盾構(gòu)施工法在軟土地層穿越既有鐵路施工中的應(yīng)用

張 寧 上海鐵路局建設(shè)管理處

盾構(gòu)施工法在軟土地層穿越既有鐵路施工中的應(yīng)用

張 寧 上海鐵路局建設(shè)管理處

盾構(gòu)施工方法在鐵路隧道施工中得到越來越多的運(yùn)用，不同的地層環(huán)境對盾構(gòu)技術(shù)的要求不盡相同。盾構(gòu)的施工技術(shù)受施工地段的土質(zhì)影響較大，結(jié)合近幾年來的施工案例，從技術(shù)層面對該問題進(jìn)行分析，如何在軟質(zhì)土層中進(jìn)行高質(zhì)量的盾構(gòu)施工，對盾構(gòu)在軟土地層穿越既有鐵路的施工技術(shù)進(jìn)行了深入探討。

盾構(gòu)；既有鐵路施工；軟土層

1　工程案例

1.1工程信息

某鐵道線路上的一段隧道所在地段恰好處在軟土地域，地質(zhì)的特殊決定了施工條件的困難。在這種工程環(huán)境下，應(yīng)合理的采用兩臺盾構(gòu)共同作業(yè)的方法進(jìn)行施工，不僅可以節(jié)省時(shí)間，更重要的是有利于工程推進(jìn)；此次施工期間，使用的盾構(gòu)尺寸如下：6.02 m的長度作為直徑，5.34 m的長度作為盾構(gòu)管片的內(nèi)徑，對應(yīng)的外徑長度設(shè)置在6.2 m，環(huán)的寬度是1.30 m，這些都是為了能夠很好的進(jìn)行施工采用的，在該工程的施工期間，使用盾構(gòu)時(shí)要格外注意穿越既有鐵路時(shí)，重視鐵路建設(shè)的實(shí)際情況，注重施工線路的實(shí)際考察，盡可能減少該工程的施工對既有鐵路正常運(yùn)行的影響，經(jīng)過對該運(yùn)行線路的勘測，將鐵路隧道的頂部埋深為13.6 m。

新形勢下，鐵路在該方面的施工通常會采取雙線四股道的方法，當(dāng)然也可能用其他方法予以輔助。經(jīng)過勘測人員對該施工路段土質(zhì)的采集與檢測，得知該軟土質(zhì)中主要有以下幾種土質(zhì)，有粉質(zhì)土、粘性土以及雜土等多種土，施工不僅多土地表層的情況進(jìn)行了解，同時(shí)也會對地下相當(dāng)深度的情況進(jìn)行了解，經(jīng)過勘測認(rèn)定該段線路下的地下水是潛水，測得其正常靜止水位在0.6 km。其他具體信息大家可以通過圖中讀得，從圖1我們不難看出，為了應(yīng)對工程施工過程中的不定因素，我們務(wù)必將施工區(qū)域的地質(zhì)條件作出科學(xué)有效的探究，從而進(jìn)一步保證施工的安全可靠系數(shù)，另外還能夠減小對線路等周圍環(huán)境的影響，將工程質(zhì)量做到更好。

圖1 穿越外道床結(jié)構(gòu)和地層分布圖

1.2工程風(fēng)險(xiǎn)

利用盾構(gòu)進(jìn)行工程建造的過程是極為復(fù)雜的，即使我們實(shí)際施工之前以及施工時(shí)都在努力搜集信息，最大程度來保證施工質(zhì)量，但是在實(shí)際施工作業(yè)的過程中依舊難以避免突發(fā)事件的發(fā)生，因此對工程進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析是非常有必要的，在這一過程中可以利用先進(jìn)的科學(xué)模型來輔助完成，例如最常用的有限元模型，它主要是以鐵路路基以及實(shí)際施工詳情為基礎(chǔ)，對一定量的應(yīng)力釋放率加以分析，這樣能夠有效推算工程中可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)，對其進(jìn)行預(yù)估，提前做好一定的準(zhǔn)備，防止施工過程中產(chǎn)生大的損失。另外，在該工程的實(shí)際勘測期間，發(fā)現(xiàn)該施工地域有沉降現(xiàn)象，并且利用先進(jìn)儀器和手段測出最大的沉降幅度是6.5 mm，這一點(diǎn)是不符合正常鐵路施工條件的，不過針對這一問題我們有效利用旋噴住加固的技術(shù)來進(jìn)行彌補(bǔ)，有效地將該數(shù)值由上述值降到3.0 mm，下降到了鐵路建造施工標(biāo)準(zhǔn)以下，可以進(jìn)行建設(shè)。從這就不難看出，在利用盾構(gòu)在軟土地上進(jìn)行鐵路建造施工時(shí)需要加固這項(xiàng)作業(yè)，這對之后的工程安全等有很大程度上的保證，最終實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量、短工期的建造施工佳績。

2　探究盾構(gòu)在軟土地層穿越既有鐵路施工的技術(shù)

在利用盾構(gòu)進(jìn)行軟土地層鐵路施工的前期，務(wù)必要做好工程數(shù)據(jù)信息的采集，將信息進(jìn)行科學(xué)合理的歸納和總結(jié)，分析得出最有利的工程設(shè)計(jì)，發(fā)揮該技術(shù)在整個(gè)工程中的關(guān)鍵作用。接下來仍結(jié)合上文所舉案例進(jìn)行分析探討。

2.1工程施工過程中的加固環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)

已知在軟土地上進(jìn)行鐵路工程施工少不了對該地域進(jìn)行加固這道工序，在進(jìn)行加固操作之前，首先要詳細(xì)了解盾構(gòu)在施工時(shí)的穿越實(shí)情，再有序地進(jìn)行加固施工，先對鐵路的路基以及周圍短距離加固施工，這一范圍通常情況下要經(jīng)過嚴(yán)密的計(jì)算得出，該案例中的范圍是40 m×27 m，另外還要注意加固深度，經(jīng)過嚴(yán)密的分析，該工程加固時(shí)加固至了黏土質(zhì)層，同時(shí)利用的施工方法是壓密注漿，在使用該方法進(jìn)行加固時(shí)將加固施工區(qū)域的壓力加大至1 MPa之上，加固施工也是有主次區(qū)分的，次加固時(shí)的壓力一般不會超過0.9 MPa，主次加固施工的同步推進(jìn)、相互配合很大程度上預(yù)防了鐵路線路發(fā)生變形等質(zhì)量問題，能夠很好地對其加以控制，該施工需要一段時(shí)間的驗(yàn)證，等待大概20天左右即可進(jìn)行其他施工操作，這是一道基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，決定了以后實(shí)際施工的好壞，成功有效的加固作業(yè)有利于盾構(gòu)穿越的施工操作。

2.2加固施工技術(shù)分析

在對項(xiàng)目的加固設(shè)計(jì)完成后，就需要對施工項(xiàng)目進(jìn)行加固操作。在對項(xiàng)目進(jìn)行加固施工作業(yè)時(shí)，施工人員要嚴(yán)格按照相關(guān)的施工規(guī)范，并將技術(shù)與施工地區(qū)的實(shí)際情況相結(jié)合，相關(guān)的工作人員要對施工作業(yè)嚴(yán)格監(jiān)管，將施工過程中出現(xiàn)的施工問題有效解決，降低施工風(fēng)險(xiǎn)，增加施工質(zhì)量。在對項(xiàng)目地基進(jìn)行加固作業(yè)時(shí)，要嚴(yán)格安照施工順序進(jìn)行。通常情況下施工的步驟為：旋噴樁→主加固區(qū)→次加固區(qū)。旋噴樁項(xiàng)目的加固是整個(gè)加固工作中的核心內(nèi)容，它對整體的加固水平起著決定性作用。在對旋噴樁項(xiàng)目的加固工作中，要選取合適的加固工藝，目前我國對該項(xiàng)目的加固工作通常都會采取“二管工藝”，設(shè)置三排樁，并將樁的直徑設(shè)置為1 400 mm，樁深為17.5 m，另外施工人員在施工過程中要嚴(yán)格把控水泥的配比量，水泥的配比應(yīng)穩(wěn)定在20%左右（見表1），壓力要控制在20～25（MPa）的范圍之內(nèi)。

表1 水泥配比示例

在對旋噴樁進(jìn)行加固后，就要對項(xiàng)目的主加固區(qū)進(jìn)行加固，在加固之前施工人員要對主加固區(qū)的實(shí)際情況進(jìn)行充分考慮，對主加固區(qū)的加固處理可以采取分層次注入復(fù)合漿液和單液漿的方法，并要打出一些斜孔來增強(qiáng)主加固區(qū)的加固效果。目前主加固區(qū)加固過程中主要存在漿液擴(kuò)散問題，漿液的擴(kuò)散會導(dǎo)致地面出現(xiàn)較大程度的隆起，不但影響加固效果，還會影響外部美觀，并且降低盾構(gòu)項(xiàng)目的使用壽命，所以施工要與加固地區(qū)的實(shí)際情況相結(jié)合來對漿液擴(kuò)散問題進(jìn)行有效的解決。在對次加固地區(qū)的加固過程中，施工人員要重點(diǎn)關(guān)注垂直孔注漿操作中注漿的高度以及漿液凝固時(shí)間，要根據(jù)施工天氣以及溫度來對凝固時(shí)間靈活調(diào)整。

2.3盾構(gòu)穿越施工技術(shù)分析

在對隧道項(xiàng)目完成加固后，就要進(jìn)行盾構(gòu)穿越工作，在進(jìn)行穿越施工之前施工人員要根據(jù)施工地段的實(shí)際情況來選擇合適的施工工藝，以確保高效率、高質(zhì)量的施工作業(yè)。在盾構(gòu)的穿越過程中，為了可以更好地確保土倉所能承受的壓力值可以滿足施工操作的要求，要對施工隧道的模擬路段進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。施工人員要將盾構(gòu)壓力的波動幅度控制在0～15（kPa）之間，在施工過程中要不斷根據(jù)壓力傳感器的反饋數(shù)據(jù)對盾構(gòu)機(jī)中千斤頂?shù)耐七M(jìn)速度進(jìn)行調(diào)整，通常情況下千斤頂?shù)耐七M(jìn)速度應(yīng)該控制在3 cm/min左右，推進(jìn)環(huán)數(shù)在每天5～9為宜，這樣可以確保注漿工作的同步進(jìn)行。在盾構(gòu)穿越施工中，要對盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)姿態(tài)不斷進(jìn)行調(diào)整，要將盾構(gòu)機(jī)的切度維持在一個(gè)合理的范圍之內(nèi)，盡可能地去減小切度偏差，盡量避免隧道因切度過大而產(chǎn)生的沉降現(xiàn)象，提高施工質(zhì)量，增加隧道項(xiàng)目的使用壽命。

2.4加強(qiáng)對施工質(zhì)量的監(jiān)測以及反饋工作

在任何項(xiàng)目的施工工作中，嚴(yán)格的監(jiān)測工作對高質(zhì)量的施工都有著促進(jìn)作用。所以在盾構(gòu)在軟土層穿越既有鐵路施工中也是如此，高質(zhì)量的施工監(jiān)測是保證施工質(zhì)量的關(guān)鍵，下文對施工監(jiān)測以及信息反饋工作的核心內(nèi)容進(jìn)行分析：

2.4.1施工監(jiān)測

在對施工項(xiàng)目進(jìn)行施工監(jiān)測工作時(shí)，要對監(jiān)測頻率有一個(gè)嚴(yán)格的把控，一般情況下對于盾構(gòu)穿越施工前的準(zhǔn)備工作的監(jiān)測頻率為3次/d，在盾構(gòu)穿越時(shí)要保證監(jiān)測頻率在2h左右。施工質(zhì)量監(jiān)測人員要對施工頻率做到靈活掌控，比如遇到情況變動較大的施工地段，監(jiān)測人員就要增加監(jiān)測頻率，從而降低施工過程中的潛在風(fēng)險(xiǎn)，另外質(zhì)量監(jiān)測人員要對盾構(gòu)施工地面的情況準(zhǔn)確掌握，結(jié)合施工過程中的實(shí)際情況，來推斷施工過程中可能出現(xiàn)的問題，并提前制定好解決策略，以便問題發(fā)生時(shí)可以在第一時(shí)間進(jìn)行解決。

2.4.2信息反饋

對于施工信息的反饋，主要是對施工過程中施工地段出現(xiàn)的不確定變化量進(jìn)行有效的調(diào)整，通過信息反饋將施工狀況、施工地段的環(huán)境變化等信息整理綜合，并對綜合結(jié)果進(jìn)行深入分析，來確保施工工作質(zhì)量，提高施工過程中的安全性，避免施工過程中一些無法預(yù)料的情況發(fā)生。

2.5糾偏技術(shù)分析

在盾構(gòu)技術(shù)施工中，施工過程中導(dǎo)致開挖地面的土體損失以及地層的再固結(jié)現(xiàn)象都是導(dǎo)致隧道沉降的主要原因，而減少隧道表面土層損失的方法之一就是糾偏，盾構(gòu)機(jī)在實(shí)際施工的過程中，由于施工地段的地形變化較大，千斤頂力度分布不均勻，以及盾構(gòu)機(jī)自身誤差等原因都會導(dǎo)致在施工過程中出現(xiàn)偏差。盾構(gòu)軸線的糾偏技術(shù)是目前我國在盾構(gòu)施工中常用的糾偏技術(shù)，其原理是通過兩組對稱的千斤頂來對盾構(gòu)機(jī)的高程以及施工坡度來進(jìn)行有效的控制，在糾偏過程中要注意每次的糾偏幅度不宜過大，如果盾構(gòu)機(jī)偏離程度較大，可以采取多次少量的方式來進(jìn)行糾偏，確保糾偏工作的精準(zhǔn)度。

3　結(jié)束語

當(dāng)前鐵路隧道建設(shè)中，盾構(gòu)法已得到廣泛應(yīng)用，在軟質(zhì)土層環(huán)境下，盾構(gòu)施工過程存在諸多的不確定性、復(fù)雜性和不可預(yù)見性。本文通過對盾構(gòu)機(jī)在軟土層中穿越既有鐵路施工技術(shù)進(jìn)行分析，提出安全施工技術(shù)措施∶首先對盾構(gòu)穿越區(qū)的地層進(jìn)行預(yù)先加固來改良地層，使地層有較好的穩(wěn)定性；其次對施工隧道的模擬路段進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，控制盾構(gòu)壓力的波動幅度；最后加強(qiáng)監(jiān)測和信息化管理，及時(shí)糾偏，從而保證精度，確保施工安全。從施工過程控制和監(jiān)測結(jié)果來看，地層加固后采取合適的施工參數(shù)可以控制軌面隆沉在一個(gè)較小的范圍內(nèi)。

［1］張鐵成，陳津晶.《盾構(gòu)施工遇障礙物的處理方法》《天津建設(shè)科技》，2016（02）.

［2］陳昇《軟土地區(qū)盾構(gòu)下穿機(jī)場主跑道的微擾動施工技術(shù)》《地下工程與隧道》，2015（04）.

［3］斯明勇《地鐵盾構(gòu)隧道力學(xué)模型和硬巖層推進(jìn)參數(shù)選擇》《湖南城市學(xué)院學(xué)報(bào) （自然科學(xué)版）》，2016（02）.

責(zé)任編輯：萬寶安

來稿日期：2016-06-08