蔡興瑞

摘 要：在城市軌道交通設(shè)計與施工中，由于國鐵自身的重要性和嚴格的安全保護標(biāo)準(zhǔn)，地鐵盾構(gòu)隧道下穿國鐵為眾多項目的關(guān)鍵性難點，尤其是國鐵道岔的保護標(biāo)準(zhǔn)更為嚴苛。本文對無錫地鐵3號線下穿京滬普速鐵及滬寧城際鐵路安全性進行分析，同時對盾構(gòu)施工下穿鐵路保護措施進行論述。

關(guān)鍵詞：鐵路;盾構(gòu)隧道;沉降;措施

1 工程概況

無錫地鐵3號線一期工程三院站～無錫火車站盾構(gòu)區(qū)間從國鐵無錫火車站西側(cè)穿越滬寧城際鐵路與京滬普速鐵路。穿越區(qū)間的總長度為170 m，采用土壓平衡盾構(gòu)施工。區(qū)間穿越滬寧城際鐵路7股軌道（2股正線、5股到發(fā)線），線路與城際鐵路夾角約40°，穿越京滬普速鐵2股正線、2股到發(fā)線、1股牽出線和1股整機待備線。區(qū)間下穿25#道岔水平距離約10 m，交角約60°，如圖1所示。

地鐵區(qū)間線間距為13 m～16 m，線路縱坡為27.252‰～28.755‰。盾構(gòu)隧道位于③2粉質(zhì)粘土、④2砂質(zhì)粉土、⑥1粘土層中，區(qū)間穿越京滬普鐵段隧道頂埋深約15.5 m，穿越滬寧城際段隧道頂埋深約12.9 m。

2 工程重難點分析

根據(jù)《高速鐵路設(shè)計規(guī)范》（TB 10621-2014）及《高速鐵路無砟軌道線路維修規(guī)則（試行）》（TG/GW 115-2012），無砟軌道對沉降變形要求高，尤其對不均勻沉降的要求很嚴格?？紤]到滬寧城際鐵路已運營，路基已發(fā)生部分沉降，本區(qū)間盾構(gòu)施工期需嚴格控制鐵路路基沉降。根據(jù)以往鄰近鐵路工程的經(jīng)驗，地鐵施工期間對滬寧城際正線鐵路影響按軌道路基沉降變形量不大于1 mm考慮。滬寧城際鐵路到發(fā)線采用寬軌枕軌道結(jié)構(gòu)，軌道路基最大沉降按不大于8 mm考慮。京滬普速鐵路為有碴軌道，最大沉降不大于10 mm[1，2]。鐵路正線軌道幾何靜態(tài)不平順采用υmax>160 km/h經(jīng)常保養(yǎng)的標(biāo)準(zhǔn)，即10 m弦長范圍內(nèi)軌道高差不大于5 mm。到發(fā)線鐵路軌道不平順采用υmax≤120 km/h經(jīng)常保養(yǎng)的標(biāo)準(zhǔn)，即10 m弦長范圍內(nèi)軌道高差不大于6 mm[3，4]。道岔一旦沉降和變形過大易影響行車安全，道岔尖軌對沉降和變形要求非常高，本次設(shè)計地鐵施工期間對道岔尖軌的沉降變形控制按不超過1 mm考慮[5]。

同時區(qū)間部分穿越砂層，地質(zhì)條件較差，城際鐵路部分股道位于加固范圍外，沉降控制難度較大。鐵路站場內(nèi)股道密集，加固施工條件差，需合理確定施工方案。

3 地鐵施工對鐵路安全影響分析與評價

3.1 盾構(gòu)隧道穿越滬寧城際鐵路影響分析

滬寧城際鐵路建設(shè)時已對道床下方采取鉆孔灌注樁與鋼筋混凝土板進行加固，以預(yù)留地鐵3號線區(qū)間穿越通道。

采用有限元計算軟件Midas-GTS建立三維模型，單線隧道開挖分為6 m一段，分8個工況施工完成，開挖下一階段土體時在前一階段施加盾構(gòu)管片，開挖掉的土體應(yīng)力分三級進行釋放，見圖2。

計算結(jié)果顯示，左線隧道頂最大沉降5.460 mm，隧道底最大隆起為9.408 mm;右線隧道最大沉降5.073 mm，隧道底最大隆起為8.989 mm?；炷龄摻罨炷涟遄畲蟪两导s0.83 mm，混凝土鋼筋混凝土板外側(cè)到發(fā)線7道附近地面最大沉降約4 mm，均可滿足保護要求。

3.2 盾構(gòu)隧道穿越京滬普速鐵路影響分析

模型總體設(shè)置時，模型東西長72 m，南北長78 m，向下延伸23 m，管片采用shell單元模擬，每個開挖循環(huán)設(shè)置為6 m，左右隧道各分13步開挖完成，見圖3。

通過以上模型分析可以得出，在地層損失率為0.5%的條件下，單向盾構(gòu)掘進后軌道沉降最大值為5.2 mm，左右線盾構(gòu)掘進后地表沉降最大值為6.3 mm，符合現(xiàn)行鐵路保護標(biāo)準(zhǔn)。10 m弦長最大高低偏差為3 mm，可滿足經(jīng)常保養(yǎng)目標(biāo)值。

3.3 盾構(gòu)隧道穿越京滬普速鐵路道岔影響分析

地鐵三號線盾構(gòu)穿越京滬普速場南京端21#、25#道岔尖軌（道岔類型60 kg12號SC330道岔）。21#道岔在7道處，25#道岔直向連通機車整備（機待）線，側(cè)向連通上行方向唯一的到發(fā)線4道。

3.3.1 盾構(gòu)施工對道岔影響分析

依據(jù)peck公式在5‰地層損失率的條件下進行計算，沉降槽寬度系數(shù)為10.25 m，沉降最大值為9.3 mm，沉降曲線如下圖所示，隧道結(jié)構(gòu)外側(cè)10 m處地面沉降約3 mm，20 m處地面沉降小于1 mm。

Peck公式計算顯示，地面沉降主要影響區(qū)在隧道外側(cè)10 m范圍內(nèi)，外側(cè)10 m～20 m范圍為次要影響區(qū)，外側(cè)20 m以外地面沉降較小。結(jié)合穿越鐵路三維有限元計算分析結(jié)果顯示，隧道結(jié)構(gòu)外30 m左右地面沉降小于1 mm。

結(jié)合數(shù)值計算結(jié)果，盾構(gòu)掘進地層損失率需控制在0.5%以內(nèi)。本工程隧道上方分布較厚的砂層，且隧道頂以上的粘性土層很薄，在此地質(zhì)條件下，根據(jù)工程經(jīng)驗，僅靠加強盾構(gòu)施工控制很難滿足對地層損失率的控制要求，因此需對穿越京滬普速鐵路段隧道上方的砂層采取加固措施。

3.4 鐵路保護措施

3.4.1 鐵路保護地基加固

根據(jù)現(xiàn)場施工作業(yè)條件情況，對穿越京滬普速鐵路段隧道上方的砂層采取斜向加固措施，京滬普速鐵路北側(cè)鄰近滬寧城際鐵路段區(qū)間隧道穿越砂層，需對該段的砂層進行地面垂直注漿加固。加固豎向加固范圍：對隧道上方粉土層進行注漿加固，從軌面以下5 m開始進行注漿加固，注漿加固穿透粉土進入其下方硬塑粉質(zhì)粘土1 m。

3.4.2 道岔改移

通過三維有限元計算分析結(jié)果顯示，隧道結(jié)構(gòu)外30 m左右地面沉降小于1 mm。道岔對沉降變形要求非常高，需對地鐵區(qū)間穿越道岔進行釘閉或改移。若對道岔進行改移，原則上應(yīng)將道岔尖軌改移至區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)外20 m～30 m以外。結(jié)合無錫站普速站場改造工程，道岔改移方案采用機待線8道臨時停用、25#道岔拆除改成曲線連接方案。

4 鐵路保護盾構(gòu)施工措施與要求

根據(jù)類似工程經(jīng)驗，通過加強施工控制，盾構(gòu)區(qū)間穿越鐵路段地層損失率需控制在0.35%以內(nèi)，以有效控制軌道交通施工對鐵路的影響。穿越滬寧城際鐵路、京滬普速鐵路及工區(qū)用房段管片增設(shè)注漿孔，及時進行二次補充注漿。加強監(jiān)測，及時反饋監(jiān)測數(shù)據(jù)，根據(jù)監(jiān)測情況必要時可通過預(yù)留注漿孔對周邊土體進行注漿加固。

穿越京滬普速鐵路及兩側(cè)20 m范圍內(nèi)的管片配筋應(yīng)考慮鐵路列車荷載影響進行適當(dāng)加強。施工單位做好專項方案向管理部門審批，穿越期間主動與鐵路運營管理部門溝通，提前明確時間安排，運營管理部門按計劃在穿越鐵路期間限速，鐵路管理部門加強監(jiān)測和強現(xiàn)場巡檢，加強線路養(yǎng)護。

5 盾構(gòu)下穿鐵路實施情況

盾構(gòu)下穿鐵路前對除滬寧城際鋼筋混凝土板以外鐵軌下方土體采用斜向和垂直注漿加固，地基加固采取地面袖閥管注漿和鉆桿后退式注漿工藝，盾構(gòu)掘進于2018年4月2日進入鐵路影響范圍，4月5日開始進入京滬普鐵軌道下方區(qū)域進行施工，于2018年4月27日掘進出高鐵影響區(qū)域范圍。穿越過程中及穿越后，地表監(jiān)測情況穩(wěn)定，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，累計最大變化量分別為-2.5 mm和-3.2 mm，均小于數(shù)值分析所得值，盾構(gòu)施工控制和地層加固有效的控制盾構(gòu)施工對鐵路股道的沉降影響。

6 結(jié)語

本工程通過對國鐵進行有針對性的保護方案設(shè)計和加強施工控制，較好的確保了盾構(gòu)施工期間鐵路運營安全。

參考文獻：

[1]《鐵路安全管理條例》中華人民共和國國務(wù)院令第639號公布，2013年7月.

[2]鐵路線路維修規(guī)則[S].鐵運〔2006〕146號.

[3]高速鐵路無砟軌道線路維修規(guī)則（試行）[S].鐵運[2012]83號.

[4]上海鐵路局地方涉鐵工程建設(shè)管理辦法[S].上鐵師發(fā)[2010]440號.

[5]上海鐵路局營業(yè)線施工安全管理實施細則[S].上鐵運發(fā)[2012]586號.