地鐵穿越高速鐵路專項(xiàng)設(shè)計(jì)

□文 /范明猛

近年來，隨著軌道交通設(shè)施的大規(guī)模發(fā)展，其邊界條件及外部環(huán)境越來越復(fù)雜[1]，盾構(gòu)施工容易引起地面沉降和變形，高速鐵路運(yùn)行對(duì)路基沉降要求較高[2]，在盾構(gòu)穿越高速鐵路時(shí)，如何保證高速鐵路運(yùn)行安全是一個(gè)值得研究的重要課題[3]。本文以天津地鐵6號(hào)線北西區(qū)間下穿京滬高速鐵路為實(shí)例，進(jìn)行專項(xiàng)設(shè)計(jì)研究，提出盾構(gòu)下穿高速鐵路需要采取的保護(hù)措施。

1 工程概況

天津地鐵6號(hào)線北西區(qū)間采用盾構(gòu)法施工，區(qū)間平面由半徑為350 m的曲線、緩和曲線及直線構(gòu)成，主體結(jié)構(gòu)為由管片錯(cuò)縫拼裝而成的環(huán)形結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)內(nèi)徑為5.50 m，管片厚度為0.35 m，環(huán)寬1.20 m，環(huán)間通過螺栓連接。盾構(gòu)從北竹林站端頭出發(fā)，在里程1K16+37.833～DK15+814.781范圍內(nèi)穿越京滬高速，然后從西站站接收。見圖1。

圖1 北西區(qū)間與京滬高鐵位置關(guān)系

2 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)與控制指標(biāo)

下穿京滬鐵路風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)的環(huán)境設(shè)施重要性類別為重要設(shè)施，環(huán)境影響接近度分區(qū)為非常接近。綜合考慮采用盾構(gòu)法施工且覆土厚度較大，穿越線路為有砟軌道路基段，確定本風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為Ⅰ級(jí)。

本段京滬鐵路為碎石道床線路，既有鐵路路基、軌道控制指標(biāo)參考數(shù)值見表1。

表1 既有鐵路路基、軌道控制指標(biāo)參考

3 影響計(jì)算及分析

1）承載力影響：盾構(gòu)穿越過程中，影響路基下土體承載力。由于盾構(gòu)機(jī)外殼與土體、管片與土體存在間隙以及注漿的不及時(shí)和漿液自身的收縮，導(dǎo)致土體產(chǎn)生地層損失，引起地層產(chǎn)生沉降，影響路基下土體承載力[4]。

2）變形影響：盾構(gòu)穿越導(dǎo)致土體的隆起或沉降，進(jìn)而導(dǎo)致鐵路路基、周邊樁基的沉降變形[5]。

經(jīng)過建立模型進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，分為無洞內(nèi)注漿加固和二次深孔注漿加固兩種工法。見圖2和表2。

圖2 數(shù)值分析模型

表2 數(shù)值模擬結(jié)果 mm

由表2可知，盾構(gòu)隧道施工在采取洞內(nèi)二次深孔加強(qiáng)注漿后，盾構(gòu)下穿對(duì)鐵路的影響有一定的控制作用，但已達(dá)預(yù)警值。

4 主要保護(hù)措施

1）施工前：做好勘探及核查，核查既有鐵路設(shè)備、管線（電纜、光纜等）并做好監(jiān)測(cè)工作；穿越前，對(duì)穿越段地下做詳盡地下勘探，徹底摸清地下障礙物情況，排除意外因素；認(rèn)真對(duì)盾構(gòu)機(jī)刀盤、注漿系統(tǒng)、密封系統(tǒng)、推進(jìn)千斤頂及監(jiān)控系統(tǒng)等設(shè)備檢查，確保穿越過程中設(shè)備無故障，進(jìn)行連續(xù)施工。

2）盾構(gòu)洞內(nèi)控制措施：盾構(gòu)推進(jìn)過程中做好盾構(gòu)推進(jìn)參數(shù)控制；盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)控制在鐵路下糾偏坡度＜±1‰，平面偏差＜15 mm，一次糾偏量＜5 mm；推進(jìn)速度1.5～3 cm/min；同步注漿做到“及時(shí)、足量”；二次注漿在管片出盾尾5環(huán)后開始；倉(cāng)內(nèi)壓力要平衡、穩(wěn)定且不宜過大；嚴(yán)格按理論出土量控制，偏差不超過2 m3/環(huán)；二次深孔加強(qiáng)注漿要做到多點(diǎn)、低壓、多次，降低注漿壓力影響；注漿擴(kuò)散半徑約2～3 m，注漿壓力為0.2～0.3 MPa，注漿壓力與注漿量雙控，根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)情況有選擇注漿。

3）下穿京滬鐵路段3-5-3扣軌加固：加固范圍為盾構(gòu)中線兩側(cè)各25 m的鐵路。按照先裝后拆、后裝先拆的順序拆除臨時(shí)扣軌，回填道砟，加強(qiáng)線路養(yǎng)護(hù)，直至各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)穩(wěn)定且無不良變化。

4）推進(jìn)試驗(yàn)段及模擬監(jiān)測(cè)段：盾構(gòu)推進(jìn)到距離穿越鐵路節(jié)點(diǎn)前設(shè)置盾構(gòu)推進(jìn)試驗(yàn)段及盾構(gòu)推進(jìn)模擬段（100 m）。在推進(jìn)試驗(yàn)段內(nèi)，盾構(gòu)推進(jìn)模擬過鐵路節(jié)點(diǎn)推進(jìn)條件進(jìn)行盾構(gòu)推進(jìn)，采集相關(guān)參數(shù)指標(biāo)，以便調(diào)整盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)。在推進(jìn)試驗(yàn)段內(nèi)，需由相關(guān)資質(zhì)的第三方監(jiān)控量測(cè)單位進(jìn)行監(jiān)測(cè)量測(cè)的布點(diǎn)及數(shù)據(jù)采集工作，以便指導(dǎo)盾構(gòu)穿越鐵路節(jié)點(diǎn)的施工。

5 結(jié)語

本文以天津地鐵6號(hào)線北西區(qū)間下穿京滬高鐵為實(shí)例，從設(shè)計(jì)層面運(yùn)用數(shù)值分析對(duì)盾構(gòu)下穿高速鐵路時(shí)路基沉降進(jìn)行模擬分析并提出盾構(gòu)穿越高速鐵路應(yīng)該采取的保護(hù)措施，為后續(xù)盾構(gòu)穿越高速鐵路的工程提供了設(shè)計(jì)思路。