摘要：近年來，盾構(gòu)下穿鐵路的施工越來越多，對(duì)鐵路行車安全產(chǎn)生影響。大直徑盾構(gòu)下穿鐵路在國(guó)內(nèi)下穿工程中并不多見。本文聚焦蘇州市桐涇路北延工程的實(shí)踐，重點(diǎn)分析大直徑盾構(gòu)下穿施工對(duì)鐵路路基豎向位移、水平位移，接觸網(wǎng)立柱豎向位移、水平位移及傾斜的影響，從時(shí)間維度充分展現(xiàn)鐵路設(shè)備設(shè)施動(dòng)態(tài)的變化過程，為鐵路相關(guān)部門采取有效的行車安全措施提供依據(jù)。該研究結(jié)果可為其他大直徑盾構(gòu)下穿鐵路施工提供參考。

關(guān)鍵詞：大直徑盾構(gòu)；下穿鐵路施工；行車安全

作者簡(jiǎn)介：朱晨彬，男，工程師。

1工程概況

蘇州市桐涇路北延工程，北起西塘河南岸，以隧道形式下穿清塘路、滬寧高速公路山塘河、滬寧城際鐵路、京滬鐵路、北環(huán)快速路后接桐涇北路，止于西園路與桐涇路北路交叉口，線路里程2.07 km。該項(xiàng)目是蘇州市“七縱”主干路之一，也是蘇州市穿越滬寧高速公路、滬寧城際鐵路、京滬鐵路及北環(huán)快速路進(jìn)而聯(lián)系南北片區(qū)的重要通道。本工程采用大直徑泥水平衡盾構(gòu)機(jī)，凈重2 100 t，盾構(gòu)直徑13.25 m，盾構(gòu)機(jī)全長(zhǎng)87 m，刀盤開挖直徑13.67 m，刀盤質(zhì)量290 t，盾構(gòu)下穿施工速度為6～8 m/天。

2盾構(gòu)概況

蘇州桐涇路北延工程區(qū)間盾構(gòu)穿越京滬鐵路工程，對(duì)應(yīng)京滬鐵路里程為上行K1 365+960～+760、下行K1 365+850～K1 366+050。采用直徑13.25 m的大直徑盾構(gòu)下穿設(shè)計(jì)，盾構(gòu)管片2 m/環(huán)，盾構(gòu)自北向南推進(jìn)，進(jìn)入鐵路順序?yàn)闇麑幊请H鐵路→京滬鐵路下行線→京滬鐵路上行線。其中第180環(huán)與京滬鐵路下行線兩股道正下方交會(huì)，第186環(huán)與京滬鐵路上行線兩股道正下方交會(huì)。盾構(gòu)隧道埋深約10.09 m，推進(jìn)縱向坡度約+2.93%，呈爬坡趨勢(shì)。盾構(gòu)環(huán)號(hào)與鐵路平面位置監(jiān)測(cè)點(diǎn)關(guān)系如圖1所示。

根據(jù)中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司（以下簡(jiǎn)稱上海局集團(tuán)公司）的相關(guān)文件規(guī)定，鄰近鐵路線路中心線30 m為鄰近營(yíng)業(yè)線施工范圍，據(jù)此推算影響京滬鐵路的盾構(gòu)環(huán)號(hào)為166～202環(huán)。

3監(jiān)測(cè)實(shí)施方案及應(yīng)急處理

3.1變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

京滬鐵路路基變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)用鋼釬布設(shè)，鋼釬采用直徑為32 mm的螺紋鋼。下行線鋼釬長(zhǎng)度1.5 m，兩線間鋼釬1.7 m，上行線鋼釬長(zhǎng)度1.8 m。監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)前通知鐵路“三電單位”現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)位置，布設(shè)時(shí)先由人工探挖地下管線，確保管線不受影響時(shí)，再埋入路基鋼釬，鋼釬入土深度不小于1 m，然后安裝L形支架及棱鏡。監(jiān)測(cè)點(diǎn)結(jié)構(gòu)及布置如圖2所示。京滬鐵路下行線布設(shè)6個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，兩線間布設(shè)3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，上行線布設(shè)6個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。京滬鐵路19號(hào)、20號(hào)接觸網(wǎng)立柱各布設(shè)2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，如圖3所示。監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)位置如圖4所示。

3.2路基變形監(jiān)測(cè)內(nèi)容和監(jiān)測(cè)頻率

路基變形監(jiān)測(cè)的內(nèi)容包括：路基豎向位移、水平位移；接觸網(wǎng)立柱豎向位移、水平位移及傾斜。

根據(jù)施工會(huì)議紀(jì)要和上海局集團(tuán)公司相關(guān)文件規(guī)定，盾構(gòu)施工期間監(jiān)測(cè)頻率見表1［1］。

3.3監(jiān)測(cè)預(yù)警值與報(bào)警值

根據(jù)上海局集團(tuán)公司評(píng)審?fù)ㄟ^的監(jiān)測(cè)方案，制定變形監(jiān)測(cè)預(yù)警值與報(bào)警值見表2。

3.4應(yīng)急處理

盾構(gòu)下穿京滬鐵路過程中，2021年1月7日10：00監(jiān)測(cè)點(diǎn)JHX+0a、JHX+1a、JHX+2a、JHX+3a的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示單次（2 h）變化量有明顯隆起趨勢(shì)，監(jiān)測(cè)單位立即加密監(jiān)測(cè)，并申請(qǐng)工務(wù)單位安排現(xiàn)場(chǎng)防護(hù)，在做好現(xiàn)場(chǎng)防護(hù)后新增6個(gè)軌枕監(jiān)測(cè)點(diǎn)（上、下行各3個(gè)，分別布設(shè)在盾構(gòu)中心線及輪廓線頂部）作為參考。將監(jiān)測(cè)頻率調(diào)整為1次/1 h，并通知工務(wù)單位進(jìn)行線路復(fù)核。

2021年1月9日12：00監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示監(jiān)測(cè)點(diǎn)JHZ+1a、JHS+1a單日變化量為1.6 mm，達(dá)到監(jiān)測(cè)預(yù)警值，監(jiān)測(cè)負(fù)責(zé)人立即現(xiàn)場(chǎng)通知工務(wù)單位進(jìn)行線路檢查，經(jīng)檢查線路狀態(tài)基本正常，不影響行車安全，工務(wù)單位現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)護(hù)及防護(hù)人員現(xiàn)場(chǎng)盯控2 h，確認(rèn)線路無突變后下道。

2021年1月9日20：00監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示監(jiān)測(cè)點(diǎn)JHX+2a、JHX+3a單次（1 h）變化量分別為-1.6 mm和-1.7 mm，結(jié)合前幾個(gè)小時(shí)的監(jiān)測(cè)變化趨勢(shì)以及施工進(jìn)度，初步分析鐵路路基有持續(xù)下沉趨勢(shì)，監(jiān)測(cè)方立即通知工務(wù)單位上道檢查線路狀態(tài)，同時(shí)電話通知監(jiān)理單位，工務(wù)單位通知施工單位暫停施工。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)京滬鐵路下行線K1 365+970處線路有下沉，工務(wù)單位立即通知相關(guān)人員采取應(yīng)急措施。監(jiān)測(cè)單位新增一套監(jiān)測(cè)設(shè)備，加密監(jiān)測(cè)，并將監(jiān)測(cè)頻率加密至30 min一次，確保隨時(shí)掌握京滬鐵路線路路基的變化情況。

2021年1月9日21：00監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示JHX+0a、JHX+1a、JHX+2a、JHX+3a單次（1 h）變化量分別為-1.6 mm、-2.2 mm、-2.4 mm和-1.4 mm，JHX+2a累計(jì)變化達(dá)到-10.0 mm。單次和累計(jì)變化量均達(dá)到報(bào)警值。監(jiān)測(cè)方立即通知工務(wù)單位和監(jiān)理單位，與此同時(shí)工務(wù)單位也通知施工單位暫停施工。監(jiān)理單位組織現(xiàn)場(chǎng)分析原因并研究措施。鐵路施工預(yù)警平臺(tái)也同時(shí)向相關(guān)單位發(fā)出報(bào)警電話。2021年1月9日21：30開始按照30 min/次加密觀測(cè)，并進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)共享。

4監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

4.1監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)匯總

截至2021年1月8日10：00，京滬鐵路各監(jiān)測(cè)點(diǎn)變化情況見表3。

4.2豎向位移變化分析

京滬鐵路下行線、兩線間、上行線各監(jiān)測(cè)點(diǎn)2021年1月8日累計(jì)豎向位移變化時(shí)程曲線如圖5所示。

4.3水平位移變化分析

京滬鐵路下行線、兩線間、上行線各監(jiān)測(cè)點(diǎn)2021年1月8日累計(jì)水平位移變化時(shí)程曲線如圖6所示。

4.4新增監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降數(shù)據(jù)分析

根據(jù)2021年1月7日的數(shù)據(jù)分析結(jié)果，2021年1月8日晚鐵路天窗點(diǎn)內(nèi)在京滬鐵路上、下行線對(duì)應(yīng)的盾構(gòu)中心線及兩側(cè)的輪廓線上方軌枕上各增加1個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，新增監(jiān)測(cè)點(diǎn)的累計(jì)豎向位移時(shí)程曲線如圖7所示。

從圖7可得出下行線盾構(gòu)中心點(diǎn)JHX-2變化最大，累計(jì)最大為2021年1月11日，累計(jì)下沉-17.1 mm。12日隆起3.7 mm，之后逐步平穩(wěn)下沉，截至2021年1月17日累計(jì)下沉最大-17 mm，其余5個(gè)測(cè)點(diǎn)均在2021年1月9—12日下沉-5 mm左右，之后逐步恢復(fù)穩(wěn)定。

4.5路基監(jiān)測(cè)點(diǎn)單數(shù)據(jù)分析

2021年1月8—18日每日路基豎向位移累計(jì)變化時(shí)程曲線如圖8所示。

從上述監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)程變化曲線可以看出，京滬鐵路上、下行線及兩線間各監(jiān)測(cè)點(diǎn)豎向位移均呈現(xiàn)明顯變化趨勢(shì)，盾構(gòu)中心線有明顯下沉趨勢(shì)，盾構(gòu)兩側(cè)輪廓點(diǎn)呈隆起趨勢(shì)。

整個(gè)變化浮動(dòng)中下行線單次（30 min）最大隆起5.1 mm（JHX+2a），最大沉降3.5 mm（JHX+2a）；兩線間單次（30 min）最大隆起4.7 mm（JHZ+1a），最大沉降3.7 mm（JHZ+0a、JHZ+2a）；上行線單次（30 min）最大隆起4.5 mm（JHS+2a），最大沉降4.4 mm（JHS+2a、JHS+3a）。累計(jì)下行線最大值沉降16.0 mm（JHX+2a）；兩線間最大值沉降14.1 mm（JHZ+1a）；上行線最大值沉降10.1 mm（JHS+2a）；均為盾構(gòu)中心頂部監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

下行線單次（30 min）最大位移-2.6 mm（JHX+2a向南）；兩線間單次（30 min）最大位移-2.0 mm（JHZ+1a向南）；上行線單次（30 min）最大位移-3.5 mm（JHS+3a向南）。累計(jì)下行線最大值9.2 mm（JHX+2a向北）；兩線間最大值6.1 mm（JHZ+1a向北）；上行線最大值-10.7 mm（JHS+3a向南）。

4.6監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化的原因分析

通過對(duì)盾構(gòu)推進(jìn)期間京滬鐵路各監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)變化的分析，得出如下結(jié)論：

（1）整個(gè)監(jiān)測(cè)過程中儀器采集數(shù)據(jù)穩(wěn)定，并進(jìn)行了實(shí)時(shí)傳輸；發(fā)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)較大時(shí)，及時(shí)采取了加密觀測(cè)措施，最高頻率為0.5 h/次。

（2）通過對(duì)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)豎向位移變化情況進(jìn)行分析，京滬鐵路上、下行線及兩線間各監(jiān)測(cè)點(diǎn)豎向位移均呈現(xiàn)明顯變化趨勢(shì)。結(jié)合施工單位的施工工藝及進(jìn)度信息可以發(fā)現(xiàn)豎向位移變化趨勢(shì)與盾構(gòu)施工工況一致。在刀盤未進(jìn)入鐵路下方前土體隆起，在刀盤脫離后土體下沉，盾構(gòu)推進(jìn)過程中刀盤前壓力大，對(duì)刀盤前土體施加壓力，導(dǎo)致土體隆起，盾尾位置因施工預(yù)留空間未能得到及時(shí)有效的填充，導(dǎo)致上方土體呈損失狀態(tài)，致使土體下沉。

（3）對(duì)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水平位移初步分析，結(jié)合盾構(gòu)施工工況，頂推壓力造成鐵路朝向盾構(gòu)方向水平位移。

（4）鐵路路基及線路下沉后施工單位采取相應(yīng)的注漿填充能明顯減緩變化速率，起到較為明顯的填充效果。

（5）自動(dòng)化鐵路監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠及時(shí)有效地反應(yīng)鐵路設(shè)備設(shè)施的變化趨勢(shì)，給鐵路設(shè)備管理單位起到預(yù)防提示作用，亦可作為施工單位施工參數(shù)調(diào)整的依據(jù)。

5安全措施

盾構(gòu)施工期間雖然京滬鐵路上、下行線采取了限速45 km/h的安全措施，但通過監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)反饋，施工對(duì)鐵路路基的擾動(dòng)較為明顯，甚至出現(xiàn)了較大數(shù)值的沉降。鐵路設(shè)備管理單位高度重視，采取了現(xiàn)場(chǎng)值班，增設(shè)駐站聯(lián)絡(luò)員，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)巡查養(yǎng)護(hù)，配齊應(yīng)急人員和物資等措施。通過工程實(shí)踐研究，提出以下幾點(diǎn)降低大直徑盾構(gòu)下穿鐵路對(duì)行車安全影響的措施［2］：

（1）盾構(gòu)進(jìn)入鐵路保護(hù)區(qū) 30 m范圍前應(yīng)設(shè)置試驗(yàn)段，同步做好盾構(gòu)參數(shù)的采集和各項(xiàng)參數(shù)優(yōu)化；掘進(jìn)中采取勤量測(cè)、小糾偏等措施，減小盾構(gòu)對(duì)路基的擾動(dòng)影響。

（2）盾構(gòu)穿越鐵路期間，嚴(yán)格控制盾構(gòu)掘進(jìn)速度，確保勻速連續(xù)掘進(jìn)；嚴(yán)格控制同步注漿及二次注漿質(zhì)量，完善盾構(gòu)施工進(jìn)度計(jì)劃?rùn)M道圖，明確盾構(gòu)進(jìn)入鐵路營(yíng)業(yè)線范圍施工的詳細(xì)時(shí)間節(jié)點(diǎn)及工期安排，便于鐵路部門提前掌握。

（3）進(jìn)入鐵路營(yíng)業(yè)線范圍施工期間，施工單位應(yīng)與監(jiān)測(cè)單位建立溝通聯(lián)絡(luò)機(jī)制，確保信息暢通，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的共享和溝通，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)須與鐵路管養(yǎng)單位實(shí)時(shí)共享，明確變形監(jiān)測(cè)報(bào)警值及相應(yīng)的處置措施，完善變形監(jiān)測(cè)超限時(shí)的應(yīng)急預(yù)案。盾構(gòu)下穿工程完成后應(yīng)有不少于 6 個(gè)月的路基沉降觀測(cè)方案。

（4）盾構(gòu)穿越鐵路線路施工期間，對(duì)鐵路軌道、路基、接觸網(wǎng)立柱等設(shè)備進(jìn)行不間斷巡查及養(yǎng)護(hù)，并完善極端情況下的應(yīng)急措施。

（5）盾構(gòu)機(jī)頭進(jìn)入鐵路 30 m 范圍內(nèi)直至盾尾出鐵路 30 m 范圍期間，由監(jiān)理單位組織施工、監(jiān)測(cè)、監(jiān)護(hù)單位每日召開碰頭會(huì)，對(duì)當(dāng)日施工情況進(jìn)行總結(jié)并對(duì)次日施工內(nèi)容及風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析。

6結(jié)語

大直徑盾構(gòu)下穿施工對(duì)鐵路路基的擾動(dòng)尤為明顯，在蘇州市桐涇路北延工程實(shí)踐中，通過加密監(jiān)測(cè)頻次、采取應(yīng)急搶救措施、控制注漿量、加強(qiáng)數(shù)據(jù)共享和協(xié)調(diào)等多種手段確保了鐵路路基的平穩(wěn)。實(shí)踐表明，自動(dòng)化鐵路監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠動(dòng)態(tài)反應(yīng)鐵路設(shè)備設(shè)施的變化趨勢(shì)，在研判設(shè)備設(shè)施狀態(tài)，科學(xué)應(yīng)對(duì)施工過程中可能產(chǎn)生的狀況等方面起到了關(guān)鍵作用，為今后類似工程施工提供了實(shí)踐依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

［1］ 中國(guó)國(guó)家鐵路集團(tuán)有限公司.國(guó)鐵集團(tuán)鐵路營(yíng)業(yè)線施工管理辦法：TG/QT 102—2021［S］.北京：中國(guó)鐵道出版社有限公司，2021.

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