汪小軍

摘? ? 要? 土壓平衡盾構(gòu)隧道在淤泥質(zhì)地層穿越既有鐵路施工過程中，為確保既有線運(yùn)行的安全，需針對(duì)既有線路基實(shí)際采取技術(shù)保護(hù)措施。通過對(duì)某市地鐵2號(hào)線出入段線土壓平衡盾構(gòu)穿越既有鐵路的技術(shù)研究，工程實(shí)踐證明，進(jìn)行鐵路路基加固，施工過程中對(duì)各類參數(shù)有效的控制，對(duì)這類軟土層采取盾構(gòu)法穿越既有鐵路施工是可行的，也為今后更多較為復(fù)雜的地下穿越既有線路的施工提供了參考。

關(guān)鍵詞：淤泥質(zhì)地層;土壓平衡盾構(gòu)機(jī);既有鐵路; 沉降控制

1? 引言

伴隨城市軌道交通的迅猛發(fā)展，盾構(gòu)法軌道交通隧道規(guī)模不斷擴(kuò)大，下穿既有鐵路的軌道線路也越來越多。盾構(gòu)法穿越既有鐵路已的成功案例已經(jīng)較多，為了保證既有線安全運(yùn)行，對(duì)于盾構(gòu)隧道施工引起地表沉降的規(guī)律進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。提前對(duì)盾構(gòu)穿越處路基采取攪拌樁、旋噴樁圍護(hù)和注漿加固，施工時(shí)適當(dāng)控制盾構(gòu)推進(jìn)的參數(shù)，有效地控制變形、保證安全，盡可能減少施工對(duì)地層的擾動(dòng)。

2? 工程概況及地質(zhì)條件

2.1? 工程概況

某市地鐵2號(hào)線朝陽站至車輛段的地下盾構(gòu)區(qū)間，線路出朝陽站后，南行依次穿過通惠路、既有線鐵路、農(nóng)田以及南門江支流，經(jīng)由一小半徑曲線到達(dá)出入段線明挖段。本盾構(gòu)段盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)，自朝陽站南端頭盾構(gòu)井始發(fā)，沿出段線到達(dá)明挖段盾構(gòu)井后進(jìn)行端頭井調(diào)頭，再?gòu)拿魍诙味祟^井二次裝機(jī)始發(fā)，沿入段線到達(dá)始發(fā)井后解體吊出。

2.2? 地質(zhì)情況

本盾構(gòu)段屬海陸交互相沉積平原區(qū)，地勢(shì)較為平緩，未發(fā)現(xiàn)不良地質(zhì)作用。盾構(gòu)上部覆土及穿越地層自上而下主要為：①1雜填土，①3粉質(zhì)粘土（耕植土），②1砂質(zhì)粉土，②2砂質(zhì)粉土，③2砂質(zhì)粉土，④1淤泥質(zhì)粘土，④2淤泥質(zhì)粉粘土，⑤1粉質(zhì)粘土，⑤2粉質(zhì)粘土夾粉土地層，⑦1粉質(zhì)粘土，⑦2粘土;其中④1、④2淤泥質(zhì)軟土層是本盾構(gòu)段主要穿越地層，其具有高靈敏性、觸變性、大孔隙比、高壓縮性、高蠕變性等較差工程特性。

既有線鐵路下盾構(gòu)埋深7.4m～13.2m，該段覆土一次為①1雜填土，①3粉質(zhì)粘土（耕植土），②1砂質(zhì)粉土，②2砂質(zhì)粉土，④1淤泥質(zhì)粘土，盾構(gòu)穿越地層主要為④2層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，下伏土層依次為⑤2粉質(zhì)粘土夾粉土地層，⑦1粉質(zhì)粘土，⑦2粘土。

2.3? 下穿既有線鐵路地段現(xiàn)狀

既有線鐵路位于朝陽站南，鐵路路基南北坡腳盾構(gòu)縱向距離26m，軌道至坡腳高差約4.8m。本次盾構(gòu)下穿既有線鐵路前，對(duì)相應(yīng)地段已采用高壓旋噴樁和靜壓劈裂注漿技術(shù)對(duì)地基加固。鐵路加固范圍擴(kuò)至鐵路坡腳外5.2m，加固縱向長(zhǎng)度約36m。

3? 穿越鐵路的施工風(fēng)險(xiǎn)分析

3.1? 施工難點(diǎn)及風(fēng)險(xiǎn)分析

盾構(gòu)穿越既有線過程中，如何保證不影響既有線鐵路的安全運(yùn)營(yíng)，是本盾構(gòu)隧道施工的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

（1）土壓平衡盾構(gòu)下穿鐵路時(shí)，盾構(gòu)機(jī)僅始發(fā)掘進(jìn)約80m，設(shè)置為本盾構(gòu)段試掘進(jìn)階段，各方面處于磨合期。

（2）既有線鐵路路基坡頂高出坡腳約4.8m，掘進(jìn)參數(shù)選取不合適和調(diào)整不及時(shí)將會(huì)對(duì)路基隆沉產(chǎn)生極不利影響。

（3）盾構(gòu)機(jī)刀盤直徑比盾體外殼大30mm（超挖30mm），因此施工中刀盤與盾尾之間地面將會(huì)產(chǎn)生不可避免的沉降，盾構(gòu)掘進(jìn)施工中若有停留，沉降將會(huì)更加嚴(yán)重。

（4）既有線鐵路地基加固工程已提前實(shí)施，但在淤泥質(zhì)地層中路基加固效果是否達(dá)到預(yù)期要求，也是本次掘進(jìn)通過既有線鐵路的關(guān)鍵因素。

3.2? 應(yīng)對(duì)技術(shù)措施

（1）仔細(xì)研究分析盾構(gòu)試掘進(jìn)前80m的掘進(jìn)數(shù)據(jù)，使下穿既有線鐵路時(shí)勻速連續(xù)，減少糾偏，控制盾構(gòu)姿態(tài)，減少超挖量，從而減小土體擾動(dòng)。

（2）加強(qiáng)出土量和同步控制，同時(shí)根據(jù)地面監(jiān)測(cè)情況選擇是否進(jìn)行二次注漿及跟蹤補(bǔ)注漿，以減小地面隆沉。

（3）施工前進(jìn)行路基加固施工過程監(jiān)控和效果核實(shí)，確定其是否產(chǎn)生障礙物和加固質(zhì)量，用于指導(dǎo)下穿施工。

（4）成立監(jiān)測(cè)組織機(jī)構(gòu)，加強(qiáng)施工中的監(jiān)測(cè)和安全巡查工作，建立施工過程的動(dòng)態(tài)控制。

（5）就盾構(gòu)掘進(jìn)下穿時(shí)段向業(yè)主等相關(guān)單位進(jìn)行告知，同時(shí)編制相應(yīng)應(yīng)急預(yù)案，確保鐵路安全正常運(yùn)營(yíng)。

4? 土壓平衡盾構(gòu)施工控制技術(shù)

4.1? 施工準(zhǔn)備工作

（1）對(duì)既有線鐵路運(yùn)營(yíng)和地基加固等情況了解，收集相關(guān)資料。

（2）針對(duì)盾構(gòu)下穿既有線鐵路的特殊情況，在出段線試掘進(jìn)階段調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)，減小超挖減少土體擾動(dòng)，同步注漿后再采用雙液漿及時(shí)進(jìn)行跟蹤補(bǔ)充注漿，結(jié)合實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)結(jié)果調(diào)整試驗(yàn)數(shù)據(jù)得到最佳參數(shù)。

（3）在盾構(gòu)機(jī)過鐵路線前25m，再次對(duì)所有施工設(shè)備進(jìn)行檢修，并把維保工作做到位，確保盾構(gòu)機(jī)在過鐵路線時(shí)設(shè)備故障率低，設(shè)備性能完好，能連續(xù)的通過。

（4）施工前，渣土坑所有渣土清空，施工期間，確保滿足盾構(gòu)渣土外運(yùn)的暢通，防止施工期間因土方外運(yùn)受阻停機(jī)帶來施工風(fēng)險(xiǎn)。

（5）提前進(jìn)行鐵路線上及周圍監(jiān)控點(diǎn)的布設(shè)，取得初始值數(shù)據(jù)。

（6）與鐵路和鐵路沿線管線產(chǎn)權(quán)單位開展協(xié)調(diào)工作，做好提前告知。

（7）針對(duì)盾構(gòu)穿越鐵路線可能出現(xiàn)的應(yīng)急情況，準(zhǔn)備充足的應(yīng)急物資，成立盾構(gòu)施工應(yīng)急搶險(xiǎn)隊(duì)伍及地面加固施工隊(duì)，確保工程發(fā)生險(xiǎn)情后能在第一時(shí)間得到搶險(xiǎn)救治，確保鐵路運(yùn)營(yíng)安全。

4.2? 穿越控制措施

根據(jù)盾構(gòu)穿越環(huán)境和盾構(gòu)法施工特點(diǎn)，通過對(duì)掘進(jìn)速度、出土量、土倉(cāng)壓力、同步注漿量等參數(shù)控制，依據(jù)地面監(jiān)測(cè)結(jié)果采取二次注漿及跟蹤補(bǔ)注漿等輔助措施減少地表隆沉，確保盾構(gòu)施工影響范圍內(nèi)既有線鐵路的運(yùn)營(yíng)安全。

盾構(gòu)穿越既有線鐵路時(shí)加強(qiáng)盾構(gòu)姿態(tài)的控制和掘進(jìn)參數(shù)的調(diào)整，包括土倉(cāng)壓力、推進(jìn)速度、總推力、出土量、同步注漿量及壓力等。具體掘進(jìn)措施如下：

（1）嚴(yán)格控制盾構(gòu)正面（靜止）土壓力。

①盾構(gòu)機(jī)上部土壓感應(yīng)器位置地層豎向壓力：

根據(jù)盾構(gòu)機(jī)試掘進(jìn)實(shí)際監(jiān)測(cè)情況，盾構(gòu)掘進(jìn)在計(jì)算土壓下掘進(jìn)時(shí)，地面往往會(huì)產(chǎn)生0.5mm～1.8mm隆起。綜上，我部認(rèn)為0.09 MPa ～0.14 MPa該土壓合適，擬在盾構(gòu)掘進(jìn)過程中采用此計(jì)算土壓。

（2）推進(jìn)速度控制。在穿越既有線鐵路下方時(shí)，保持一個(gè)“均勻、快速”的推進(jìn)理念，有序安排掘進(jìn)各道工序，既要保持穩(wěn)定，又要有一定速度;本段推進(jìn)速度將控制在30mm/min～35mm/min;保證推進(jìn)速度和注漿速度相匹配。

（3）刀盤轉(zhuǎn)速和扭矩。根據(jù)前期類似地層中的掘進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，刀盤轉(zhuǎn)速設(shè)定為0.8rpm，刀盤扭矩為1000kN·m～2000kN·m，總推力控制在8000kN·m～12000kN。

（4）出土量控制。出土量、土倉(cāng)壓力，是影響地面沉降的關(guān)鍵參數(shù)。盾構(gòu)機(jī)的開挖斷面為3.14×3.172=31.55m2，每環(huán)的理論出土量為31.55×1.2=37.86m3;據(jù)前期實(shí)際量測(cè)結(jié)果，所出土松散系數(shù)為1.15左右，因此每環(huán)出土量應(yīng)在44m3左右，實(shí)際按98%出土量控制。

（5）同步注漿壓力和注漿量。嚴(yán)格控制同步注漿量及注漿壓力，并優(yōu)化漿液配比，使?jié){液和易性好，泌水性小，體積收縮率較小?？刂茲{液稠度在11mm～13mm左右，凝結(jié)時(shí)間8h～10h。據(jù)理論計(jì)算管片壁后空隙體積為2.01m3/環(huán)，同步注漿量一般控制在建筑空隙的150%～250%，即每環(huán)同步注漿量為3.01m3～5.02m3。根據(jù)盾構(gòu)機(jī)朝南區(qū)間類似地段掘進(jìn)注漿經(jīng)驗(yàn)，注漿量宜為4m3～4.5 m3，盾尾通過后地面沉降在±3mm內(nèi)。盾構(gòu)通過鐵路線期間，進(jìn)行24小時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)反饋，及時(shí)調(diào)整注漿量。

（6）盾構(gòu)姿態(tài)控制。在盾構(gòu)進(jìn)入5m寬高壓旋噴樁加固區(qū)域前，將盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)調(diào)整至低于設(shè)計(jì)軸線20mm～30mm位置，同時(shí)將盾構(gòu)機(jī)俯仰角設(shè)置在-5°左右，施工時(shí)還要控制糾偏不可過大、過頻，推進(jìn)過程中控制每環(huán)糾偏量累計(jì)不超過5mm（垂直、水平），減少盾構(gòu)掘進(jìn)對(duì)淤泥質(zhì)地層的擾動(dòng)。

加強(qiáng)盾尾間隙的控制，盾尾間隙盡量保持四周均勻，最小處應(yīng)大于15mm;加強(qiáng)管片的選型控制，油缸的行程差不應(yīng)大于25mm。

4.3? 穿越后施工措施和鐵路保護(hù)技術(shù)

（1）二次注漿。管片脫出盾尾4環(huán)后，對(duì)管片后的空隙進(jìn)行二次注漿來填充，注入CS漿液，注漿壓力0.3MPa～0.5MPa;二次注漿采取少量多次原則，即可減小對(duì)土體擾動(dòng)[1]，又能減少地表沉降。二次注漿漿液配比：水泥漿水灰比1：1.5（質(zhì)量比），水玻璃與水按1：4（體積比）比例稀釋，水泥漿與稀釋后的水玻璃體積比=1：1、水玻璃濃度39°Be'，膠凝時(shí)間為30min。

（2）跟蹤補(bǔ)注漿。經(jīng)加固后的地基土仍然可能存在一定靈敏性的特點(diǎn)，經(jīng)掘進(jìn)擾動(dòng)后，即使掘進(jìn)中同步注漿和二次注漿能夠跟進(jìn)，地面還會(huì)持續(xù)產(chǎn)生沉降，因此還需進(jìn)行跟蹤補(bǔ)注漿。為提高注漿質(zhì)量，跟蹤補(bǔ)漿液采用與二次注漿相同的漿液壓注。

5? 監(jiān)測(cè)控制

5.1? 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括常規(guī)地表和鐵路軌面沉降，詳見表1。

為了達(dá)到理想的監(jiān)測(cè)效果，除常規(guī)地表沉降監(jiān)測(cè)外，共布設(shè)20個(gè)軌面沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)和2個(gè)普通路基沉降檢測(cè)點(diǎn)。在軌道面上，從隧道中心向兩側(cè)每隔10 m布設(shè)一個(gè)軌面沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，每條軌道布設(shè)5個(gè)軌面沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，共布設(shè)了20個(gè)軌面沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)[4]。2個(gè)普通路基沉降觀測(cè)點(diǎn)位于鐵路上、下行線中間，并位于出段線和入段線路上。

5.2? 監(jiān)測(cè)頻率

為確保施工安全，在盾構(gòu)機(jī)通過既有線鐵路時(shí)，項(xiàng)目部派專人24h在現(xiàn)場(chǎng)值班。成立過鐵路階段監(jiān)測(cè)組織機(jī)構(gòu)。監(jiān)測(cè)值班人員分為兩班（12h/班），每班三人。常規(guī)地表和軌道面沉降每4h監(jiān)測(cè)一次，24h不間斷監(jiān)測(cè)，并將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)第一時(shí)間反饋給監(jiān)測(cè)組織機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)人和盾構(gòu)操作間。

5.3? 監(jiān)測(cè)方法

本工程按二等監(jiān)測(cè)精度要求進(jìn)行。測(cè)量?jī)x器定期進(jìn)行檢校，每次工作前檢查標(biāo)尺水泡，儀器氣泡，水準(zhǔn)儀i角不得大于15″，測(cè)站高差觀測(cè)中誤差不大于0.2 mm[5]。

測(cè)站的設(shè)置視線長(zhǎng)度不大于30m，任意一測(cè)站上的視距累計(jì)不大于3.0m。

每次監(jiān)控量測(cè)組監(jiān)測(cè)完成后，將監(jiān)測(cè)資料提交監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理分析組進(jìn)行數(shù)據(jù)處理;工程技術(shù)部和項(xiàng)目總工對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)核后，將操作指令下發(fā)給盾構(gòu)施工操作人員執(zhí)行。測(cè)量班每天提供三份監(jiān)測(cè)報(bào)表，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)反饋每個(gè)家測(cè)點(diǎn)當(dāng)前變化量、累計(jì)變化量。

6? 結(jié)束語

通過以上盾構(gòu)施工技術(shù)措施，有效地控制了地表及地面鐵路路基及軌道的隆沉，盾構(gòu)安全順利地穿越了既有線鐵路。在施工完成后，鐵路路基坡腳累計(jì)最大隆起8.4mm、路肩累計(jì)最大沉降為2.5mm、軌面累計(jì)最大沉降為7.2mm、電話桿累計(jì)最大隆起1.2mm，均控制在規(guī)定的允許范圍內(nèi)。

參考文獻(xiàn)：

[1]? 肖廣良.盾構(gòu)在軟土地層穿越既有鐵路施工技術(shù)[J].隧道建設(shè)，2008（6）：324～329.

[2]? 程雄志.地鐵盾構(gòu)下穿高速鐵路情況下的路基加固與軌面控制[J].城市交通破究，2013（2）：89.

[3]? 石舒.盾構(gòu)隧道下穿鐵路工程風(fēng)險(xiǎn)及對(duì)策[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2012（2）：3～5.

[4]? 胡明慶，王金峰，李雙平，王當(dāng)強(qiáng).地鐵盾構(gòu)穿越鐵路專項(xiàng)監(jiān)測(cè)[J].人民長(zhǎng)江，2010（20）：94～96.