盾構(gòu)隧道下穿鐵路站場風(fēng)險防控技術(shù)

蒲澤彬,張洪波,劉 洋,徐創(chuàng)霞

(四川省建筑科學(xué)研究院有限公司，四川 成都 610081)

0 前 言

隨著我國城市規(guī)模的蔓延擴(kuò)張和交通道路的日益擁堵，快捷、高效、舒適的軌道交通成為了乘運(yùn)時代發(fā)展的主趨勢，城際鐵路與城市軌道交通是其主要實(shí)現(xiàn)方式[1-3]，兩者的快速發(fā)展必然導(dǎo)致地鐵盾構(gòu)隧道下穿鐵路站場的情況日益增多。如何控制盾構(gòu)隧道下穿施工對既有鐵路的不利影響，制定安全可行的風(fēng)險防控技術(shù)意義重大。

1 工程概況

無錫地鐵1號線火車站～勝利門站區(qū)間盾構(gòu)隧道在里程SK10+757～SK10+977處連續(xù)下穿無錫火車站售票廳(下穿長度約54 m)、滬寧鐵路(3臺7線)和滬寧城際鐵路(4臺7線)多股鐵路軌道及站場，平面位置關(guān)系如圖1所示。滬寧鐵路列車時速160 km/h，滬寧城際鐵路(如圖2)運(yùn)行時速250 km/h，列車過站速度200 km/h，軌道沉降控制要求嚴(yán)格，下穿施工風(fēng)險較大。

圖1 盾構(gòu)隧道下穿鐵路站場平面圖

圖2 滬寧城際鐵路現(xiàn)狀

下穿段盾構(gòu)左、右線間距為16 m，處于23‰縱坡，隧道頂面埋深約18～21 m。采用土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)，開挖直徑6.34 m，管片外徑6.2 m，壁厚350 mm，管片為C50、S10鋼筋混凝土管片，環(huán)寬1.2 m。穿越地質(zhì)主要為粉土、粉質(zhì)黏土、黏土等，其中粉土層含水量較為豐富，滲透性中等，為弱透水層，受擾動易產(chǎn)生液化和流砂，盾構(gòu)掘進(jìn)易引起較大地層損失。

2 下穿鐵路站場風(fēng)險防控技術(shù)

2.1 下穿施工風(fēng)險分析

本工程盾構(gòu)連續(xù)下穿火車站售票廳、滬寧鐵路、滬寧城際鐵路3處重大風(fēng)險源，風(fēng)險分析如下。

1)盾構(gòu)下穿火車站售票廳。下穿區(qū)域盾構(gòu)隧道覆土厚度約20.5 m，售票廳為地上兩層，獨(dú)立柱基礎(chǔ)；隧道結(jié)構(gòu)與柱基礎(chǔ)最小凈距約16 m，其相對位置關(guān)系如圖3所示。

圖3 盾構(gòu)下穿售票廳位置

2)盾構(gòu)下穿滬寧城際鐵路。盾構(gòu)隧道下穿滬寧城際鐵路地表沉降風(fēng)險較大，列車運(yùn)行時速250 km/h，過站速度200 km/h，對軌道變形控制嚴(yán)格，若下穿施工引起較大沉降將會造成軌道不平順，甚至引發(fā)列車脫軌事故，需采取預(yù)加固措施[4]。

3)盾構(gòu)下穿滬寧鐵路。隧道頂部距離鐵路軌道19～21 m，滬寧鐵路為有砟道床，列車時速160 km/h，軌道沉降變形相對容易控制。

2.2 下穿施工風(fēng)險防控技術(shù)

1)主動預(yù)加固控制。對于盾構(gòu)隧道正交下穿滬寧城際鐵路，在下穿施工前對穿越段進(jìn)行主動預(yù)加固控制，采用鋼筋混凝土頂板(長×寬×高=38 m×30 m×1.5 m)+鉆孔灌注樁(直徑1000 mm，樁長52 m/57 m，樁間距4 m)+管樁(直徑500 mm，樁長11.8 m/22 m，樁間距 1.8 m)的聯(lián)合預(yù)加固控制技術(shù)。鉆孔灌注樁頂與鋼筋混凝土頂板通過剛性連接，盾構(gòu)隧道與上部管樁底最小凈距約為1.25 m，與兩側(cè)樁基最小水平凈距為2.85 m。聯(lián)合預(yù)加固控制如圖4所示。

圖4 聯(lián)合預(yù)加固控制技術(shù)

2)鐵路管理部門對接審批。

(1)在下穿施工前，與鐵路管理部門對接協(xié)調(diào)，呈報施工方案，取得鐵路部門許可及配合。申請工務(wù)段對影響范圍內(nèi)軌道開展全面檢查及維修，確保軌道狀態(tài)良好。

(2)為確保列車運(yùn)營安全，申請施工期間對過站列車進(jìn)行限速：客車限速至80 km/h，貨車限速至60 km/h，城際鐵路列車限速至120 km/h。

(3)施工期間加強(qiáng)與鐵路部門聯(lián)系，建立應(yīng)急預(yù)案與救援小組，準(zhǔn)備道碴、軌距桿、調(diào)高墊板等鐵路應(yīng)急物資，如若發(fā)生意外情況，立即啟動應(yīng)急預(yù)案；必要時采用扣軌或吊軌保護(hù)等措施，保護(hù)線路安全。

3)盾構(gòu)下穿施工掘進(jìn)控制。

(1)掘進(jìn)速度及土倉壓力控制：盾構(gòu)掘進(jìn)過程觀察土倉壓力變化，通過土倉壓力增減情況及時調(diào)節(jié)螺旋機(jī)出土速度，使其相互匹配。正常掘進(jìn)階段螺旋機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整量不宜過大，避免土倉壓力發(fā)生較大波動，從而減小地層擾動。

(2)盾構(gòu)掘進(jìn)方向控制：下穿段處于23‰縱坡上，且受地面鐵路建(構(gòu))筑物的影響，掘進(jìn)方向易發(fā)生偏移。通過盾構(gòu)機(jī)千斤頂油缸推進(jìn)行程來調(diào)整掘進(jìn)方向。當(dāng)盾構(gòu)沿23‰縱坡上行時，需在一定程度上增大盾構(gòu)機(jī)下方千斤頂油缸的推力和行程；此時千斤頂對管片存在斜向下的反作用力，管片脫出盾尾后會有下沉趨勢，因此盾構(gòu)掘進(jìn)線路要高于設(shè)計線路10～20 mm為宜。

(3)同步注漿控制：通過盾構(gòu)機(jī)外殼上的4個注漿孔進(jìn)行同步注漿，采用注漿量與注漿壓力雙控。注漿液的膠凝時間通常控制在4～9 h，需結(jié)合掘進(jìn)速度與地質(zhì)條件進(jìn)行配比優(yōu)化設(shè)計。固結(jié)強(qiáng)度不小于0.2 MPa，28天不小于2.5 MPa，漿液稠度為12±2 cm。

4)加強(qiáng)鐵路變形監(jiān)測。

(1)下穿施工過程需加強(qiáng)變形監(jiān)測，及時匯報，掌握變形發(fā)展規(guī)律。同時請鐵路部門配合檢查線路軌距、水平、方向等幾何尺寸，較大變形一經(jīng)發(fā)現(xiàn)，立即糾正；較小變形可利用夜間時段進(jìn)行調(diào)整修復(fù)，避免沉降積累。

(2)下穿過程中若發(fā)現(xiàn)軌道變形超標(biāo)，需立即通知工務(wù)段開展軌道糾偏養(yǎng)護(hù)維修，將損失控制在最小限度內(nèi)。

(3)若發(fā)現(xiàn)地表沉降較大，需立即停止盾構(gòu)掘進(jìn)，保持土倉壓力，在沉降繼續(xù)發(fā)展、沉降原因未分析清楚、沉降控制措施未到位之前，嚴(yán)禁繼續(xù)掘進(jìn)[5]。

2.3 其他風(fēng)險防控要點(diǎn)

1)下穿施工結(jié)“泥餅”控制。下穿區(qū)域地質(zhì)主要為黏土層，若掘進(jìn)過程中出現(xiàn)結(jié)泥餅現(xiàn)象，將會造成土倉排土困難、地表不均勻沉降等問題。因此，掘進(jìn)過程中需及時添加水和泡沫劑做好渣土改良，使渣土成軟塑狀，防止渣土過干造成刀盤扭矩過大、卡皮帶機(jī)、結(jié)泥餅等現(xiàn)象。必要時注入TAC高分子材料來預(yù)防結(jié)“泥餅”，提高土體和易性。

2)盾構(gòu)出渣控制。掘進(jìn)每環(huán)理論出渣量約為48 m3，實(shí)際出渣量為理論出渣量的120%～140%，控制螺旋機(jī)轉(zhuǎn)速，平穩(wěn)輸送渣土。

3)下穿施工掘進(jìn)參數(shù)控制。盾構(gòu)下穿鐵路站場需嚴(yán)格控制掘進(jìn)參數(shù)，本工程通過掘進(jìn)試驗(yàn)段結(jié)合參數(shù)波動規(guī)律，確定主要掘進(jìn)參數(shù)控制范圍：總推力為9 000～10000 kN，扭矩為2 200～2 600 kN·m，同步注漿量為2.4～2.6 m3/環(huán)，推進(jìn)速度為15～22 mm/min，刀盤轉(zhuǎn)速為0.8～1.0 rpm。

3 下穿鐵路站場監(jiān)測分析

本工程盾構(gòu)隧道連續(xù)下穿火車站售票廳、滬寧鐵路、滬寧城際鐵路，通過現(xiàn)場監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，最大沉降量出現(xiàn)在售票廳與滬寧鐵路的過渡區(qū)域，盾構(gòu)上方地表沉降曲線如圖5所示，可知：該測點(diǎn)地表變形呈現(xiàn)先隆起后下沉趨勢，最大隆起量出現(xiàn)在開挖面前方，是由于盾構(gòu)推力引起，隆起值為0.9 mm；隨著盾構(gòu)掘進(jìn)，沉降量逐漸增大，最大沉降量為3.1 mm，而后基本保持穩(wěn)定，能夠滿足變形控制標(biāo)準(zhǔn)，說明本項(xiàng)目提出的盾構(gòu)下穿鐵路站場控制技術(shù)安全可行。

圖5 測點(diǎn)地表沉降曲線

4 結(jié)束語

隨著城市軌道交通的快速延拓，地鐵隧道下穿既有鐵路站場的情況越來越多，制定安全合理的控制措施至關(guān)重要。本文依托實(shí)際工程，分析了下穿施工重大風(fēng)險，制定了盾構(gòu)隧道下穿鐵路站場施工風(fēng)險防控技術(shù)，包含穿越段主動預(yù)加固控制、鐵路部門對接審批、下穿施工掘進(jìn)控制、加強(qiáng)變形監(jiān)測、其他防控要點(diǎn)等，為類似工程提供技術(shù)支持與施工經(jīng)驗(yàn)。