盾構隧道下穿鐵路框架橋施工控制及影響分析

常惠涵

中鐵二十五局集團有限公司，廣東廣州 510600

1 盾構隧道下穿鐵路框架橋的施工情況

1.1 盾構間的區域概況

長沙市軌道交通3號線一期工程從起點坪塘蓮坪大道站至終點龍角路站，共設站25座，區間盾構土建工程右線設計起迄里程為YDK25+209.226～YDK26+736.076。本工程屬于3號線一期工程土建施工第9標段，主要工程包括雅雀湖站、烈士公園東路站—絲茅沖站區間、絲茅沖站—四方坪站區間、四方坪道站—雅雀湖站區間，共1站3區間。

本標段3個區間均采用盾構法施工。根據設計要求，開挖順序由雅雀湖站向烈士公園東站方向施工，區間左線總長2942.101m，右線總長3142.007m。

區間隧道在烈士公園東路站—絲茅沖站區間穿過京廣鐵路框架橋，線路出絲茅沖站后沿車站北路往正南方向前行，旁經或下穿湖南省通信建設有限公司、京廣鐵路橋涵、移動營運中心、證券大廈、新華聯家園、夢澤園小區商鋪B棟后到達烈士公園東路站。車站北路為長沙市主干道，道路車輛繁忙，兩側建筑物密集。

1.2 鐵路架構橋的情況

框架橋采用預制鋼筋混凝土框架頂進施工工藝，橋梁共分9塊施工，塊與塊之間無任何連接，框架橋分三節預制，采用中繼間法頂進，先安排中間孔框架施工，然后同時施工兩邊孔。正線下框架采取預制框架、加固線路、框架頂進的方法施工，安全線下框架采取就地現澆的方法施工。框架橋為碎石換填基礎，下部無樁基，橋基下存在約10m厚的填土，僅入口基礎落在砂層及粘土層上。在該段，隧道東側為瀏陽河，西側為躍進湖，其平面位置關系。

2 盾構隧道下穿鐵路高架橋的施工技術和管理辦法

2.1 施工中面臨的重難點分析

首先，盾構主要從正在實施運行中的鐵路下穿過，而且穿越位置在框架橋下方，如果一旦出現框架橋因為受力不均勻而導致的沉降或者開裂等情況，將會出現難以補救、損失巨大的后果，因此，必須提前做好充分的準備工作，確保盾構下穿鐵路框架萬無一失。其次，鐵路建設中對鐵路規范及其軌道和路基的沉降提出了嚴格的要求，框架橋周圍的20m范圍內必須將差異的沉降值控制在5mm的范圍內。并且通過采取相關的施工保障措施，保證盾構在下穿鐵路框架時能夠滿足地面或鐵路框架橋沉降的要求。再次，隧道穿越的土層土質一般為粉質粘土，但在鐵路框架橋附近的隧道上面，均勻存在著1～1.5m左右厚度的粉質砂層。考慮到粉質砂層本身具有較差的自穩能力，因此在施工過程中必須預防和避免因為操作不當而導致的局部坍塌問題。要對盾構施工過程中的適合土層穩定性進行嚴格的把控。最后，施工過程中要對框架橋及其鐵路運行進行全天24h的不間斷監控，保證鐵路運輸正常進行，同時還要保證施工過程的順利開展。因此，在盾構穿越鐵路框架的施工過程中，必須從之前的工程策劃設計以及施工過程中對于上述陳述的重難點問題，進行關鍵性的分析和準備，從而預定科學合理的安全解決對策和應急方案。通過加強各方的緊密協作，在集中組織實施中充分保障盾構安全下穿京廣線鐵路。

2.2 施工中的主要技術和管理對策

為了保證盾構成功穿越鐵路下的框架橋，必須在下穿之前設置相關的試驗段，并且以盾構參數作為調整的依據，盾構區間下穿鐵路框架橋的工程可以分為5個階段：一是100m左右的試驗段，二是開始對其進行正常施工，三是對施工參數進行調整，四是實現盾構的正式穿越鐵路段，盾構穿越后還要做好相關的跟蹤工作。

克服穿越鐵路框架橋困境的主要措施。（1） 要確保盾構穿越過程中鐵路施工的安全性，保證鐵路部門能夠及時采取相關的應急和安全舉措。要保持兩臺盾構之間根據100～200m左右，因為施工必須避免在汛期之時，最好在汛期來臨之前能夠完工。（2） 充分做好試驗段的施工工作，為后面的具體施工提供有效的參數優化。試驗段長為100m左右，挖掘完成后要對集中采集到的每一項參數進行詳細分析，確定在該區間的現有地質情況下沉降量以及盾構施工中的各項參數，為后面具體的盾構穿越京廣線鐵路的各項參數的合理設置提供指導。（3） 盾構在挖掘過程中距離鐵路區域還有50m距離時要停機，更換刀片并對路感和傳感設備進行相關的檢查和維修，確保在穿越施工過程中不會發生機械故障。（4） 進入穿越區域前應該對盾構進行相關的調整，在實施穿越過程中盡量避免盾構發生方向上的糾偏，以此減少盾構對施工地層的擾動，從而在一定程度上減輕地表沉降的幅度。在注漿時與掘進同步進行，同時要注重合理控制注漿壓力和注漿量，具體的注漿量和注漿壓力要根據試驗段時的參數進行調整。（5） 時刻做好與鐵路產權及其管理單位的聯系，保證施工計劃方案能夠及時上報，施工前要聯系鐵路部門對于路軌、方向、水平等進行全面的檢查，確保出現問題能夠及時解決。（6） 在穿越之前，還要準備做好相關的應急工作，同時要組織包括鐵路部門在內進行應急演練，并通過定期召開各方的現場會來及時解決出現的問題。

2.3 施工過程中的監測環節

施工計劃階段，地鐵施工部門和鐵路部門要共同委托第三方進行施工中的穿越監測，同時對于地表、框架橋、盾構掘進的參數進行監控，順便在具體開工時得到有效的施工指導和安全保障。盾構穿越鐵路的施工期間，要對運行中的鐵路實施24h的監控，與監控項目中涉及到的代表性測點可以采用遠距離的自動性監控措施，通過計算機及相關軟件的配合完成和數據處理，保證為施工提供和設置合理的警戒值自動報警系統，確保對于施工線路的全程監控。在盾構對鐵路框架實施穿越20m及穿越后的注漿階段，實施監測的項目主要包括地表沉降、鐵路框架橋的沉降、還有軌道靜態的幾何尺寸等。盾構隧道的監測主要包括一定沉降和管片襯砌等。根據不同的監測項目設置合理科學的監測頻率，監測頻率也可以根據實施過程中的具體需要進行適當調整。盡可能地減少沉降對于鐵路的影響，盾構完成第一次穿越之后，應該及時對鐵路路面的沉降進行處理，保證第二次穿越之前路基面的沉降歸于零。

3 施工影響因素分析及其相關建議

上述地鐵盾構穿越鐵路框架橋的實驗案例可以看出，如果施工控制到位，盾構下穿鐵路框架橋的施工中對于安全性和沉降控制都是可以做到的，影響穿越的因素主要有鋼架橋自身的狀況以及盾構施工控制。（1） 框架橋自身狀況，案例中框架橋的建設年代較新，因此框架橋的狀態良好，對于對盾構施工形成對應的保護作用。但如果在施工中遇到框架橋年代久遠，出現裂縫等缺陷時，首先要對框架橋進行相關的彌補和加固處理，或者在條件允許下，盡量通過路由調整避開框架橋。避免因為施工過程中出現的不均勻沉降而產生開裂等嚴重后果。（2） 盾構施工控制，盾構不同于簡單的暗挖工法，在穿越鐵路框架時，在穿越鐵路框架的關鍵風險點時，盾構可以采用的加強措施有限。但出現機械故障，則會對于盾構施工造成較大的影響。確保盾構在穿越過程中的勻速、連續掘進則是保障施工成敗的關鍵。

根據上述總結的盾構穿越施工中的影響因素，可以通過以下措施來進行防和控制：（1） 加強對框架橋的現有狀態進行調查和評估，調查結果盡可能的詳細和充分，主要包括施工年代、施工時所采用的功法以及框架本身的結構狀態等。此外，對穿越施工中的難度進行合理評估。（2） 積極做好施工過程中的籌劃，為了方便配合鐵路部門，應該提前準備兩臺盾構，并將2臺盾構以適當的間距進行先后通過，對于盾構機械本身的選擇要保持其工作狀態良好，同時要盡量避免在汛期施工。（3） 設置科學合理的試驗段，現場勘查及時收集盾構在掘進中涉及到的各項參數和沉降數據。具體的實施穿越過程中要將盾構的推力、出土量以及注漿壓力等參數調整到最佳的施工狀態，確保在穿越過程中盾構能夠勻速和連續掘進。（4） 施工過程中要及時做好各方面的監測工作，對工程實施路段進行24h監控，并及時做好數據的整理和分析。（5） 加強鐵路部門與地鐵施工部門的密切合作和聯系，通過共同制定施工方案計劃，保證地鐵盾構施工中對于鐵路地面運行造成的影響降到最低。

4 結語

盾構下穿鐵路是當前地鐵建設中常遇見的一種施工工藝，為了保證鐵路運輸的正常行駛和施工的安全性，必須在盾構下穿的過程中，積極做好參數的測量和各方面的準備工作；同時在施工過程中還要做好各方面的監測工作，確保鐵路部門和地鐵施工部門在共同合作的基礎上，及時發現施工過程中的問題并有效解決，實現地鐵建設過程中盾構下穿鐵路工程的正常順利運行。

[1] 魏慶溫.盾構隧道下穿鐵路框架橋涵及路基段施工技術[J].山東交通科技，2017（1）：87-89.

[2] 張迪，周慶九，卓旭陽，等.大型盾構隧道穿越鐵路框架橋的影響分析[J].現代隧道技術，2013，50（6）：131-138.