常凌飛

（遼寧省水資源管理集團有限責任公司，遼寧 沈陽 110003）

1 工程概況

遼寧省重點輸水供水二期工程新民市供水線路，供水管線在遼寧省新民市境內與沈山下行線相交于K70+014處，交角為90°。新建穿越鐵路供水管線防護涵孔徑為1～2.0 m，涵管采用鐵路頂進加強型鋼筋混凝土圓管，接口形式為鋼承口，管節(jié)級別為TJ12，預控頂力為7640 kN，防護涵共23節(jié)圓管，內徑2.0 m，壁厚0.2 m，每節(jié)長2.5 m，全長57.5 m。

防護涵與沈山下行線相交處鐵路里成為K70+014，涵位處沈山鐵路為雙線，線間距為4.2 m，曲線，沈山上行線R=5 000，沈山下行線 R=6 000。60 kg/m無縫線路，Ⅱ型混凝土軌枕，電氣化鐵路。

2 關鍵盾構施工技術

工程采用TP2000頂管機，TP2000頂管機由頂管機及主推裝置兩大部分組成。

2.1 主要施工參數確定

1）掘進模式選擇

根據鐵路區(qū)域的工程地質條件，采用土壓平衡模式進行掘進。

2）土壓力設定

在穿越鐵路過程中，始終保證土倉壓力與作業(yè)面水土壓力的動態(tài)平衡，土倉壓力根據覆土性質、厚度確定，并結合出土量、地表沉降情況適時調整，以刀盤前方不產生隆起為土倉壓力設定原則。理論計算公式：

式中：P——平衡壓力；γ——土體的平均重度；h——涵管埋深；K0——土壓力的側向系數，視覆土性質和厚度而定，一般在0.5～0.7之間；K——修正系數1.1～1.3。

盾構在掘進過程中據此取得平衡壓力的設定值，在工程實施過程中，根據實際情況并同出土量進行有機結合，土壓力設定值可作適當調整。

土壓力設定為 0.12～0.24 MPa，結合地質條件，下穿期間，土壓力設定值進行逐環(huán)交底，根據監(jiān)測數據及時的動態(tài)調整。

3）出土量控制

盾構下穿鐵路時嚴格控制出土量，避免出土量過大造成地層損失，引起地面塌陷，軌道沉降過大。盾構刀盤直徑2.0 m，涵管寬度3.0 m，

每環(huán)理論出土量：

式中：D——盾構外徑，m；L——管長度，m。

根據以往其他區(qū)間下穿鐵路的成功經驗，粉質粘土松散系數經驗值1.2，盾構出土量應該控制在 9.42×1.2=11.304 m3以內，實際施工過程中，松散系數應進行現場實驗求得準確值，計算出準確的出土量?，F場安排值班人員每天對出土量進行統(tǒng)計，按照出土渣斗體積進行現場量測，在渣斗上標記出土量控制線，嚴禁出土超線，確保不出現超挖現象。

4）掘進速度

正常掘進速度宜控制在25～40 mm/min，根據施工具體情況進行調整，確保過鐵路過程中盾構推進勻速穩(wěn)定，避免速度頻繁變化。

5）盾構總推力

推進時推力控制在1 160 t以內，左線（上線）推進時推力控制在1 160 t以內。

6）盾構扭矩與刀盤轉速

推進時刀盤扭矩2 200 kN·m以內、刀盤轉速1.5 r/min左右。

2.2 施工參數控制

嚴格控制施工參數，減少對土體的擾動，穩(wěn)定各項施工參數，保證盾構掘進的連續(xù)性，盡量減少盾構推進中的擠壓作用和同步注漿作用等施工因素對周圍土體的影響。

同步注漿時必須要做到“掘進、注漿同步，不注漿、不掘進”，在同步注漿壓力和注漿量方面進行雙控，做到適時、足量，具體注漿參數還需通過地面沉降信息反饋來確定。

控制好盾構軸線與盾構糾偏幅度，避免軸線控制引起的超挖現象。單環(huán)軸線糾偏幅度控制在+5 mm之內，盾構機操作人員嚴格執(zhí)行指令，謹慎操作，對初始出現的小偏差及時糾正，盡量避免盾構機走“蛇”形，減少對地層的擾動，并為涵管拼裝創(chuàng)造良好的條件。

2.3 同步注漿與二次注漿

1）同步注漿

同步注漿直接影響地面沉降控制效果，是地面沉降控制的根本。計算空隙量為2.74 m3，考慮盾構施工地層中以粉土、粉質粘土、粉砂為主的滲透系數較大，取較高系數，實際注漿量取值為理論方量的200%～250%，即5.48～6.85 m3/環(huán)，注漿壓力宜控制在0.3～0.4 MPa。注漿量的最終確定要視注漿壓力、涵管穩(wěn)定情況以及地面沉降情況而定，在此地段掘進加強地面沉降隆起監(jiān)測，及時分析數據，調整盾構機掘進參數和注漿壓力。

根據盾構施工經驗，同步注漿擬采用下表所示的漿液配比，在施工中，根據地層條件、地下水情況及周邊環(huán)境等，通過現場試驗優(yōu)化確定。同步注漿漿液的主要物理力學性能應滿足下列指標，見表1。

表1 同步注漿材料配比

膠凝時間：一般為3～10 h，根據地層條件和掘進速度，通過現場試驗加入促凝劑及變更配比來調整膠凝時間。

固結體強度：P1d≥0.2 MPa，P28d≥3 MPa。

漿液結石率大于95%，即固結收縮率小于5%。

漿液稠度：10～11 cm，對每三環(huán)的漿液稠度用稠度檢測儀進行檢測，保證符合要求。

漿液穩(wěn)定性：傾析率（靜置沉淀后上浮水體積與總體積之比）小于5%。

計量以人工計量為主，同步注漿系統(tǒng)為輔的辦法予以控制，安排專人進行同步注漿量和漿液拌合質量的監(jiān)督工作，并做好計量記錄備查。

2）二次注漿

根據地面沉降監(jiān)測情況，當涵管脫出5環(huán)后及時組織二次注漿，二次注漿是控制地面后期沉降的主要技術措施，二次注漿通過二次注漿泵將水泥漿和水玻璃通過涵管上預留的注漿孔注入涵管與周圍土體之間，二次注漿采用壓力控制，壓力控制在0.4～0.6 MPa之間，二次注漿根據監(jiān)測情況多次進行。

下穿既有鐵路時，當日變化量小于1.2 mm時，沉降地段注漿以單液漿為主。當日變化量在1.2～1.4 mm時，先注入單液漿，后注入雙液漿，以雙液漿為主。當日變化量大于1.4 mm時，立即停止掘進，進入搶險階段。

注漿材料采用超細水泥漿或雙液漿，漿液配比及其相關參數指標如下：

水泥漿配合比（kg）：膨潤土∶粉煤灰∶黃沙∶水∶水泥＝100∶400∶680∶430∶160 。

雙液漿漿液配比：水泥漿水灰比（重量比）：1∶1；注入時漿液與水玻璃體積比為：水泥漿∶水玻璃=1∶1。漿液凝結時間3 min，3 d抗壓強度7.8 MPa，7 d抗壓強度11.2 MPa，28 d抗壓強度13.3 MPa。漿液種類及配比可根據穿越實際地層及現場試驗情況進行相應調整，見表2。

表2 二次注漿材料及配比表m3

3）補償注漿

根據地面沉降檢測反饋，及時對沉降明顯地段進行補償注漿，補償注漿位置選取在沉降位置附近，由兩側開始向中間補充注入。注漿壓力控制在0.6 MPa之內。補償注漿遵循“及時、少量多次”的原則，以地面沉降檢測情況為指導，保證持續(xù)對沉降進行控制，注漿壓力逐步提升，先低后高、平穩(wěn)注入。

3 盾構姿態(tài)控制

控制好盾構推進軸線，盾構機前后端和設計軸線偏差控制在30 mm以內，并嚴格控制盾構姿態(tài)，避免盾構機頻繁或大幅度調整姿態(tài)。在盾構進入鐵路范圍前將盾構姿態(tài)調整到最佳狀態(tài)，進入施工范圍后嚴格按照設計軸線推進。同時加強盾構機姿態(tài)的人工復核，確保盾構機推進軸線和設計軸線的偏差在設計允許范圍內。在鐵路下糾偏坡度控制在±1‰之內，平面偏差15 mm內，一次糾偏量不超過5 mm。

現場對盾尾間隙每環(huán)進行測量，尤其是要控制不能使一側的間隙過小。防止尾刷與涵管碰撞導致盾尾密封、鉸接密封損壞及涵管變形。

1）盾構下部管內內支架加固

臨時內支撐系統(tǒng)采用預應力鋼支架，保護范圍為在上方盾構機掌子面前方30 m、后方80～90 m范圍內，隨著上洞盾構機的掘進，下洞鋼支架必須提供持續(xù)支撐。鋼支架應保證足夠的剛度，避免涵管變形過大。

2）涵管背后深孔注漿

為了增強涵管間土體的抗壓、抗剪能力，對上下洞間的所夾土體進行注漿加固，施工安全及后期的運營安全。施做深孔注漿，具體做法為：利用涵管預留的注漿孔（涵管標準塊、相鄰塊各預留3個預留注漿孔，C塊預留一個注漿孔，共16個注漿孔），內插L=1.8 m的注漿管，進行背后注漿，以提高土體的強度。

注漿管采用φ32 mm鋼花管，用無縫鋼管加工制作，長1.8 m。注漿時，將注漿管振動插入孔內至管壁外側1.5 m處，注漿管深入地層中，通過注漿管對上下洞間所夾土體進行注漿。

30漿液采用超細水泥漿液，水泥漿配合比（kg）：膨潤土∶粉煤灰∶黃沙∶水∶水泥＝100∶400∶680∶430∶160 。注漿壓力為0.4～1.2 MPa，每孔注漿量不小于1.8 m3，水泥為42.5級普通硅酸鹽水泥，加固范圍為每環(huán)均進行，要求加固后的土體無側限抗壓強度不小于0.4 MPa。

4 結語

以遼寧省重點輸水二期工程新民市供水線路穿越沈山下行線K70+014為例，針對盾構穿越無縫雙線線路方法，采用土壓力平衡法穿越既有線路。通過優(yōu)化盾構施工參數，確保了既有線路安全運營，減少了施工安全風險，取得了明顯的經濟和社會效益。為復雜地質條件下穿越既有線的施工提供了參考，具有較好地推廣價值。