臨近既有線盾構隧道施工技術及安全影響研究

王 曉 靖

(杭州地方鐵路開發有限公司，浙江 杭州 310000)

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臨近既有線盾構隧道施工技術及安全影響研究

王 曉 靖

(杭州地方鐵路開發有限公司，浙江 杭州 310000)

以寧波軌道交通3號線下穿杭深線工程為背景，通過數值模擬的方法，對盾構隧道下穿既有鐵路的施工技術和安全性影響進行了分析，研究結果表明，在盾構推進期間，將地層損失率控制在0.8%及以下的情況時，由沉降導致的軌道不平順沒有超過限值，施工中可以不采用主動加固措施，但需采取其他防護措施以確保鐵路行車安全。

盾構隧道，鐵路，路基沉降，軌道

城市軌道交通建設中，常常會遇到地鐵隧道下穿既有鐵路的情況。對于既有鐵路，盾構隧道下穿施工時，產生的地層位移會導致上方鐵路線路的變形，而軌道不平順會使輪軌間的相互作用力增大，對鐵路的行車安全性造成不可忽視的影響。

1 工程概況

1.1 寧波3號線一期工程概況

寧波市軌道交通3號線一期由陳婆渡站至甬江北站，線路長16.83 km。其中，永達路—兒童樂園區間隧道下穿寧波站至寧波東站之間的杭深鐵路，平面交角約84°。

下穿節點處軌道交通3號線為盾構隧道，處于曲線段，曲線半徑為450 m，與杭深鐵路的交角約為84°；隧道下穿杭深鐵路寧波東站西咽喉區。隧道頂部埋深約25.0 m，隧道所處土層為⑤2粉質粘土層和⑤3粉土層。隧道采用C50鋼筋混凝土預制管片單層襯砌，錯縫拼裝，管片外徑為6.2 m，內徑為5.5 m，厚度為0.35 m，抗滲等級為P12，管片之間及管片環之間均采用斜螺栓連接。

1.2 既有鐵路概況

杭深鐵路為Ⅰ級雙線鐵路，正線線間距5.3 m，速度目標值140 km/h，下穿范圍內采用自動閉塞、跨區間無縫線路和有砟軌道，地基采用φ500 mm旋噴樁或φ400 mm預應力管樁加固(樁底標高約-22.0 m)。

2 設計方案

寧波市軌道交通3號線線路出永達路站后向北下穿后盛村、機電物資市場后下穿鐵路，下穿節點處軌道交通3號線為盾構隧道，處于曲線段，曲線半徑為450 m，隧道頂部埋深約25.0 m。下穿處位于寧波東站的西咽喉區，將有三組道岔受到盾構隧道施工的影響，區間隧道與鐵路交角為84°，下穿節點平面圖如圖1所示。下穿范圍內鐵路基礎為500 mm旋噴樁和400預應力管樁(樁底標高為-22.0 m)。區間隧道頂部埋深約25.0 m，與鐵路樁底凈距為1.5 m，在土質較好的粉質粘土層⑥1層和⑥2層中通過。

考慮到下穿位置處的鐵路情況復雜，通行動車組的線路對軌道變形要求較高，且本工程位置處為車站咽喉區，道岔密集，最初的設計方案中提出在盾構下穿實施之前采取對鐵路路基進行注漿預加固。

盾構通過前在鐵路及其附屬設備下采用旋噴及注漿的預加固措施。首先在鐵路南北兩側路基坡腳處從地面各打2排φ0.6@0.45 m旋噴樁封堵墻，然后對鐵路下部土體打入斜向袖閥管道進行注漿。注漿加固平面范圍南北向距離鐵路4.2 m，東西向離開隧道邊緣12 m，加固范圍為路基墊層10 m以下及盾構管片3 m以上約12 m厚的土體。

3 盾構隧道施工對鐵路運營安全的影響

根據區間隧道與杭深鐵路的相對位置關系，采用巖土有限元軟件Plaxis 3D建立了下穿杭深鐵路節點附近約100 m范圍的區域三維模型進行數值計算分析。按照最不利工況將列車荷載施加于結構模型，根據隧道穿越土層工程性質、線路線形和相關工程經驗確定隧道開挖引起的地層損失率，然后分步開挖模擬分析盾構施工對路基變形與上方軌面變形的影響，模型如圖2所示。

整個隧道施工過程模擬按照實際施工順序分步開挖，先施工右線隧道，再施工左線隧道，選定開挖過程中具有特征性的8個工況：工況1：右線隧道掘進至本側路基邊緣；工況2：右線隧道掘進至路基中心；工況3：右線隧道掘進至對側路基邊緣；工況4：右線隧道貫通；工況5：左線隧道掘進至本側路基邊緣；工況6：左線隧道掘進至路基中心；工況7：左線隧道掘進至對側路基邊緣；工況8：左線隧道貫通。

施工模擬時，考慮到施工過程中掘進面土壓平衡的控制、各項施工參數的控制、盾構姿態的控制和同步注漿效果等等，均會對地層損失率造成影響，分別設置了0.5%，0.8%和1.0%的地層損失率進行分析。

3.1 路基沉降分析

通過數值分析，得到不進行地基加固時地層損失率分別為0.5%，0.8%和1.0%時杭深鐵路路基頂面的沉降分布曲線，分別對應了盾構隧道施工質量非常好、較好和不好時對杭深鐵路路基頂面的影響，其結果如表1所示。

表1 不同地層損失率下的路基頂面沉降 mm

由三種地層損失率情況下的數值計算可知，當盾構隧道施工質量非常好，地層損失率嚴格控制在理論值左右(0.5%)及當隧道施工質量較好，地層損失率稍高于理論值時(0.8%)，路基頂面沉降滿足路基頂面沉降控制要求。當隧道施工質量不好，地層損失率明顯偏大時(1.0%)，杭深鐵路路基頂面沉降量不能保證鐵路行車安全，所以在施工下穿節點時，應注意避免大幅度糾偏引起的超挖等問題。

3.2 軌道高低不平順分析

本項目下穿節點位于杭深鐵路寧波東站西咽喉區，其軌道高低不平順，不應超過5 mm。將不同地層損失率下高低不平順的計算結果進行匯總，其高低不平順最大值發展曲線如圖3所示。

三種地層損失率下，8個工況中杭深鐵路軌道高低不平順最大值分別為0.17 mm，0.24 mm，0.25 mm，均小于限值5 mm，滿足軌道水平不平順控制要求。

3.3 軌道水平不平順分析

根據相關要求，本項目軌道水平不平順不應超過5 mm。將不同地層損失率下水平不平順的計算結果進行匯總，其水平不平順最大值發展曲線如圖4所示。

三種地層損失率下，8個工況中杭深鐵路軌道水平不平順最大值分別為0.13 mm，0.22 mm，0.27 mm，均小于限值5 mm，滿足軌道水平不平順控制要求。

4 結語

通過以上對本工程施工技術及安全性影響的分析，結合類似工程的施工經驗得出如下結論：

1)當隧道施工引起的地層損失率分別為0.5%(質量非常好)，0.8%(質量較好)和1.0%(質量不好)時，杭深鐵路路基頂面最大沉降量分別為3.06 mm，4.76 mm和6.07 mm，可見施工質量不好時產生路基頂面沉降不能滿足行車安全要求，因此必須對施工質量重點控制。盾構施工引起的軌道高低不平順分別為0.17 mm，0.24 mm和0.25 mm，水平不平順分別為0.13 mm，0.22 mm和0.27 mm，滿足杭深鐵路道岔區軌道幾何狀態經常保養要求。

2)本項目位于寧波地區，杭深鐵路的樁板復合地基承載力主要來自樁周土(主要為粘性土)的側摩阻力，結合以往寧波地區的施工經驗可知，注漿加固施工可能會破壞粘性土的結構性，導致鐵路地基承載力降低。考慮到通過控制施工質量可以將鐵路線路的變形控制在限值內，可以不對此區域采取主動加固措施。但為了保證鐵路運營安全，應在盾構穿越鐵路期間加強線路變形監測，并準備足量的道砟、軌道或便梁，一旦監測發現線路沉降過大，可及時采取扣軌、架設臨時便梁、起道填砟等措施確保鐵路的正常運營。

3)盾構隧道下穿節點靠近車站和曲線，下穿前應注意盾構機姿態的控制，避免下穿過程中過大的盾構機姿態調節引起的超挖和沉降問題。同時，在盾構推進過程中應及時、足量的同步注漿及二次注漿，以控制地層損失率，減小施工對鐵路的影響。

4)考慮到盾構施工過程中的不可預估因素，為了保證杭深鐵路運行的安全性和舒適性，施工期間杭深線列車運行速度措施應限制在60 km/h以下，并且上下行隧道分期施工。

5)考慮到軟土地區沉降發展較為緩慢，對杭深鐵路的監測應自盾構下穿開始，至施工結束后至少一個月變形穩定為止，做好沉降量意外超限后的抬道補砟和扣軌等應急預案。

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On shield tunnel construction technique and safety influence on nearby existing lines

Wang Xiaojing

(Hangzhou Regional Railway Development Co., Ltd, Hangzhou 310000, China)

Taking the undercrossing Hangzhou-Shenzhen Railway project of No.3 Line of Ningbo rail traffic as the example, the paper analyzes the construction technique and safety influence of the shield tunnel’s undercrossing existing railway according to the numeric simulation method, proves by the research result that the ground loss ratio can be controlled less than 0.8% during the shield advance, and the rail irregularity caused by the settlement is within the limited value, indicates the active consolidation measures can not be adopted, but other protection measures can be adopted, so as to ensure the railway traffic safety.

shield tunnel, railway, roadbed settlement, rail

1009-6825(2016)12-0175-03

2016-02-16

王曉靖(1989- )，男，助理工程師

U455

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