土壓平衡盾構(gòu)下穿京包鐵路加固施工技術(shù)

李 彪

(中鐵三局集團(tuán)第四工程有限公司，北京 102300)

土壓平衡盾構(gòu)下穿京包鐵路加固施工技術(shù)

李 彪

(中鐵三局集團(tuán)第四工程有限公司，北京 102300)

結(jié)合工程實(shí)例，對盾構(gòu)隧道下穿鐵路箱涵的加固技術(shù)從鐵路線路、線路基礎(chǔ)和管片背后環(huán)箍注漿三個方面進(jìn)行了闡述，著重介紹了盾構(gòu)穿越鐵路的整個施工過程中控制沉降的技術(shù)措施，并對線路加固和注漿加固過程沉監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，及時地調(diào)整了施工參數(shù)，保證了盾構(gòu)穿越鐵路時列車的運(yùn)營安全。

盾構(gòu)，鐵路，加固

1 工程概況

北京地鐵6號線一期工程十里堡站～青年路站區(qū)間沿朝陽北路南側(cè)地下、從十里堡站自東向西至青年路站。長1 050.102 m；隧道埋深約11.9 m～20.3 m，區(qū)間穿越京包鐵路里程：K20+940～K21+065，隧道埋深20 m。

2 下穿營運(yùn)鐵路及公路箱涵施工技術(shù)

通過對本次盾構(gòu)下穿京包鐵路整個施工過程理論分析和仿真模擬計(jì)算與分析，可以清晰的判斷盾構(gòu)穿越過程中，位移、應(yīng)力及塑性區(qū)分布等特征，由此制定相應(yīng)的加固方案。加固方案共分三部分，即：鐵路扣軌保護(hù)、鐵路基礎(chǔ)加固及環(huán)箍注漿加固，以確保整個施工過程中鐵路的安全。

2.1 鐵路軌道扣軌保護(hù)

2.1.1 盾構(gòu)下穿過程中的影響范圍計(jì)算

2.1.2 扣軌保護(hù)施工技術(shù)

1)加固段軌枕全部更換成木枕，并且在軌底增設(shè)墊板，以加固軌面。換軌前做好換軌的準(zhǔn)備工作：提前限速，行車限速為45 km/h；協(xié)調(diào)好運(yùn)營管理單位，協(xié)調(diào)好工作時間，在工作時間內(nèi)分段工作；換軌前分段松螺栓、釋放應(yīng)力，然后分段換軌。2)鋪設(shè)扣軌采用組裝形式扣設(shè)。鋼軌用43 kg/m軌鋼軌，接頭錯開長度1 m以上，且伸出工字鋼橫梁以外不小于5 m，即扣軌長度80 m。3)扣軌與其下枕木、橫梁采用δ=10 mm，b=50 mm的鋼扣板和Φ22-U型螺栓聯(lián)結(jié)在一起。4)橫梁采用Ⅰ50b工字鋼，鋪設(shè)間距1.2 m，接頭錯開1.5 m。橫梁的穿入要基本垂直于線路，安裝時先中間后兩側(cè)。5)縱梁和橫梁之間要加設(shè)絕緣膠墊，以減少對電氣的干擾。6)縱梁兩端支撐于枕木垛基座上；線路兩側(cè)在橫梁下每隔4 m設(shè)置枕木垛支撐。7)遇道岔位置時，軌間扣軌分段設(shè)置以避讓道岔。8)扣軌施工由產(chǎn)權(quán)單位負(fù)責(zé)施工。9)施工期間行車限速為45 km/h。限速時段：自換軌施工起至隧道通過后15 d～20 d地層變形穩(wěn)定，恢復(fù)軌道，工期約40 d。限速期間，加強(qiáng)巡線工作，合理配置信號防護(hù)設(shè)施，做好信號防護(hù)工作。10)施工運(yùn)輸，材料產(chǎn)業(yè)專用車輛運(yùn)至施工地點(diǎn)，換下的軌枕運(yùn)輸至指定場地存放，在隧道通過且地層監(jiān)測穩(wěn)定后運(yùn)回現(xiàn)場恢復(fù)。

2.2 軌道下地基加固施工隧道下穿前，箱涵南側(cè)隧道影響范圍的軌道下地基采用袖閥式二重管進(jìn)行控域注漿加固，提高地層的承載力。

加固區(qū)域：箱涵南軌道下地層，軌道間及兩側(cè)6 m范圍，面積990 m2。加固深度箱涵底板下5 m(過中粗砂層)，即地下2 m～16 m地層。

2.2.1 袖閥管

袖閥管的單向閥管為硬質(zhì)塑料注漿管，每段注漿管長度為3 m～4 m，管徑80 mm。鋼管端頭密封，端頭4 m設(shè)置注漿區(qū)域，區(qū)域管身設(shè)置出漿孔，區(qū)域上下設(shè)置止?jié){閥。注入的漿液通過芯管出漿孔進(jìn)入內(nèi)外管間的兩止?jié){閥間的空間，然后從袖閥管上在該段內(nèi)的徑向注漿孔擠破套殼料射入地層。

2.2.2 施工工藝流程

鉆孔→下套殼料→下袖閥管→封口→下芯管→注漿頭、管路連接→漿液拌制→注漿→按步距提管→結(jié)束、清洗。

2.2.3 主要參數(shù)

漿液選擇：普通水泥單液漿；漿液基準(zhǔn)配比：水灰比0.75∶1～1∶1。

擴(kuò)散方式：滲透～劈裂；漿液擴(kuò)散半徑：不小于0.5 m。

鉆空布置：間距1 m，行列式；有效加固范圍：地基頂面下2 m～16 m。

注漿壓力：0.5 MPa～1.0 MPa；注漿速度：10 L/min～20 L/min。

2.2.4 施工技術(shù)

1)鉆孔：使用KHYD-155AB型煤電鉆鉆機(jī)或地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔，根據(jù)孔位調(diào)整好位置后固定穩(wěn)妥，保證工作中不搖晃。鉆進(jìn)50 cm后現(xiàn)場掛線控制方向、角度，調(diào)整后鉆孔。根據(jù)地層性能采用優(yōu)質(zhì)泥漿護(hù)壁，嚴(yán)重坍孔或縮徑采用套料護(hù)壁。鉆桿分節(jié)接長，接長時絲扣擰緊，接長后重新復(fù)核鉆進(jìn)方向，無誤后繼續(xù)鉆進(jìn)。要求保證鉆孔的垂直度誤差不大于1%。2)下套殼料：套殼料又稱封閉泥漿，其作用是封閉單向閥管和鉆孔壁間空隙，迫使從單向閥管灌漿孔內(nèi)開環(huán)，擠破套殼料射入地層。材料重量配比為“水泥∶膨潤土∶水=1∶1.50∶1.90”。套殼料澆筑：成孔后在孔內(nèi)插入無孔眼的鋼管，并通過此管壓入套殼料，直至孔內(nèi)泥漿完全被置換出孔外為止。把澆筑套殼料的鋼管拔出。3)下袖閥管：在充滿套殼料的孔中插入單向閥管，將閥管置于孔中心，保證垂直度。不得有斷開現(xiàn)象，插入時管端尖底封閉，管內(nèi)充滿清水。4)封口：采用快凝水泥封口，確保封口的長度在1.5 m以上。5)下芯管：檢查注漿頭單向閥的狀態(tài)是否良好；檢查管路是否有堵塞現(xiàn)象，并保證各節(jié)管路的連接質(zhì)量；若袖閥管出現(xiàn)堵塞，先進(jìn)行洗管，保證芯管下放至孔底。6)漿液配制：按配合比拌制好漿液，漿液的比重符合要求。7)注漿：在所有工作都做好后方可開注漿機(jī)進(jìn)行注漿。注漿時必須隔孔分次注漿。注漿過程中控制注漿壓力和注漿速度。主要通過聽聲、看注漿壓力、看注漿數(shù)量來判斷注漿的實(shí)施效果；聽聲音是否有異常，看壓力是否過高，看注漿量是否達(dá)到設(shè)計(jì)的注入量。

2.3 環(huán)箍注漿加固

因?yàn)橥阶{為流動的單液漿液，注入時是完全沒有自立性的物質(zhì)，易流失到尾隙處的其他部位，因而注入的區(qū)域，尤其是管片背面的上頂部位很難充填到。加上同步注漿漿液固結(jié)時間較長，容易受到地下水的稀釋，致使早期強(qiáng)度下降，使得隧道上方的土體向未充填到的空隙滑動、坍塌，從而導(dǎo)致地表產(chǎn)生較大的沉降。

2.3.1 注漿方法

下穿區(qū)段土體在隧道施工后進(jìn)行環(huán)箍注漿加固，盾構(gòu)推進(jìn)過后第6環(huán)開始進(jìn)行環(huán)箍注漿。在吊裝孔打入6根3 m長的φ42鋼花管注漿，每環(huán)注一次。環(huán)箍注漿漿液采用水泥—水玻璃雙液漿。

雙液漿配比(單位kg)：

A液為水泥漿，水灰比為1∶0.8，結(jié)合試驗(yàn)，可適當(dāng)摻加膨潤土、粉煤灰等。

B液為水玻璃，水玻璃的比重波比度控制在20 Be′。

A，B液混合的凝固時間控制在25 min～30 min。

注漿壓力：初壓0.3 MPa，終壓0.5 MPa。注漿量：根據(jù)袖套管法理論，計(jì)算漿液在土體中的擴(kuò)散半徑r=83 cm。

2.3.2 注漿控制措施

1)注意注漿孔的密封，以防滲水。2)為了避免因卸除球閥而造成漿液外漏的現(xiàn)象發(fā)生，在進(jìn)行注漿的過程中，使用一次性球閥。3)注漿時，為了避免因一側(cè)注漿壓力過大致使管片變形、滑動顯現(xiàn)的產(chǎn)生，注漿時必須對稱進(jìn)行注漿。4)時刻觀察注漿壓力的變化，當(dāng)壓力達(dá)到設(shè)計(jì)值并延時10 min后，關(guān)閉進(jìn)漿閥開泄?jié){閥減壓，結(jié)束注漿。5)提前做試驗(yàn)段，根據(jù)試驗(yàn)效果調(diào)整漿液配比、注漿壓力、注漿量等參數(shù)。6)根據(jù)后期監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行二次補(bǔ)漿或跟蹤多次補(bǔ)漿。

3 監(jiān)控量測

3.1 監(jiān)測項(xiàng)目

根據(jù)設(shè)計(jì)，主要監(jiān)測項(xiàng)目：擋土墻沉降及傾斜度、隧道隆沉及水平位移、管片圍巖接觸壓力和混凝土應(yīng)力、下穿段的地表沉降、線路深層土體沉降、箱涵、軌道、電氣化桿等。

3.2 監(jiān)測頻率

在盾構(gòu)切口進(jìn)入道床下方至盾尾脫出之間監(jiān)測頻率最高，線路沉降位移每時一次，管線監(jiān)測一天兩次，隧道沉降一天兩次，對于盾構(gòu)施工中即將穿越，以及沉降變化量大的點(diǎn)，根據(jù)實(shí)際情況加密監(jiān)測頻率，必要時進(jìn)行跟蹤監(jiān)測。

3.3 監(jiān)測點(diǎn)的布置

1)在鐵路周圍布置監(jiān)測點(diǎn)。在京包鐵路兩側(cè)埋設(shè)位移監(jiān)測點(diǎn)和在箱涵側(cè)墻上兩側(cè)埋設(shè)沉降、傾斜監(jiān)測點(diǎn)，每天設(shè)置專人觀測城墻外觀和監(jiān)測點(diǎn)情況并做好原始記錄。記錄日期從施工前開始直至盾構(gòu)作業(yè)脫離影響區(qū)，且地表滯后變形漸趨穩(wěn)定的整個期間內(nèi)跟蹤測量與監(jiān)測。 2)為了滿足測量精度，選用精密水準(zhǔn)儀及配套的銦鋼尺進(jìn)行觀測，基準(zhǔn)點(diǎn)和沉降點(diǎn)按國家二等水準(zhǔn)測量的技術(shù)要求施測，觀測時專人負(fù)責(zé)，每次觀測線路相同。3)監(jiān)測頻率視施工進(jìn)度及沉降速度而定，正常情況下按規(guī)定頻率進(jìn)行監(jiān)控量測。當(dāng)出現(xiàn)較大的沉降或不均勻沉降時加大監(jiān)測頻率。

4 結(jié)語

1)盾構(gòu)穿越箱涵施工，在沒有任何加固措施的情況下，箱涵會發(fā)生較大沉降而開裂，并伴隨著傾斜。所以必須對箱涵地基進(jìn)行必要的加固措施，才可以保證箱涵不被破壞。2)在盾構(gòu)下穿營運(yùn)鐵路線和公路共用式箱涵的特大風(fēng)險(xiǎn)施工過程中，采用對相應(yīng)范圍內(nèi)的基礎(chǔ)土體進(jìn)行注漿改良，對鐵路鋼軌采用扣軌加固，并確定合理的盾構(gòu)推進(jìn)參數(shù)。3)盾構(gòu)穿越箱涵時，二次擾動對箱涵的影響不容忽視，所以加固范圍應(yīng)沿著箱涵邊緣與盾構(gòu)推進(jìn)方向一致進(jìn)行。

[1] 葉耀東.盾構(gòu)穿越運(yùn)營地鐵隧道施工技術(shù)探討[J].施工技術(shù)，2005(12):97-98.

[2] 李 林.盾構(gòu)隧道下穿既有鐵路信息化施工技術(shù)研究[D].成都：西南交通大學(xué)，2006.

On reinforcement construction technology for earth-pressure balanced shield tunneling through Beijing-Baotou Railway

LI Biao

(TheFourthEngineeringCo.,Ltd,ChinaRailway3rdBureau,Beijing102300,China)

Combining with the engineering example, the paper illustrates the reinforcement technology of shield tunneling through railway box culvert from the railway routine, the routine foundation, and the hind hoop grouting of duct piece, mainly introduces the technical measures for the controlling settlement of the shield through railway in the whole construction process, and analyzes the routine reinforcement and the settlement data inspection in the grouting and consolidation process, so it adjusts the construction parameter and ensure the operation safety of the trains on the shield tunneling through railways.

shield, railway, reinforcement

1009-6825(2014)11-0169-03

2014-01-26

李 彪(1974- )，男，高級工程師

U455.43

A