10 m以下及盾構(gòu)管片3 m以上約12 m厚的土體。

3 盾構(gòu)隧道施工對(duì)鐵路運(yùn)營(yíng)安全的影響

根據(jù)區(qū)間隧道與杭深鐵路的相對(duì)位置關(guān)系，采用巖土有限元軟件Plaxis 3D建立了下穿杭深鐵路節(jié)點(diǎn)附近約100 m范圍的區(qū)域三維模型進(jìn)行數(shù)值計(jì)算分析。按照最不利工況將列車(chē)荷載施加于結(jié)構(gòu)模型，根據(jù)隧道穿越土層工程性質(zhì)、線路線形和相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)確定隧道開(kāi)挖引起的地層損失率，然后分步開(kāi)挖模擬分析盾構(gòu)施工對(duì)路基變形與上方軌面變形的影響，模型如圖2所示。

整個(gè)隧道施工過(guò)程模擬按照實(shí)際施工順序分步開(kāi)挖，先施工右線隧道，再施工左線隧道，選定開(kāi)挖過(guò)程中具有特征性的8個(gè)工況：工況1：右線隧道掘進(jìn)至本側(cè)路基邊緣；工況2：右線隧道掘進(jìn)至路基中心；工況3：右線隧道掘進(jìn)至對(duì)側(cè)路基邊緣；工況4：右線隧道貫通；工況5：左線隧道掘進(jìn)至本側(cè)路基邊緣；工況6：左線隧道掘進(jìn)至路基中心；工況7：左線隧道掘進(jìn)至對(duì)側(cè)路基邊緣；工況8：左線隧道貫通。

施工模擬時(shí)，考慮到施工過(guò)程中掘進(jìn)面土壓平衡的控制、各項(xiàng)施工參數(shù)的控制、盾構(gòu)姿態(tài)的控制和同步注漿效果等等，均會(huì)對(duì)地層損失率造成影響，分別設(shè)置了0.5%，0.8%和1.0%的地層損失率進(jìn)行分析。

3.1 路基沉降分析

通過(guò)數(shù)值分析，得到不進(jìn)行地基加固時(shí)地層損失率分別為0.5%，0.8%和1.0%時(shí)杭深鐵路路基頂面的沉降分布曲線，分別對(duì)應(yīng)了盾構(gòu)隧道施工質(zhì)量非常好、較好和不好時(shí)對(duì)杭深鐵路路基頂面的影響，其結(jié)果如表1所示。

表1 不同地層損失率下的路基頂面沉降 mm

由三種地層損失率情況下的數(shù)值計(jì)算可知，當(dāng)盾構(gòu)隧道施工質(zhì)量非常好，地層損失率嚴(yán)格控制在理論值左右(0.5%)及當(dāng)隧道施工質(zhì)量較好，地層損失率稍高于理論值時(shí)(0.8%)，路基頂面沉降滿足路基頂面沉降控制要求。當(dāng)隧道施工質(zhì)量不好，地層損失率明顯偏大時(shí)(1.0%)，杭深鐵路路基頂面沉降量不能保證鐵路行車(chē)安全，所以在施工下穿節(jié)點(diǎn)時(shí)，應(yīng)注意避免大幅度糾偏引起的超挖等問(wèn)題。

3.2 軌道高低不平順?lè)治?/p>

本項(xiàng)目下穿節(jié)點(diǎn)位于杭深鐵路寧波東站西咽喉區(qū)，其軌道高低不平順，不應(yīng)超過(guò)5 mm。將不同地層損失率下高低不平順的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行匯總，其高低不平順最大值發(fā)展曲線如圖3所示。

三種地層損失率下，8個(gè)工況中杭深鐵路軌道高低不平順最大值分別為0.17 mm，0.24 mm，0.25 mm，均小于限值5 mm，滿足軌道水平不平順控制要求。

3.3 軌道水平不平順?lè)治?/p>

根據(jù)相關(guān)要求，本項(xiàng)目軌道水平不平順不應(yīng)超過(guò)5 mm。將不同地層損失率下水平不平順的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行匯總，其水平不平順最大值發(fā)展曲線如圖4所示。

三種地層損失率下，8個(gè)工況中杭深鐵路軌道水平不平順最大值分別為0.13 mm，0.22 mm，0.27 mm，均小于限值5 mm，滿足軌道水平不平順控制要求。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上對(duì)本工程施工技術(shù)及安全性影響的分析，結(jié)合類似工程的施工經(jīng)驗(yàn)得出如下結(jié)論：

1)當(dāng)隧道施工引起的地層損失率分別為0.5%(質(zhì)量非常好)，0.8%(質(zhì)量較好)和1.0%(質(zhì)量不好)時(shí)，杭深鐵路路基頂面最大沉降量分別為3.06 mm，4.76 mm和6.07 mm，可見(jiàn)施工質(zhì)量不好時(shí)產(chǎn)生路基頂面沉降不能滿足行車(chē)安全要求，因此必須對(duì)施工質(zhì)量重點(diǎn)控制。盾構(gòu)施工引起的軌道高低不平順?lè)謩e為0.17 mm，0.24 mm和0.25 mm，水平不平順?lè)謩e為0.13 mm，0.22 mm和0.27 mm，滿足杭深鐵路道岔區(qū)軌道幾何狀態(tài)經(jīng)常保養(yǎng)要求。

2)本項(xiàng)目位于寧波地區(qū)，杭深鐵路的樁板復(fù)合地基承載力主要來(lái)自樁周土(主要為粘性土)的側(cè)摩阻力，結(jié)合以往寧波地區(qū)的施工經(jīng)驗(yàn)可知，注漿加固施工可能會(huì)破壞粘性土的結(jié)構(gòu)性，導(dǎo)致鐵路地基承載力降低?？紤]到通過(guò)控制施工質(zhì)量可以將鐵路線路的變形控制在限值內(nèi)，可以不對(duì)此區(qū)域采取主動(dòng)加固措施。但為了保證鐵路運(yùn)營(yíng)安全，應(yīng)在盾構(gòu)穿越鐵路期間加強(qiáng)線路變形監(jiān)測(cè)，并準(zhǔn)備足量的道砟、軌道或便梁，一旦監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)線路沉降過(guò)大，可及時(shí)采取扣軌、架設(shè)臨時(shí)便梁、起道填砟等措施確保鐵路的正常運(yùn)營(yíng)。

3)盾構(gòu)隧道下穿節(jié)點(diǎn)靠近車(chē)站和曲線，下穿前應(yīng)注意盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)的控制，避免下穿過(guò)程中過(guò)大的盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)調(diào)節(jié)引起的超挖和沉降問(wèn)題。同時(shí)，在盾構(gòu)推進(jìn)過(guò)程中應(yīng)及時(shí)、足量的同步注漿及二次注漿，以控制地層損失率，減小施工對(duì)鐵路的影響。

4)考慮到盾構(gòu)施工過(guò)程中的不可預(yù)估因素，為了保證杭深鐵路運(yùn)行的安全性和舒適性，施工期間杭深線列車(chē)運(yùn)行速度措施應(yīng)限制在60 km/h以下，并且上下行隧道分期施工。

5)考慮到軟土地區(qū)沉降發(fā)展較為緩慢，對(duì)杭深鐵路的監(jiān)測(cè)應(yīng)自盾構(gòu)下穿開(kāi)始，至施工結(jié)束后至少一個(gè)月變形穩(wěn)定為止，做好沉降量意外超限后的抬道補(bǔ)砟和扣軌等應(yīng)急預(yù)案。

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On shield tunnel construction technique and safety influence on nearby existing lines

Wang Xiaojing

(Hangzhou Regional Railway Development Co., Ltd, Hangzhou 310000, China)

Taking the undercrossing Hangzhou-Shenzhen Railway project of No.3 Line of Ningbo rail traffic as the example, the paper analyzes the construction technique and safety influence of the shield tunnel’s undercrossing existing railway according to the numeric simulation method, proves by the research result that the ground loss ratio can be controlled less than 0.8% during the shield advance, and the rail irregularity caused by the settlement is within the limited value, indicates the active consolidation measures can not be adopted, but other protection measures can be adopted, so as to ensure the railway traffic safety.

shield tunnel, railway, roadbed settlement, rail

1009-6825(2016)12-0175-03

2016-02-16

王曉靖(1989- )，男，助理工程師

U455

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