盾構法隧道下穿既有鐵路加固措施的實踐與思考

曹成斌 上海鐵路局新長工務段

1 概況

某新建城際鐵路位置與某既有普速鐵路交叉，交叉角度為基本正交，城際鐵路采取盾構施工法新建隧道穿越既有鐵路，左右線分別穿越鐵路高路堤和鐵路框架橋，左右線穿越長度分別為33.819 m和15.647 m。隧道穿越鐵路段隧道上覆主要土層為：①-1和①-2雜填土，②-3b2淤泥質粉質粘土，③-1b1-2粉質粘土、③-2b2-3粉質粘土、③-3b1-2粉質粘土。盾構隧道掘進的主要土層為③-2b2-3粉質粘土、③-3b1-2粉質粘土。

2 既有鐵路路基及橋涵加固

2.1 加固措施

為有效控制鐵路變位，在盾構機掘進前，對影響范圍路基和涵洞全部采用注漿方式加固，其中路基本體和涵洞下方加固深度至隧道底以下1 m、路基邊坡范圍加固深度至進入④-1b1土層。

2.2 注漿加固工藝

注漿加固方式采用袖閥管兩套設備對稱同步斜孔注漿，水泥摻量為被加固土體的18%～20%，加固后28天無側限抗壓強度不小于1 MPa，注漿孔間距為（0.8～1.5）m，應能使被加固土體在平面和深度范圍內(nèi)連成一個整體，主要工序為測量定位→鉆孔→下袖閥管、澆注套殼料→固管止?jié){→待凝→開環(huán)灌漿→正式注漿→終灌標準。鉆孔直徑為φ90 mm；套殼料采用粘土和水泥配制，配比范圍為水泥：粘土=1：1.5～1：3.5，水灰比為 1：1～1：2，注漿比重約為 1.5，漏斗黏度為（24～26）s；當套殼管和安裝花管兩道工序做完以后，要待凝一段時間才能灌漿，待凝時間控制在2～10天之間；正式注漿采用雙塞心管進行灌漿，灌漿自下而上分段進行，沒排孔眼作為一個灌漿段，段長為（33～50）cm；終灌標準為當土層中有了一定的注入漿量，壓力為（0.2～0.5）MPa，不得大于 1 MPa，吸漿量小于25 L/min，穩(wěn)定時間25 min。

2.3 注漿加固實施

注漿加固方案通過征求各方意見，經(jīng)過路局專家和專業(yè)審批，在確保行車安全的前提下于當年2月份到6月份進行了實施（見圖1），通過28天加固后檢測和盾構穿越過程實際檢驗，注漿加固方案是科學、合理、有效的。

3 盾構法施工控制措施

3.1 盾構機選型要求

本隧道采用盾構法施工，盾構機在選型應考慮以下幾個因素：一是本隧道主要穿越軟塑-流塑淤泥質粉質黏土、可塑粉質黏土、硬塑粉質黏土等土層，應考慮加泥式土壓平衡盾構機；二是為增大盾構機的靈敏性、利于盾構機轉彎和糾偏以及控制盾構施工產(chǎn)生的地面沉降，盾構機應選用鉸接型；三是應考慮配置控制地表沉降的同步注漿和二次注漿設施。綜合考慮以上因素，施工選擇了日本小松土壓平衡盾構機。

圖1 加固效果圖片

3.2 盾構機推進時參數(shù)控制

（1）土倉壓力設定值在理論計算結果基礎上增加（15～25）kPa，實際取值在（0.28～0.30）MPa之間；

（2）掘進速度控制在（0.6～1.0）cm/min，均勻掘進，每天 7～10 環(huán)，24 h 連續(xù)作業(yè)；

（3）采用同步注漿，每個行程（1.2 m）注漿量應控制在2.5 m3，注漿壓力控制在（0.2～0.3）MPa之間；

3.3 掘進過程中技術安全控制措施

（1）隨時調(diào)整盾構施工參數(shù)，減少盾構的超挖和欠挖，以改善盾構前方土體的坍落或擠密現(xiàn)象，降低地基土橫向變形引起的土體變化；

（2）采用同步注漿和二次注漿，減少盾尾通過后隧道外周圍形成的空隙，減少隧道周圍土體的橫向位移；

（3）下穿前路基和橋涵必須注漿加固到位；

（4）盾構推進時，控制好盾構姿態(tài)，避免盾構上浮、叩頭和后退等現(xiàn)象發(fā)生；

（5）加強沉降觀測，穿越施工對線路全過程監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測結果及時優(yōu)化調(diào)整掘進施工參數(shù)，盾構通過時，每10 min提供一組監(jiān)測數(shù)據(jù)，并及時反饋到施工人員，做到信息化動態(tài)施工管理。

4 加固及盾構下穿時既有鐵路變形監(jiān)測及控制

4.1 監(jiān)測控制項目

在注漿加固和盾構推進階段，均必須加強施工過程中的監(jiān)控測量，及時掌握路橋及線路變化情況，動態(tài)調(diào)整施工參數(shù)，防止危及鐵路行車安全事故的發(fā)生。具體監(jiān)測項目主要有：鐵路涵洞縱橫向位移及沉降觀測、路基及地表沉降觀測、線路幾何狀態(tài)監(jiān)測、隧道內(nèi)水平收斂量測、拱頂下沉量測、應力應變量測。

4.2 監(jiān)測組織形式

為保證監(jiān)測結果的科學性和權威性，鐵路涵洞縱橫向位移及沉降觀測、路基及地表沉降觀測由有資質的獨立第三方負責監(jiān)測；線路幾何狀態(tài)由工務段組織人員觀測；隧道內(nèi)水平收斂量測、拱頂下沉量測、應力應變量測由施工單位負責監(jiān)測，監(jiān)測結果統(tǒng)一匯總到施工項目部進行分析、控制。

4.3 各監(jiān)測項目觀測頻率和警報值設定（見表 1、表 2）

表1 各階段觀測頻率表

表2 盾構穿越鐵路監(jiān)測報警值

4.4 監(jiān)測項目的實施

按監(jiān)測方案要求，對相關項目進行了監(jiān)測（見圖2）。

圖2 監(jiān)測項目實測圖片

4.5 部分實測觀測數(shù)據(jù)

通過對施工過程的監(jiān)測，全面掌握了整個施工過程路橋和線路變化情況，既保證了施工安全又保證了行車安全，部份觀測數(shù)據(jù)見表3。

表3 部分實測監(jiān)測數(shù)據(jù)

5 保證既有鐵路行車安全措施

（1）鐵路限速要求：為確保鐵路行車安全，在注漿加固和盾構推進期間采取客車限速80 km/h、貨車限速60 km/h措施；

（2）嚴格按《鐵路工務安全規(guī)則》規(guī)定設置移動行車減速信號牌，建立嚴密的駐站和現(xiàn)場防護體系，確保行車和勞動安全；

（3）認真按監(jiān)測方案對路橋和線路變化進行監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)異常立即采取措施，達到警報值必須立即停止施工；

（4）嚴格執(zhí)行臨近營業(yè)線施工安全監(jiān)督的相關要求，施工單位必須在工務段安全監(jiān)督下進行施工；

（5）嚴格執(zhí)行大型機械“一人一機”防護制度，保證任何施工機械、設備、人員、機具不得侵入鐵路限界；

（6）完善應急處置流程，組建專業(yè)應急處置隊伍，線路變形較大危及行車安全時必須立即停止施工、封鎖線路，經(jīng)過應急處置達到通車條件后才能放行列車。

6 結束語

綜上所述，雖然先進的盾構工藝一定程度上減少了下穿施工對既有鐵路的影響，但盾構工藝對周圍一定深度土體的擾動還比較明顯，要在保證鐵路行車安全的前提下順利實施盾構掘進，必須根據(jù)下穿處地質情況采取加固處理措施、必須嚴格控制掘進過程中相關施工參數(shù)、必須嚴格加強對既有鐵路和軌道的監(jiān)測監(jiān)控、必須嚴格落實保證鐵路行車安全的其它相關安全措施。