盾構隧道下穿高速鐵路運營線路路基段的施工技術

王吉永

（江蘇盛華工程監理咨詢有限公司，221006，徐州∥高級工程師）

盾構隧道下穿高速鐵路運營線路路基段的施工技術

王吉永

（江蘇盛華工程監理咨詢有限公司，221006，徐州∥高級工程師）

結合蘇州廣濟路地下空間人防配套設施工程（火車站站至三醫院站區間隧道）成功穿越運營中滬寧城際高速鐵路和京滬普速鐵路工程實例，從組織機構保障、施工方案編審、地基加固、沉降控制標準確定、土倉壓力控制等15個方面，論述了盾構穿越高速鐵路施工過程中的關鍵控制點，總結得出盾構隧道下穿運營中高速鐵路技術的幾個重要結論，包括對高速鐵路的保護措施、沉降控制標準的確定、盾構土倉壓力的控制、同步注漿及二次注漿等。

地鐵；盾構隧道；既有高速鐵路；穿越

Author's address Jiangsu Shenghua Engineering Supervision Consulting Co.，Ltd.，221006，Xuzhou，China

高速鐵路運營速度快，輸送旅客多，地鐵隧道在穿越高速鐵路施工時存在較大的安全風險。為了保證隧道穿越安全，施工中有很多關鍵的技術工作必須做好。本文結合蘇州廣濟路地下空間人防配套設施工程（火車站站至三醫院站區間隧道）成功穿越蘇州火車站站場工程實例，探討盾構隧道穿越高速鐵路的關鍵控制技術。

1　工程概況

火車站站—三醫院站盾構區間從三醫院站出發，沿廣濟路向西延伸右轉穿越蘇州火車站站場后，到達蘇州火車站站。區間右線總長1 360.436 m，左線總長1 344.446 m，設兩處聯絡通道。隧道埋置于中密狀④3粉土或粉砂層，軟～流塑狀④5粉質黏土層中。本區間隧道采用2臺盾構機自三醫院站向火車站站場方向推進，下穿的鐵路線路包括滬寧城際鐵路區域的3條京滬普速過渡線、滬寧城際鐵路2條正線（線路設計速度250 km/h，采用CRTS I型板式無砟軌道）和4條到發線（采用有砟軌道）。左線過鐵路后，沿著城際鐵路外側圍墻向火車站西風井推進；右線過鐵路后，沿著鐵路圍墻外側道路下方向火車站西風井推進。火車站站場段盾構隧道左右線分別為右轉的R400 m、R410 m曲線，左右線的水平中心間距為13.7 m，縱斷面處于上坡線路上。穿越鐵路段隧道線路自大里程至小里程，覆土厚度由深至淺，約從18.8 m到12.9 m。盾構隧道下穿鐵路線路及預加固平面圖見圖1。

2　隧道穿越高速鐵路施工過程關鍵控制點

（1）組織機構保障。施工前組建了蘇州地鐵2號線盾構穿越蘇州站站場聯合指揮部，其包括上海鐵路局東華公司、上海鐵路局公務段、上海鐵路局高鐵部、上海鐵路局蘇州站、同濟大學、蘇州軌道交通有限公司、江蘇盛華工程監理咨詢有限公司、中鐵十九局等相關單位。聯合指揮部負責指揮穿越施工各項事宜，包括各方協調、信息溝通共享、現場指揮控制等。

圖1　盾構隧道下穿鐵路線路及預加固平面圖

（2）地質條件及周邊環境調查。盾構隧道穿越鐵路前根據地質勘察報告進行現場調研，確定穿越范圍周邊區域存在的建（構）筑物、地下管線等的具體情況，包括平立面位置、基礎形式、埋置深度、水文地質等詳細信息。

（3）施工方案編審。編制有針對性的穿越火車站站場專項施工方案并進行專家評審。本專項方案于2011年6月11日召開了專家評審會，邀請中國工程院院士王夢恕等5位資深專家進行方案評審，形成了技術咨詢專家指導意見，論證后方案報監理單位、軌道公司及上海鐵路局批準。

（4）地基加固及板樁保護。在盾構隧道穿越高速鐵路施工前，完成對高鐵段的地基加固并檢測合格。為了確保盾構穿越火車站站場期間鐵路運營安全，本項目建設單位蘇州軌道交通有限公司專門委托上海鐵路局東華公司對火車站站場提前進行地基加固。地基加固采用三軸攪拌樁和袖閥管注漿相結合的方案進行。經檢測，穿越高鐵前加固體無側限抗壓強度已大于1 MPa的設計要求。由于滬寧城際鐵路正線的沉降控制要求較高，在原加固方案的基礎上對城際鐵路正線下方采取了加強保護措施，即采用“板+樁”保護方案。并在板下方埋設注漿管，以便在盾構掘進及后期沉降過程中進行跟蹤注漿。城際鐵路正線下“板+樁”保護剖面圖詳見圖2。

圖2　城際鐵路正線下板樁剖面圖

（5）沉降控制標準的確定。確定沉降預警值、報警值和控制值，是本次盾構穿越高速鐵路施工的重點和難點工作。由于盾構穿越運營中的高速鐵路技術此前并未成熟，可供借鑒的經驗幾乎沒有，而本次穿越施工必須保證高鐵運營安全，責任重大，所以在確定沉降監測控制標準時特別慎重。經同濟大學研究，上海鐵路局審批及專家論證，滬寧城際鐵路正線線路沉降控制必須同步跟進實時監測。線路沉降控制標準定為：每天隆起與沉降±1 mm作為預警值，每天隆起與沉降±2 mm作為報警值，施工期鐵路線路方向24 m范圍內最大沉降不得超過5 mm。對滬寧城際正線“板+樁”保護結構，板樁的沉降控制在2 mm以內，可滿足高鐵安全運營要求。

（6）盾構機改造。為保證穿越鐵道安全，對原采用的小松盾構機的配置進行了相應改造。改造內容包括刀盤刀具、注漿泵、螺旋機閘門等。改造后盾構機的性能指標如下：①盾構機額定扭矩大于5 147 k N·m，額定推力37 730 k N；②盾構機刀盤采用面板式，開口率為40%；③盾構機刀盤配備了66把大先行刀、12把小先行刀、78把刮刀；④螺旋輸送機配備了2道防水閘門；⑤將原日本PA-30C同步注漿泵更換為德國施維英注漿泵（功率大，不易堵管）；⑥刀盤上有5個添加劑注入口，在必要時可注入泡沫等；⑦盾尾密封3道，密封刷采用知名品牌；⑧土倉內裝有4個土壓計。

（7）掘進參數初步確定及盾構機檢查。在下穿鐵道之前，盾構機首先下穿了南一村大量一至三層民房建筑及外城河，從而積累了大量的盾構掘進經驗數據，初步確定了穿越段盾構機各項掘進參數。在進入鐵道區域前，對盾構機進行了全面的檢查驗收，以保證穿越期間不出現故障停機。

（8）列車限速。為確保滬寧城際鐵路安全運營，盾構推進至距城際鐵路正線30 m時，對正線列車限速120 km/h，并根據沉降觀測數據變化情況適時調整。

（9）土倉壓力控制。按照土倉壓力公式P= K0（rh+q）計算。其中，土的側向靜止土壓力系數K0加權平均后取0.5，土的平均容重r取19.5 k N/m3，隧道埋深h在穿越鐵道段為12.9～18.8 m，q為地面荷載。結合土體加固和地面行車等情況對計算出的土倉壓力進行實時調整，盾構穿越鐵道段實際推進時的土倉壓力控制值為0.23～0.29 MPa。

（10）推力和掘進速度控制。根據實際地質情況和加固處理后的效果，盾構在穿越高鐵段頂進時的推力控制在13 000 kN。盾構在穿越蘇州站站場地基加固范圍時推進速度控制在2 cm/min，穿越普速鐵路段時每日推進速度嚴格控制在6環以內，穿越滬寧城際高鐵正線時每日推進速度控制在4環以內。

（11）同步注漿及二次注漿。同步注漿漿液采用準厚漿，配合比為：水：黃砂：粉煤灰：膨潤土：消石灰：減水劑=530 kg：800 kg：400 kg：70 kg：60 kg：2 kg。同步注漿量為3.8 m3/環。二次注漿漿液采用水泥水玻璃雙液漿，配比為：水：水玻璃= 3：1（質量比），水泥漿水灰比=1：1（質量比），水泥漿：水玻璃漿液=1：1（體積比）。

（12）泡沫劑和盾尾油脂注入。穿越鐵道加固區施工期間，土體較干燥，每環加入泡沫劑50 kg以改善土倉內土體性能，防止螺旋輸送機堵塞。盾尾油脂每環注入量為50 kg，保證穿越鐵道期間盾尾密封良好，無漏漿漏水現象發生。

（13）盾構姿態控制。除采用盾構機自身的ROBOTEC測量系統進行自動測量外，施工和監理單位專業測量人員定期對盾構姿態及已成型隧道軸線進行測量復核。在盾構下穿站場加固區時，適當開啟超挖刀，以保持盾構姿態盡量與軸線平行；發現偏差時，及時調整盾構姿態進行糾偏。姿態調整遵循小糾偏、勤糾偏、提前糾偏的原則。

（14）監測與安全監護。盾構穿越高鐵施工期間進行監測和安全監護的單位包括同濟大學、上海工務段、上海鐵路局高鐵部、中鐵十九局等。其中，同濟大學采用的有棱鏡全站儀（NET05）自動監測方法，可自動照準目標，初始化后可以自動觀測。監測數據實時采集；鐵路客運專線每天進行列車添乘檢查；監測和安全監護單位所采集的數據共享；每天召開各方參加的聯合指揮部會議，及時反饋各方數據信息。

（15）應急管理體系建設。主要體現在應急預警系統和應急預案的建立方面。監測預警、安全監護測量預警、添乘檢查值預警、計算機數據預警分析等均屬應急預警系統。應急預案針對風險事件發生后的應急管理，能夠增強對突發性風險事件的應急處理能力，是防止損失擴大和風險事件惡化的重要保證。聯合指揮部在盾構穿越鐵道施工前制訂了詳盡的應急預案，準備了充分的應急物資，并進行了應急演練和總結，以確保在緊急情況出現時能夠及時啟動相應預案。

3　結語

本區間隧道右線盾構于2011年11月11日開始正式穿越鐵路，2011年12月2日順利完成穿越，歷時22 d，環號為第876環至第990環，共計115環。區間隧道左線盾構于2011年11月26日開始正式穿越鐵路，2011年12月25日順利完成穿越，歷時30 d，環號為第887環至第1 030環，共計144環。穿越段鐵路線穩定后監測數據累計值為：滬寧城際鐵路正線（高速線）沉降最大值為-0.7 mm，隆起最大值為+0.4 mm；滬寧城際鐵路到發線沉降最大值為-3 mm，隆起最大值為+1 mm；京滬鐵路普速線沉降最大值為-4 mm，隆起最大值為+2 mm。監測數據均達到了沉降控制標準要求，盾構成功穿越滬寧城際鐵路高速線、京滬鐵路普速線共9條線路。經過近2年的觀察，未發現工后沉降超標等異常現象，各條鐵路線路運行良好。

筆者通過本次盾構成功穿越運營中高速鐵路客運專線及普速鐵路線，得出以下結論：

（1）滬寧城際正線處于樁板結構的保護下，其監測變形數據比滬寧城際到發線和京滬普速鐵路線小得多，說明樁板加固在盾構穿越鐵道時作用效果明顯。

（2）制訂的每天隆起與沉降±1 mm作為預警值，每天隆起與沉降±2 mm作為報警值，鐵路線路方向24 m范圍內最大沉降不得超過5 mm，城際高鐵正線“板+樁”保護結構的板樁沉降控制在2 mm以內的控制標準，經實踐驗證能夠滿足下穿運營中高速鐵路的安全要求。

（3）土倉壓力控制是土壓平衡盾構穿越鐵路線路時的關鍵控制因素。穿越鐵路段設置合理的土倉壓力，可使刀盤前方土層僅有很微小的隆起，隨著盾構機通過，土體固結，隆起值回落并逐漸趨于穩定。

（4）加強同步注漿和二次注漿量的控制是沉降控制的關鍵。特別是同步注漿，能夠及時填充盾尾間隙，直接減少盾構掘進引起的地層損失，對控制地層沉降效果直接。

盾構穿越運營中的高速鐵路施工風險大、難度高，在盾構掘進過程中一定要統籌規劃，全面管理，主動控制，遵循盾構施工“組織管理有序、機械保養有序、信息管理有序，土倉壓力平衡、注漿壓力平衡、注漿量與進尺平衡，盾構掘進姿態平穩、管片拼裝平穩、推進速度平穩”的三有序、三平衡、三平穩的原則，才能達到穿越施工的目標控制要求。

［1］ 王夢恕.中國隧道及地下工程修建技術［M］.北京：人民交通出版社，2010.

［2］ 陳饋，洪開榮，吳學松.盾構施工技術［M］.北京：人民交通出版社，2009.

［3］ 程雄志.地鐵盾構下穿高速鐵路情況下的路基加固與軌面控制［J］.城市軌道交通研究，2013（2）：89.

Construction Technology of Subway Schield Tunneling Crossing under High-speed Railway

Wang Jiyong

Based on the construction project for civil air defense facilities in underground space of GuangJi Road in Suzhou City，that crosses under Shanghai-Nanjing Intercity High-speed Railway and Beijing-Shanghai normal railway，the vital control points during the process of shield tunneling are described from 15 aspects，including organization guarantee，construction scheme，foundation stabilization，earth pressure control，etc.，some important conclusions are drawn about shield tunneling crossing under high-speed railway technology，such as the protection of high-speed railway，control of settlement standards，pressure of shield soil storage control，synchronic and second grouting，and so on.

subway；shield tunnel；existing high-speed railway；crossing

U 455.43

10.16037/j.1007-869x.2015.07.024

2013-10-18）