貴陽地鐵下穿既有鐵路風(fēng)險分析與控制

何曉勇，杜碧濤，劉遠明，張策，馬文榮

（1.中鐵開發(fā)投資集團有限公司，云南 昆明 650500；2.貴州大學(xué)土木工程學(xué)院，貴州 貴陽 550025；3.中鐵八局集團第三工程有限公司，貴州 貴陽 550001）

新建隧道穿越的既有鐵路結(jié)構(gòu)主要有地面鐵路路基、地上鐵路橋梁和地下鐵路隧道3 類情況?，F(xiàn)今為止已有不少學(xué)者針對這3 類下穿工況采取的措施進行了研究[1-6]。在下穿既有鐵路路基方面，西安地鐵一號線盾構(gòu)下穿時隴海鐵路時，對下穿段地質(zhì)薄弱細(xì)砂層采用帷幕注漿與加固注漿施工工藝進行路基預(yù)加固處理，將隴海鐵路線路最大沉降變形控制在了5mm 以內(nèi)[4]；在穿越既有橋梁樁基方面，濟南市雙線明挖隧道和雙線盾構(gòu)隧道先后下穿既有鐵路橋梁時，呂昌懷等[5]通過數(shù)值模擬研究了采用隔離樁和不采用隔離樁兩種方案下鐵路橋梁的橋墩、橋樁位移變化規(guī)律，結(jié)果表明隔離樁對變形的控制有顯著效果。

貴陽軌道交通3 號線花果園西站-花果園東站區(qū)間隧道穿越貴廣高鐵橋梁和川黔鐵路路基兩條鐵路線，周邊環(huán)境極其復(fù)雜，施工風(fēng)險較大。通過風(fēng)險分析，確定風(fēng)險因素，并采取了合理的施工方案。隧道下穿鐵路時采用管棚+小導(dǎo)管預(yù)支護為主的施工技術(shù)。橋墩位移和路基沉降監(jiān)控量測值控制在允許范圍內(nèi)。該風(fēng)險分析方法及采用的施工控制措施可為類似工程提供參考。

1 工程概況

貴陽市軌道交通3 號線一期工程沿南北向縱貫貴陽市主城區(qū)，線路全長40.86km，花果園西站～花果園東站（以下簡稱花花區(qū)間）為礦山法施工區(qū)間。該區(qū)間左、右線均為單洞單線結(jié)構(gòu)，隧道斷面為6.52m（寬）×7.17m（高）的馬蹄形。

區(qū)間隧道于遵義中路西側(cè)YDK29+300～YDK29+365(ZDK29+300～ZDK29+365）里程下穿貴廣高鐵橋梁和川黔鐵路，下穿位置現(xiàn)場地表情況如圖1 所示。

圖1 下穿鐵路段地表情況示意圖

2 主要風(fēng)險辨識與分析

2.1 下穿川黔鐵路

區(qū)間隧道于YDK29+325～YDK+335 里程下穿川黔鐵路。該段鐵路為單線普速鐵路，時速75km/h，碎石道床，鋼筋混凝土軌枕，60kg/m 鋼軌，鐵路與隧道交叉角度為69°，下穿位置地表情況見圖2。該鐵路路基底面距離隧頂豎向最小凈距約10.3m，對于埋深較淺的下穿工程而言，如果隧道建設(shè)時沒有采用恰當(dāng)?shù)氖┕ぜ夹g(shù)和沉降控制措施，極易使地層和路基產(chǎn)生較大沉降，導(dǎo)致軌道嚴(yán)重變形，致使列車運營時發(fā)生脫軌。

圖2 下穿鐵路段平面位置示意圖

2.2 側(cè)穿貴廣高鐵橋樁

區(qū)間隧道在下穿川黔鐵路施工段處，也側(cè)穿貴廣高速鐵路橋28#墩及29#墩下方樁基，該跨為連續(xù)梁，跨度60m（計至梁縫）。28#墩樁徑為1.5m，樁長8m，樁基距隧道水平最小凈距約7.7m；29#墩樁徑為1.5m，樁長18m，樁基距隧道水平最小凈距約4.0m，隧道與橋樁剖面關(guān)系如圖3 所示。

圖3 隧道側(cè)穿貴廣高鐵橋樁剖面圖

隧道開挖產(chǎn)生的臨空面有可能導(dǎo)致圍巖土體向隧道內(nèi)側(cè)移動，致使橋墩產(chǎn)生橫向傾斜，運營高速列車動荷載的擾動也會加劇樁基的沉降與傾斜，最終影響橋面平順性造成不利影響。

2.3 風(fēng)險分析

該隧道下穿貴廣高鐵橋和川黔鐵路區(qū)段具有較高的地質(zhì)和環(huán)境風(fēng)險，風(fēng)險評估為一級風(fēng)險源。

3 施工控制措施

3.1 施工方案

考慮到隧道斷面尺寸不大，并且隧道洞身大部分還是位于較為堅硬的巖層中；隧道在整個下穿段僅采用管棚+小導(dǎo)管預(yù)支護施工技術(shù)。為了降低施工對周邊環(huán)境的擾動，除部分懸臂掘進機無法施工的位置采用機械冷鑿以外，其余均采用懸臂掘進機進行開挖，如圖4 所示。

圖4 懸臂掘進機

由于隧道斷面較小，考慮到掘進機空間作業(yè)的便捷性和對圍巖擾動程度，區(qū)間隧道采用二臺階法施工，上下臺階高度分別為6m 和1.17m。

3.2 控制措施

對于該區(qū)間隧道下穿施工如下控制措施：

（1)穿越段采用加強型復(fù)合式襯砌，襯砌斷面相應(yīng)的支護參數(shù)見表1。

表1 加強型復(fù)合式襯砌支護參數(shù)表

（2）在左隧拱頂180°范圍內(nèi)、右隧拱頂180°范圍內(nèi)施作φ159 大管棚（內(nèi)設(shè)4 根18mmHRB400 鋼筋制成的鋼筋籠）+φ42 超前注漿小導(dǎo)管進行預(yù)支護，大管棚采用跟管鉆進技術(shù)進行施工，以防止因管棚鉆孔引起的變形。

（3）采用臺階法開挖，上臺階每循環(huán)開挖支護進尺不得大于一榀鋼架間距；邊墻開挖左右錯進，進尺不得大于兩榀鋼架；仰拱開挖前必須完成鋼架鎖腳錨桿；設(shè)置橫向臨時支撐或臨時仰拱。

（4）隧道開挖、初期支護、二次襯砌采取交替進行，逐段推進的施工工序，洞身開挖后及時進行初期支護，挖一榀支一榀且封閉成環(huán)，當(dāng)初期支護達到一個二襯施作長度時，立即停止開挖并封閉掌子面，及時施作二襯。

（5）施工時兩隧應(yīng)錯開施工，左隧先行，其掌子面錯開5 倍洞徑以上且在基礎(chǔ)正下方施工時，必須保證二村混凝土達到設(shè)計強度的80%后方可進行下一步開挖。

（6）加強對鐵路路基的沉降、裂縫開展情況的監(jiān)測；加強橋面沉降、橋墩沉降、傾斜監(jiān)測；加強洞內(nèi)拱頂沉降、水平收斂等監(jiān)測。若有異常，應(yīng)暫停施工，立即封閉掌子面，施作洞內(nèi)臨時支撐，限制洞內(nèi)變形，并通知各方進行處理，確保結(jié)構(gòu)安全。

3.3 控制效果

在橋梁和鐵路路基設(shè)置監(jiān)測點進行施工監(jiān)測?，F(xiàn)場監(jiān)測顯示施工過程中橋墩最大沉降位移發(fā)生在距離隧道最近的29#橋墩監(jiān)測點，為-2.38mm，滿足《公路與市政工程下穿高速鐵路技術(shù)規(guī)程》[7]3mm 的控制要求。鐵路路基最大沉降值發(fā)生在隧中心線上方，為-5.55mm，同樣滿足10mm 的控制要求。

4 結(jié)論

對貴陽軌道交通3 號線花果園西站-花果園東站區(qū)間隧道穿越貴廣高鐵橋梁和川黔鐵路路基進行風(fēng)險分析，采用合理的施工方案和控制措施，取得了很好的控制效果。主要結(jié)論如下：

（1）貴陽3 號線地鐵隧道下穿貴廣高鐵橋和川黔鐵路區(qū)段具有較高的地質(zhì)和環(huán)境風(fēng)險。

（2）隧道斷面尺寸不大，洞身大部分位于較為堅硬的巖層中，下穿段采用懸臂掘進機法施工、采用管棚+小導(dǎo)管預(yù)支護為主的施工技術(shù)是合理的方案。

（3）下穿施工過程中橋墩最大沉降位移發(fā)生為-2.38mm；鐵路路基最大沉降值發(fā)生在隧中心線上方，為-5.55mm；滿足沉降控制要求。