余 剛

中鐵二十四局集團(tuán)有限公司 上海 200071

截至2020年底，我國(guó)內(nèi)地累計(jì)有45個(gè)城市開通城市軌道交通線路，運(yùn)營(yíng)里程近8 000 km。已運(yùn)行城市軌道交通線路中多數(shù)為地下線，而在地下線中近80%的為區(qū)間隧道，同時(shí)我國(guó)區(qū)間隧道多數(shù)采用盾構(gòu)法施工，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)目前在役的盾構(gòu)機(jī)有4 000多臺(tái)，居世界首位。在上軟下硬地層中采用盾構(gòu)法進(jìn)行地鐵隧道施工時(shí)，盾構(gòu)機(jī)向前掘進(jìn)非常困難，且易發(fā)生軟土地層大面積塌陷、盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)角度偏離預(yù)定值等情況，甚至導(dǎo)致地表大幅度沉降，給地鐵隧道及周圍建（構(gòu)）筑物帶來極大的安全隱患。因此，研究上軟下硬復(fù)合地層盾構(gòu)施工對(duì)周圍環(huán)境的影響具有重要意義[1-2]。

徐州城市軌道交通2號(hào)線（下稱“軌交2號(hào)線”）一期工程周七區(qū)間隧道盾構(gòu)始發(fā)穿越京滬鐵路客線，在盾構(gòu)施工過程中需保證既有鐵路營(yíng)業(yè)線正常運(yùn)營(yíng)不受影響或少受影響，為此需采用針對(duì)性的研究工作。

1 項(xiàng)目概況

徐州軌交2號(hào)線一期工程周莊站—七里溝站（周七）區(qū)間出周莊站后，依次下穿京滬鐵路客線（路基）、奎河、京滬鐵路貨線（路基）后，向南拐入梨園路，最后到達(dá)七里溝站。區(qū)間左線隧道全長(zhǎng)1 168.823 m，右線隧道全長(zhǎng)1 160.541 m，區(qū)間最大坡度2.6%，區(qū)間最小坡度0.5%，隧道頂部埋深10～17 m，區(qū)間采用盾構(gòu)法施工。區(qū)間隧道在長(zhǎng)約47 m范圍內(nèi)下穿京滬鐵路客線上行及下行線路基段，隧道拱頂距路基頂面13.38～14.88 m，隧道穿越可塑黏土-硬塑黏土層。

周莊站位于京滬客線西側(cè)地塊內(nèi)，距離京滬鐵路客線上行線路基坡腳約19 m，京滬鐵路客線為普速有碴軌道，區(qū)間隧道穿越京滬鐵路客線上行線處夾角為92°，穿越京滬鐵路客線下行線處夾角為96°，如圖1所示。車站及盾構(gòu)施工范圍內(nèi)土層從上至下依次為：①1雜填土、②5-3黏質(zhì)粉土、②3-2軟塑黏土、②3-3可塑黏土、⑤3-4硬塑黏土、2-3中風(fēng)化灰?guī)r。

圖1 周莊站與鐵路剖面關(guān)系

2 盾構(gòu)隧道始發(fā)下穿鐵路營(yíng)業(yè)線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和要求

2.1 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

2.1.1 鐵路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

京滬鐵路客線為有碴軌道，等級(jí)為國(guó)鐵Ⅰ級(jí)鐵路，設(shè)計(jì)行車速度≤160 km/h；鐵路荷載采用中-活載。

2.1.2 盾構(gòu)隧道管片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

采用復(fù)合式土壓平衡盾構(gòu)機(jī)，管片內(nèi)徑5 500 mm、厚350 mm、環(huán)寬1.2 m，拼裝形式為錯(cuò)縫拼裝。盾構(gòu)隧道的結(jié)構(gòu)形式采用平板型單層預(yù)制鋼筋混凝土管片襯砌。

2.2 技術(shù)要求

2.2.1 鐵路線路沉降變形經(jīng)驗(yàn)控制指標(biāo)

通常情況下鐵路路基沉降變形是導(dǎo)致上方線路不平順的主要原因，根據(jù)以往鄰近鐵路工程的經(jīng)驗(yàn)，普速鐵路非道岔區(qū)的路基沉降變形量控制在10 mm內(nèi)。

2.2.2 鐵路線路幾何尺寸偏差管理標(biāo)準(zhǔn)值

軌道幾何形位要素有：軌距、水平、高低、方向和軌底坡，各種軌道幾何形位都存在一定的偏差，但不得超過容許值，不同鐵路等級(jí)，容許的大小也不一樣。

根據(jù)《鐵路線路修理規(guī)則》（鐵運(yùn)〔2006〕146號(hào)），我國(guó)普速鐵路線路軌道靜態(tài)幾何尺寸容許偏差管理值見表1。當(dāng)設(shè)計(jì)行車速度vmax≤120 km/h但不位于道岔區(qū)時(shí)，根據(jù)臨時(shí)補(bǔ)修標(biāo)準(zhǔn)，要求高低不平順、水平不平順和軌向均控制在10 mm以內(nèi)；當(dāng)vmax＞160 km/h但不位于道岔區(qū)時(shí)，根據(jù)臨時(shí)補(bǔ)修標(biāo)準(zhǔn)，要求高低不平順和水平不平順均控制在8 mm以內(nèi)，軌向偏差控制在7 mm以內(nèi)。

表1 裂縫寬度及長(zhǎng)度變化監(jiān)測(cè)

表1 線路軌道靜態(tài)幾何尺寸容許偏差管理值

3 盾構(gòu)始發(fā)穿越京滬鐵路客線的影響分析

3.1 下穿鐵路地基加固

為減小盾構(gòu)施工對(duì)鐵路的影響，及時(shí)控制因盾構(gòu)開挖引起的地面沉降，需對(duì)路基及道床下方進(jìn)行注漿加固。

周莊站距京滬鐵路客線路基19 m，為減小車站基坑對(duì)路基的影響，車站基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工前，在車站與路基之間打設(shè)旋噴樁進(jìn)行隔離，旋噴樁加固兼作盾構(gòu)接收端頭地基加固使用。

3.1.1 路基東側(cè)地基加固

主加固區(qū)采用3排φ800 mm@600 mm旋噴樁，并緊靠路基。次加固區(qū)采用袖閥管注漿，沿隧道縱向長(zhǎng)10 m。

3.1.2 路基下方加固

通過路基兩側(cè)及兩路基中間區(qū)域斜向或豎向打設(shè)袖閥管對(duì)鐵路路基下方地層進(jìn)行加固。

3.1.3 路基西側(cè)鄰車站側(cè)地基加固

路基底至車站旋噴樁加固區(qū)之間部分，采用袖閥管加固，緊鄰車站旋噴樁加固區(qū)邊緣。

3.1.4 加固深度、寬度

加固豎向范圍從地面或路基底面至硬塑黏土層下1 m；加固橫向范圍為隧道結(jié)構(gòu)邊線外6 m。

京滬鐵路客線加固縱剖面如圖2所示。

圖2 京滬鐵路客線加固縱剖面示意

3.2 模型建立與施工模擬

3.2.1 模型建立

圖3 三維模型

模型中各層土體的本構(gòu)模型選用彈塑性土體硬化模型（hardening soil model，HS模型）。土層計(jì)算參數(shù)結(jié)合地區(qū)地層、地質(zhì)情況和特點(diǎn)，以及本工程地質(zhì)勘察報(bào)告和相關(guān)的工程經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行取值。

3.2.2 施工模擬

在隧道施工模擬過程中，按照實(shí)際盾構(gòu)施工推進(jìn)方向和順序進(jìn)行分步開挖，盾構(gòu)隧道推進(jìn)方向?yàn)橹芮f站→七里溝站，先施工右線隧道，再施工左線隧道。

根據(jù)本工程特點(diǎn)，將施工過程劃分為23個(gè)工況模擬：

工況1：周莊站主體結(jié)構(gòu)和附屬結(jié)構(gòu)圍護(hù)施作。

工況2：主體結(jié)構(gòu)基坑開挖至30.8 m標(biāo)高位置并施作標(biāo)準(zhǔn)段、端頭井第1道混凝土支撐。

綜上，近年來對(duì)單純AS患者尿液代謝組學(xué)的研究較少，多數(shù)是對(duì)AS相關(guān)腎病的研究。故利用代謝組學(xué)對(duì)尿液全組分進(jìn)行分析，尋找AS早期尿液標(biāo)志物具有廣泛研究前景。

工況3：主體結(jié)構(gòu)基坑開挖至24.3 m標(biāo)高位置并施作標(biāo)準(zhǔn)段、端頭井第2道鋼支撐。

工況4：主體結(jié)構(gòu)基坑開挖至18.8 m標(biāo)高位置并施作標(biāo)準(zhǔn)段、端頭井第3道鋼支撐。

工況5：主體結(jié)構(gòu)基坑開挖至坑底標(biāo)高位置并施作端頭井第4道鋼支撐。

工況6：主體結(jié)構(gòu)底板施作。

工況7：拆除主體結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)段第3道撐和端頭井第3、第4道支撐，并施作下層主體結(jié)構(gòu)側(cè)墻、柱和中板。

工況8：拆除主體結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)段和端頭井第1、第2道支撐，并施作上層主體結(jié)構(gòu)側(cè)墻、柱和頂板，回填上覆土。

工況9：右線隧道盾構(gòu)機(jī)刀盤到達(dá)京滬鐵路客線上行線路基邊緣位置。

工況10：右線隧道盾構(gòu)機(jī)刀盤到達(dá)京滬鐵路客線上行線線路中心位置。

工況11：右線隧道盾構(gòu)機(jī)刀盤到達(dá)京滬鐵路客線下行線線路中心位置。

工況12：右線隧道盾構(gòu)機(jī)刀盤到達(dá)京滬鐵路客線下行線路基邊緣位置。

工況13：右線隧道盾構(gòu)機(jī)刀盤遠(yuǎn)離京滬鐵路客線下行線。

工況14：左線隧道盾構(gòu)機(jī)刀盤到達(dá)京滬鐵路客線上行線路基邊緣位置。

工況15：左線隧道盾構(gòu)機(jī)刀盤到達(dá)京滬鐵路客線上行線線路中心位置。

工況16：左線隧道盾構(gòu)機(jī)刀盤到達(dá)京滬鐵路客線下行線線路中心位置。

工況17：左線隧道盾構(gòu)機(jī)刀盤到達(dá)京滬鐵路客線下行線路基邊緣位置。

工況18：左線隧道盾構(gòu)機(jī)刀盤遠(yuǎn)離京滬鐵路客線下行線。

工況19：附屬結(jié)構(gòu)基坑開挖至30.8 m標(biāo)高位置并施作第1道混凝土支撐。

工況20：附屬結(jié)構(gòu)基坑開挖至25.8 m標(biāo)高位置并施作第2道鋼支撐。

工況21：附屬結(jié)構(gòu)基坑開挖至坑底標(biāo)高位置。

工況22：附屬結(jié)構(gòu)底板施作。

工況23：拆除附屬圍護(hù)結(jié)構(gòu)支撐，并施作附屬結(jié)構(gòu)，回填上覆土。

3.3 計(jì)算結(jié)果分析

3.3.1 京滬鐵路客線路基縱向的變形影響分析

1）通過數(shù)值模擬，得到各工況下京滬鐵路客線上行線和下行線在基床頂面中心線的累積豎向沉降。

2）通過數(shù)值模擬，得到各工況下京滬鐵路客線上行線和下行線在基床頂面中心線的累積水平位移。

3）通過數(shù)值模擬，可以得到京滬鐵路客線上行線和下行線在基床頂面中心線的在盾構(gòu)推進(jìn)各個(gè)工況下的階段豎向沉降最大值，如表2所示。

表2 盾構(gòu)推進(jìn)過程中各工況下路基頂面沉降速率

在模擬盾構(gòu)開挖過程中，工況9～工況13模擬右線隧道開挖；工況14～工況18模擬左線隧道開挖；工況9、工況14盾構(gòu)機(jī)均推進(jìn)33.3 m；工況10、工況15盾構(gòu)機(jī)均推進(jìn)10.3 m；工況11、工況16盾構(gòu)機(jī)均推進(jìn)25.6 m；工況12、工況17盾構(gòu)機(jī)均推進(jìn)10.8 m；工況13、工況18盾構(gòu)機(jī)均推進(jìn)18 m。

根據(jù)軌道交通的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，盾構(gòu)隧道的施工速度一般為6環(huán)/d，即7.20 m/d。可見工況9、工況14施工時(shí)間約4.625 d，工況10、工況15施工時(shí)間約1.430 d，工況11、工況16施工時(shí)間約3.560 d，工況12、工況17施工時(shí)間約1.500 d，工況13、工況18施工時(shí)間約2.500 d。

結(jié)合工況9～工況18的路基頂面階段豎向沉降最大值和各工況施工時(shí)間，可計(jì)算得到盾構(gòu)推進(jìn)過程中，京滬客線客線上行線和下行線路基頂面的沉降速率，結(jié)果見表2。需要注意的是，表中所列各工況下最大豎向階段沉降所發(fā)生的位置并不一定在同一處，故對(duì)工況9～工況18的最大豎向階段沉降進(jìn)行累加得到的累積沉降值與工況18和工況9累積最大豎向沉降的差值可能并不相等。

3.3.2 京滬鐵路客線路基橫向的變形影響分析

通過數(shù)值模擬，研究了徐州軌交2號(hào)線一期工程下穿京滬鐵路客線施工對(duì)沿鐵路路基橫向的豎向沉降、圍護(hù)結(jié)構(gòu)在基坑開挖過程中的累積水平位移。

3.3.3 對(duì)京滬鐵路客線軌道幾何狀態(tài)的影響分析

通過數(shù)值模擬，研究了徐州軌交2號(hào)線一期工程下穿京滬鐵路客線施工對(duì)鐵路路基上方軌道水平不平順的影響。

3.4 數(shù)據(jù)匯總

計(jì)算結(jié)果顯示，徐州軌交2號(hào)線一期工程下穿京滬鐵路客線工程中，施工引起的京滬鐵路客線上行線沿鐵路縱向路基基床頂面中心線累積沉降最大值為7.05 mm，累積水平位移最大值為2.01 mm；施工所引起京滬鐵路客線下行線沿鐵路縱向路基基床頂面中心累積沉降最大值為6.81 mm，累積水平位移最大值為1.05 mm。

盾構(gòu)推進(jìn)過程中，左線隧道施工引起京滬鐵路客線上行線路基頂面最大沉降速率為0.907 mm/d，下行線路基頂面最大沉降速率為1.329 mm/d；右線隧道施工引起京滬鐵路客線上行線路基頂面最大沉降速率為0.993 mm/d，下行線路基頂面最大沉降速率為1.308 mm/d。

主體結(jié)構(gòu)開挖引起端頭井靠近鐵路側(cè)圍護(hù)墻累積最大水平位移7.1 mm，與啟明星計(jì)算結(jié)果6.8 mm較為接近。

施工引起的京滬鐵路客線上行線路基上方軌道的水平不平順最大值為0.07 mm；下行線路基上方軌道的水平不平順最大值為0.09 mm。

通過采用信息化的監(jiān)測(cè)手段，對(duì)本區(qū)間隧道下穿既有京滬鐵路客線進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，動(dòng)態(tài)掌握盾構(gòu)穿越施工對(duì)其正常使用的影響，并根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行實(shí)施反饋以指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。由現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，盾構(gòu)始發(fā)穿越既有京滬鐵路客線施工引起路基最大沉降量為5.9 mm，小于6 mm的限制要求，電氣化立柱最大沉降量為4.9 mm，小于5 mm的限值要求，對(duì)其影響也在可控范圍之內(nèi)。

盾構(gòu)穿越京滬鐵路貨線地層主要為中風(fēng)化灰?guī)r，灰?guī)r層巖溶較發(fā)育，但基本為充填型溶洞，填充物為可塑-硬塑黏性土，且此處隧道埋深約21.8 m，盾構(gòu)掘進(jìn)施工對(duì)京滬鐵路貨線的影響較對(duì)客運(yùn)線的影響要可控些，為此不對(duì)線路進(jìn)行輔助加固，僅需控制盾構(gòu)掘進(jìn)施工參數(shù)。盾構(gòu)推進(jìn)過程中，引起京滬鐵路貨線左線左軌最大沉降速率為0.160 mm/d，左線右軌最大沉降速率為0.183 mm/d；引起京滬鐵路貨線右線左軌最大沉降速率為0.199 mm/d，右線左軌最大沉降速率為0.201 mm/d。

4 結(jié)語

徐州軌交2號(hào)線周七盾構(gòu)區(qū)間是國(guó)內(nèi)少有的富水上軟下硬復(fù)合地層隧道工程，穿越距離長(zhǎng)，環(huán)境保護(hù)等級(jí)高。針對(duì)上軟下硬復(fù)合地層中盾構(gòu)始發(fā)穿越既有鐵路營(yíng)業(yè)線變形控制難題，采用數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)反饋相結(jié)合的方法來開展研究，提出了主動(dòng)地層加固和被動(dòng)施工參數(shù)控制相結(jié)合的變形控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了鐵路線的毫米級(jí)變形控制。成果可應(yīng)用于日益增多的城市地鐵隧道工程中，并可在引水、道路等富水復(fù)合地層中的隧道工程中推廣應(yīng)用。