地鐵盾構(gòu)隧道長距離下穿高速、普速鐵路多股道營業(yè)線施工技術(shù)

楊濤

（中鐵十六局集團(tuán)北京軌道交通工程建設(shè)有限公司 北京 100018）

1 工程概況

常州軌道交通1號線火車站～博愛路站區(qū)間上行右線長度535.9m，下行左線長度539.8m，埋深范圍9.9～15.8m，最小曲線半徑R=400m。區(qū)間在SK22+779.900～SK23+026.810范圍下穿常州火車站，下穿范圍包括京滬普速鐵路6股道，滬寧城際鐵路6股道以及站臺、雨棚等建構(gòu)筑物，下穿影響范圍共計154m。其中京滬鐵路線路等級為Ⅰ級，客貨混運，正線速度為160km/h，正線與到發(fā)線均為碎石道床。滬寧城際鐵路于2010年7月開通運營，客運專線高速鐵路，運營最高速度300km/h。正線為CRTS-I型板式無砟軌道，到發(fā)線采用寬枕有砟道床。

隧道主要位于⑥3粘土層，隧道拱部部分位于⑤2粉砂層，隧道上方地層依次為⑤2粉砂層、⑤1砂質(zhì)粉土夾粉砂層和③2粘土層。

圖1 常州軌道交通1號線博～常區(qū)間下穿常州火車站線路平面圖

2 下穿鐵路前的加固保護(hù)及管片設(shè)計

2.1 京滬普速鐵路注漿加固

盾構(gòu)穿越京滬普速鐵路段，覆土深度約15.5m。采用袖閥管垂直注漿對停運股道加固，WSS斜向注漿對站臺下方及運營線路加固。加固深度：軌面下5m開始注漿加固，加固深入至粉土、粉砂層下方的粉質(zhì)粘土層約1m。其中袖閥管注漿孔縱橫間距1.2×1.2m，擴(kuò)散半徑0.8m；WSS注漿孔縱橫間距0.4×0.4m，水平夾角約35～90°，擴(kuò)散半徑0.8m。注漿壓力均為0.2～0.5MPa。

注漿加固后土體28d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于0.8MPa。注漿后應(yīng)具有良好填充效果，注漿加固體滲透系數(shù)小于10-6。

2.2 滬寧城際鐵路預(yù)加固

滬寧城際鐵路建設(shè)市常州地鐵1號線線路規(guī)劃已確定，故在滬寧城際鐵路施工期間已對1號線博～常區(qū)間下穿滬寧城際區(qū)段的到發(fā)線和正線進(jìn)行了預(yù)加固。加固設(shè)計為2股正線和2股到發(fā)線（（3）、I、II、（4）股道）下方設(shè)1.5m厚鋼筋混凝土筏板，筏板長43.4m×寬24.5m。筏板下方采用1.0m鉆孔灌注樁和0.5m樁徑CFG樁進(jìn)行了地基加固。兩側(cè)到發(fā)線（（5）、（6）股道）下方采用0.5m樁徑攪拌樁加固。路基采用A、B組填料：γ＝20kN/m，Cu=10kPa，φu＝30°，并采用堆載預(yù)壓處理不均勻沉降，預(yù)壓土柱高于路基面2.0m，預(yù)壓期不小于6個月。

圖2 滬寧城際正線預(yù)加固橫斷面圖

3 下穿施工風(fēng)險分析

本次下穿為國內(nèi)最為繁忙的普速及高鐵運營鐵路線路，下穿距離長、沉降控制要求高，一旦出現(xiàn)異常影響列車運行，將會造成極大負(fù)面輿論和經(jīng)濟(jì)損失。如何減小地層沉降，將鐵路軌道變形控制在允許范圍之內(nèi)，避免因沉降過大而影響既有鐵路正常運營是本施工過程中的風(fēng)險和難點所在。

表1 下穿期間鐵路線路主要監(jiān)測項目目標(biāo)控制值

4 下穿期間主要技術(shù)、安全措施

4.1 線路限速

經(jīng)對常州市軌道交通1號線盾構(gòu)穿越鐵路常州站工程技術(shù)方案審查后確定，盾構(gòu)穿越期間，上海鐵路局將對滬寧城際高鐵正線按限速120km/h考慮，并根據(jù)高鐵軌道監(jiān)測數(shù)據(jù)變化情況及時調(diào)整；盾構(gòu)穿越以及鐵路地基注漿加固施工期間，京滬普速鐵路正線按限速60km/h考慮。

4.2 下穿過程中的主要參數(shù)控制

（1）土壓力控制

正面平衡壓力：Po=K0γh

Po：平衡壓力（包括地下水）；γ：土體的平均重度（kN/m3，下穿區(qū)段取1.9kN/m3）；

h：隧道埋深（m）；K0：土的靜止土壓力系數(shù)，取 K0=0.6；

在下穿過程中，按照滿倉土壓平衡模式掘進(jìn)，上部土壓1號傳感器波動值控制在0～-0.1bar，以防止土壓過大，造成路基、軌道隆起。選擇博～常區(qū)間穿京滬普速鐵路、滬寧城際鐵路各6個斷面，進(jìn)行理論土壓計算。

通過下穿前試驗段參數(shù)校正以及監(jiān)測數(shù)據(jù)指導(dǎo)，下穿期間土壓參數(shù)控制為京滬普速鐵路1.7bar，滬寧城際鐵路1.7～1.8bar。

（2）出土量控制

本工程采用管片寬度為1.2m，經(jīng)計算每環(huán)理論土方為38.97m3，考慮松散系數(shù)1.2～1.3，為46.76～50.66m3每環(huán)，實際掘進(jìn)中每環(huán)出土量控制在47m3左右。

（3）同步注漿控制

管片拼裝后每環(huán)壁后理論空隙為2.86m3，下穿期間采用惰性同步漿液，注漿采用壓力與注漿放量雙控，實際每環(huán)注漿量控制在6m3，確保注入率不低于200%，終止注漿壓力在0.35～0.4MPa。

表2 同步漿液配合比及性能指標(biāo)

（4）二次注漿管理

①二次跟蹤注漿

選取在管片脫出盾尾后4～5環(huán)位置的范圍，主要目的為對同步注漿層做進(jìn)行填充加固，確保同步注漿層范圍填充密實，減小管片脫出盾尾后沉降。注漿點位選擇3～9點以上孔位。注漿壓力0.35MPa。

②二次控制注漿

選取管片脫出盾尾后5～15環(huán)位置進(jìn)行注漿加以控制。以地面沉降監(jiān)測情況為指導(dǎo)，遵循“及時、少量多次”的原則，對沉降明顯地段進(jìn)行跟蹤注漿，注漿壓力控制在0.35～0.4MPa。

表3 二次注漿漿液配合比

（5）掘進(jìn)速度控制

一定土倉壓力下，推進(jìn)速度過快，對總推力和刀盤扭矩要求大，同步注漿就不及時。推進(jìn)速度過慢，機(jī)身對土體擾動產(chǎn)生的第一、二階段就越大，經(jīng)試驗段試掘進(jìn)后，推進(jìn)速度控制在20mm/min，每天掘進(jìn)環(huán)數(shù)最高控制在8環(huán)。

5 信息化監(jiān)測

5.1 監(jiān)測點布設(shè)

（1）地面沉降監(jiān)測：鐵路股道東西兩側(cè)垂直股道方向各設(shè)2個監(jiān)測縱斷面，每處站臺中部附近設(shè)置1個監(jiān)測橫斷面，測點間距約10m。

（2）軌枕的監(jiān)測：每條股道為1條監(jiān)測軸線，每條軸線上布1個監(jiān)測斷面，埋設(shè)監(jiān)測棱鏡，點位間距10m。同時，在軌枕中部埋設(shè)垂直位移復(fù)查點，定期對監(jiān)測成果復(fù)核。

（3）滬寧城際鐵路無站臺柱雨棚柱每處測點數(shù)量不小2個。

（4）京滬普速鐵路站臺雨棚柱每處測點數(shù)量不小2個。

（5）京滬普速鐵路出站口雨棚柱每處測點數(shù)量不小于2個。

（6）接觸網(wǎng)立柱每處測點數(shù)量不小于2個。

（7）監(jiān)測點位布設(shè)與第三方監(jiān)測單位共用，以便數(shù)據(jù)對比校核。

5.2 自動化監(jiān)測系統(tǒng)

鑒于下穿期間，京滬普速及滬寧城際均在運營，本工程采用全站儀自動化監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)可自動動計算變形結(jié)果，并包括計算結(jié)果的超限檢查，實現(xiàn)24h自動監(jiān)測。

圖3 全站儀自動化監(jiān)測系統(tǒng)

圖4 固定觀測墩設(shè)站

圖5 已知點設(shè)置

圖6 普速軌枕監(jiān)測點

圖7 城際軌枕監(jiān)測點

5.3 監(jiān)測頻率

表4

6 結(jié)語

2017年12月底常州市1號線博～常區(qū)間左線順利完成對京滬普速鐵路、滬寧城際鐵路的第一次穿越。根據(jù)監(jiān)測成果顯示盾構(gòu)下穿期間京滬普速鐵路、滬寧城際鐵路沉降均在目標(biāo)控制值范圍內(nèi)，線路運行平穩(wěn)。通過左線下穿既有鐵路線情況總結(jié)得出：①采用WSS斜向注漿可實現(xiàn)對既有普速線路的加固，加固過程中需嚴(yán)格控制注漿壓力，加強(qiáng)監(jiān)測；②盾構(gòu)下穿過程中應(yīng)通過試驗段監(jiān)測數(shù)據(jù)對理論計算土壓及盾構(gòu)土壓傳感器顯示值進(jìn)行校正，總結(jié)二者偏差規(guī)律，達(dá)到通過土壓傳感器顯示值可準(zhǔn)確判斷地表沉降的效果；③二次跟蹤注漿是控制盾尾沉降關(guān)鍵，必須及時跟進(jìn)，注漿壓力需結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)動態(tài)控制；④監(jiān)測點布設(shè)應(yīng)充分考慮站內(nèi)運營需求，點位位置、布設(shè)形式須提前由車站安全、運營部門確認(rèn)。