王 艷 明

(中鐵一局集團第二工程有限公司，遼寧 沈陽 110000)

1 工程概況

沈陽市運河水系綜合治理工程(新開河?xùn)|段)截污工程四標段，工程起點為崇山東路北側(cè)盾構(gòu)接收井YA33(YK8+001.42)，工程終點為聯(lián)合路西側(cè)暗挖豎井YA44(YK10+560.88)，包括截流管道主線、截流管道支線兩部分設(shè)計內(nèi)容，長度2 559.46 m，管道直徑5.4 m。主線盾構(gòu)下穿京哈下行線、車輛段入段線、機務(wù)段牽出線、車輛段出段線、京哈上行線、動車所入段線、京哈高速線左線、京哈高速線右線、動車所出段線等9條鐵路股道，均為有砟軌道，除車輛段出入線外均為電氣化鐵路。盾構(gòu)隧道與鐵路路基相對位置如圖1所示，盾構(gòu)區(qū)間穿越鐵路路基情況如表1所示。

表1 盾構(gòu)區(qū)間穿越鐵路情況統(tǒng)計表

2 水文地質(zhì)條件

本地區(qū)場地砂類土及碎石類土中賦存第四系孔隙潛水，初見水位埋深8.40 m～24.40 m，相應(yīng)標高為18.73 m～35.16 m；穩(wěn)定水位埋深為8.50 m～24.50 m，相應(yīng)標高為18.83 m～35.26 m。地下水位年變化幅度約為1 m～2 m。該地區(qū)地下水主要以大氣降水、河流地下滲入為補給來源，排水方式為地下徑流和人工開采。地下水沿含水層向下游徑流運移，即地下水流向總的方向是由東向西。但由于受人工開采地下水的影響，局部地下水流向會有所變化。

3 盾構(gòu)下穿鐵路路基加固措施

盾構(gòu)下穿既有高速鐵路時，要保證下穿施工過程中高鐵的高速、高平順性、高安全性的要求，常用的方法有控制盾構(gòu)施工速度，優(yōu)化盾構(gòu)參數(shù)，并采用扣軌加固、注漿加固等加固處理[1]。馬相峰等[2]應(yīng)用FLAC 3D對D梁加固和管棚加固兩種股道加固方法盡心分析，得出盾構(gòu)下穿多股鐵路路基變形優(yōu)化方案。程雄志[3]依托蘇州某盾構(gòu)隧道下穿高速鐵路工程，分析了采用樁板結(jié)構(gòu)和路基注漿組合加固的方法，驗證了組合加固方法對減小沉降的作用。柴元四[4]基于相似比理論建立室內(nèi)盾構(gòu)開挖下穿鐵路路基模型試驗，得出盾構(gòu)開挖導(dǎo)致既有線路沉降變形呈近似線性，若增加埋深，既有路基沉降速度及沉降量將大幅降低。蔡小培等[5]建立軌道—路基—土體有限元模型，分析盾構(gòu)開挖過程中高速鐵路軌道變形特征，并基于所建立的動力學(xué)模型探討盾構(gòu)下穿施工對列車運行的影響規(guī)律。

針對主線盾構(gòu)下穿京哈線等9股鐵路路基的施工情況，采用地面注漿與D型施工便梁加固相結(jié)合的方法，對鐵路路基進行加固，保證盾構(gòu)下穿過程中鐵路路基的正常安全運行。

首先采取對鐵路路基地面進行注漿加固：

1)對京哈下行線、機務(wù)段牽出線、京哈上行線、動車所入段線、京哈高速線左線、京哈高速線右線、動車所出段線等7條鐵路采用注漿措施對鐵路股道下方進行加固處理，沿管線橫向注漿范圍涵蓋盾構(gòu)主要影響區(qū)域(盾構(gòu)穿越范圍基底向上1∶1放坡至地面)，注漿豎向深度范圍為地表下3 m至盾構(gòu)頂結(jié)束，加固立面如圖2所示。

2)注漿施工需在鐵路軌道、接觸網(wǎng)桿等關(guān)鍵位置的監(jiān)控量測點布設(shè)完畢且采集完初始值后方可進行。

3)注漿采用深孔注漿方式，橫向(順軌道方向)孔距根據(jù)實測軌枕距離確定，且可適當(dāng)調(diào)整，縱向位于軌道之間的孔位應(yīng)避開軌枕，孔距為隔一根軌枕注漿一次。

4)注漿初始理論值定為：漿充填影響半徑0.5 m，注漿速度30 L/min～50 L/min，注漿壓力(終壓值)為注漿處靜水壓力加上0.8 MPa～1.5 MPa，注漿段在最大設(shè)計壓力下，注入率不大于1 L/min后，繼續(xù)灌注30 min，可結(jié)束注漿。實際注漿參數(shù)根據(jù)現(xiàn)場試驗為準。

5)路基注漿時，針對每一條鐵路股道，在股道兩側(cè)及中間均布置一處注漿孔，每個注漿孔打設(shè)2根注漿管，即每股道打設(shè)6根注漿管。

注漿孔平面布置如圖3所示。

同時，用D24型施工便梁加固措施的鐵路為京哈下行線、車輛段入段線、機務(wù)段牽出線、車輛段出段線、京哈上行線、動車所入段線、動車所出段線7條股道，采用D16型施工便梁加固措施的鐵路股道為京哈高速左線、京哈高速右線2條股道。便梁支點基礎(chǔ)施工時利用鐵路天窗時間，并安設(shè)擋土板保證豎直挖土。便梁各部位不允許侵入鐵路限界。

便梁安裝及截面如圖4～圖6所示。

路基加固及盾構(gòu)施工過程中，應(yīng)對上述9條鐵路采用遠程自動化監(jiān)控系統(tǒng)，根據(jù)實時監(jiān)測情況，分別制定幾何線位調(diào)整措施以及沉降變形補償措施。同時，施工過程中，應(yīng)積極與鐵路相關(guān)部門保持溝通，匯報工程進展情況。并根據(jù)掘進情況，對盾構(gòu)刀盤前后各20 m的縱向范圍內(nèi)的行車股道采取通過列車限速45 km/h的措施。

盾構(gòu)施工過程中，對周邊土層影響程度受控因素太多，應(yīng)在掘進過程中設(shè)置50 m～100 m試驗段。在穿越鐵路過程中，施工參數(shù)(如土倉壓力、推進速度、總推力、出土量、刀盤轉(zhuǎn)速、注漿量和注漿壓力等)按試驗段取得的最佳參數(shù)進行施工。

4 數(shù)值模型的建立

應(yīng)用Midas GTS NX有限元分析軟件，建立盾構(gòu)施工下穿鐵路路基有限元模型，為反映盾構(gòu)開挖過程鐵軌變形，確保計算結(jié)果準確，模型長40 m，高20 m。土層采用修正摩爾—庫侖模型，結(jié)構(gòu)選用線彈性模型，有限元計算中土體力學(xué)性質(zhì)如表2所示。C50混凝土彈性模量取3.45×104MPa，鋼彈性模量取210 GPa，容重78.5 kN/m3。進行有限元模擬時，對周圍土體施加約束，并在模型計算前施加自重荷載。模型整體如圖7所示。

表2 土體力學(xué)指標

通過有限元數(shù)值計算，得出D型梁與地面注漿組合加固下盾構(gòu)下穿鐵路路基變形，與未加固情況下的路基變形進行對比，如圖8所示。未進行加固處理時，路基最大沉降值為17.4 mm；采用D型梁與地面注漿結(jié)合的加固方式后，路基最大沉降值減小到3.82 mm。未加固時，路基中間沉降最大，整體呈“U”型槽沉降；加固后，路基整體變形減小，整體變形趨于直線，并滿足沉降小于4 mm的工程要求。兩種情況下，模型整體變形趨勢如圖9，圖10所示。加固后，上方土體自穩(wěn)性提高，土體沉降槽影響區(qū)擴大，整體沉降減小。D型梁結(jié)合地面注漿加固方法下盾構(gòu)穿越鐵路路基，能夠保證施工過程列車運營安全。

5 結(jié)論與建議

1)盾構(gòu)施工過程中，應(yīng)保證盾片脫離盾尾后的同步注漿，防止地面變形過大而危及周圍環(huán)境安全，同時作為管片外防水和結(jié)構(gòu)加強層以及減少隧道的蛇形擺動，當(dāng)發(fā)現(xiàn)同步注漿不足處，應(yīng)進行二次補注漿。

2)盾構(gòu)施工過程對周圍土體及既有建構(gòu)筑物影響較大，在盾構(gòu)掘進過程中，應(yīng)對土倉壓力、推進速度、注漿量、注漿壓力等因素進行充分考慮及優(yōu)化；嚴格控制盾構(gòu)掘進過程的線性控制及姿態(tài)控制，每環(huán)的姿態(tài)調(diào)整控制在±5 mm范圍內(nèi)，以避免對土體的超挖和擾動。

3)盾構(gòu)施工穿越鐵路路基時，應(yīng)對鐵路路基及下方土體進行加固處理。應(yīng)用地面注漿結(jié)合D型梁組合加固的方法，可以有效控制盾構(gòu)施工下穿鐵路路基時路基變形，保證施工過程鐵路車輛正常運行。

4)盾構(gòu)掘進施工中，因開挖產(chǎn)生的土體損失會導(dǎo)致地表沉降出現(xiàn)“U”型槽。加固過程中，應(yīng)盡量避免或減少地表不均勻沉降，避免盾構(gòu)下穿鐵路路基影響列車正常運行。

5)盾構(gòu)施工過程中，應(yīng)采取信息反饋的施工方法對盾構(gòu)推進進行質(zhì)量控制，盾構(gòu)穿越區(qū)域地面縱向軸線位置布設(shè)沉降觀測點(在構(gòu)筑物等控制沉降要求較嚴的影響區(qū)域內(nèi)布設(shè)橫斷面)。然后在盾構(gòu)推進過程中進行跟蹤沉降觀測，并將所測沉降數(shù)據(jù)及時反饋。

盾構(gòu)下穿鐵路路基施工中，應(yīng)根據(jù)不同的地質(zhì)條件及施工環(huán)境，選擇合適的路基加固方法以及盾構(gòu)掘進方式，為施工過程中鐵路正常運行提供保障。同時，施工中應(yīng)做好監(jiān)測工作，及時調(diào)整和優(yōu)化施工方案，保證施工的安全性。