地鐵隧道下穿鐵路橋梁施工技術芻議

梁家啟

（中鐵三局集團華東建設有限公司，江蘇 南京 211106）

0 引言

地鐵隧道項目較為復雜，對施工技術要求較高，尤其是地鐵隧道下穿鐵路橋梁施工，要求工程建設質量要達到行業領先標準。橋梁隧道是支撐地鐵運行的重要保障，需要對橋梁方案進行設計，分析其中存在的力學方式，并應用合適的加固技術，對隧道進行超前支護，只有這樣才能使隧道施工安全可靠，達到全面提升施工質量的目的。

1 盾構施工技術

1.1 項目概況

某市擬新建一條地鐵線路，該線路全長30km，中途停靠車站數量為25個，橫跨該市5個行政區。本項目概況見表1：

表1 某市新增地鐵線路概況

地質勘察結果表明，項目所在區域地形相對平坦，地表覆蓋層為素填土，由磚塊、黏性土和砂石混碎土構成，隧道上部為瀝青路面，XX段下穿鐵路既有橋梁。

1.2 地鐵隧道下穿鐵路橋梁方案

1.2.1 模擬開挖過程

隧道開挖采用方法為礦山法，上下臺階的間距約為4m，設計人員利用數值模型對開挖過程進行模擬，模擬過程以上臺階開挖為開端，由下臺階開挖工作告一段落結束，獲得示意圖如圖1所示。

圖1 上下臺階開挖示意圖

1.2.2 確定施工方案

地鐵隧道施工要著重考慮兩個方面內容，其一是如何保證施工質量，其二是是如何減小施工給周圍建筑物及既有鐵路橋梁帶來的影響[1]。近幾年，諸多城市均引入了下穿鐵路橋梁的施工模式，圍繞其展開研究成為大勢所趨。

下文根據專家所規劃設計方案，分階段對施工方案進行了總結。第一步，由于項目具有較大施工難度，遂決定利用盾構機進行施工，與此同時，結合項目情況細化部署內容，對地鐵時速、停靠站數量等參數加以確定。第二步，本項目較易被外界因素所影響，設計人員以專家所提出相關建議為落腳點，結合情況引入大棚導管作為支撐，施工流程也發生了相應的變化，即先對土層進行挖掘，再利用大棚導管對挖掘后土層加以固定。第三步，由于地鐵隧道施工項目性質較為特殊，因此，設計人員強調將孔樁灌注作為核心技術，要求施工人員嚴格控制隧道施工涉及管樁的長度與支撐距離，其長度以8～10m為最佳，支撐距離應處于1.25～1.35m范圍內。在上述設計規劃塵埃落定后，由施工單位組織專業隊伍，按照施工方案內容及要求，對地鐵隧道進行高效建設。

1.3 施工要點探究

1.3.1 改良土體

由地質勘察結果可知，項目施工隧道下部有微乘壓水層及粉砂土層存在，對多方因素加以考慮后，施工人員決定利用盾構機刀盤，對加孔注漿環節進行完成，這樣做的目的是改良土體，使土層泡沫及表現出流動性更加符合項目需求。

項目施工所用盾構機，主要分為刀盤/盾體/電氣系統等部分。設計人員出于提高盾構挖掘注漿質量的考慮，遂決定在最后一節臺車上，對注漿設備進行加設，真正做到在不停機的前提下，使注漿要求得到最大程度滿足。

事實證明，改良土體的積極作用，主要可被歸納為：其一，提高測算土層壓力的準確性；其二，通過盾構機積壓的方式，加快填充盤土層旋轉并沉降的速度。對本項目而言，改良土體的初衷是嚴格控制出土量，避免由于出土量不符合預期，而引發不必要的問題[2]。

1.3.2 計算分析

地鐵隧道穿越鐵路橋梁，不僅會增加鐵路橋梁出現沉降問題的可能性，還會給其運營帶來影響。在前期準備階段，技術人員應對上述情況進行系統且深入的分析，根據項目情況確定切實可行的施工技術，最大程度減小施工給鐵路橋梁運營的影響。通過實地勘察可知，隧道頂部覆土約18m，底部埋深約24m，對其進行挖掘時，土艙壓力控制值由靜止土壓力決定，其計算公式為：

在利用上述公式對靜止土壓力進行計算后，施工人員便可按部就班的開展改良土體與徑向注漿作業，結合自動監測所反饋數據，對施工方案加以調整，確保土壓始終處于合理范圍內。

1.3.3 徑向注漿

回填注漿是項目施工不可缺少的環節，通過澆注空隙和未澆實區域的方式，對混凝土結構的整體性進行凸顯，另外，這樣做還能使土體更加穩定，從根本上解決混凝土泄露等問題。基于地鐵隧道橋梁開展轉換作業，通常需要用到徑向注漿技術，本項目也不例外。在實際施工時，施工人員考慮到環境給項目帶來的影響，遂決定將重心放在控制注漿方向上，這是因為只有以項目施工所提出需求為依據，對注漿分布曲線加以調整，才能使其優勢得到充分發揮。

利用盾構機開展注漿作業，可為注漿沉降效果提供有力保障。要想使盾構順利通過，關鍵是借盾構機之手，對盾構系統進行相應的注漿處理，在落實相關工作時，施工人員應確保注漿壓力值始終處于0.3～0.4MPa，注漿壓力值過大或過小，均會給施工安全性帶來不利影響。

2 其他適用技術及施工要點

在對穿越鐵路橋梁的地鐵隧道進行施工時，施工人員應以設計方案所提出要求為依據，結合項目情況有選擇性的利用相關技術，例如，超前支護，在保證施工質量的基礎上，縮短工期并提高施工效率。

2.1 加固隧道頂部

研究表明，一旦隧道施工出現突發情況，上方路面必然會產生沉降變形，要想避免類似情況出現，最有效的方法便是加固土體，在確保上部土體具有理想強度的基礎上，對砂土液化問題加以解決。

在開發隧道時，如果存在土體擾動、巖層節理/裂隙/爆破等問題，不僅巖層出現掉塊/崩解/塌方情況的幾率會大幅增加，還會加劇隧道變形幅度，在阻礙施工繼續進行的基礎上，給施工人員及群眾安全帶來威脅。實地勘察結果表明，洞頂土層以砂層、粉質粘土層為主，其中，砂層具有較易液化和透水性強的特點，因此，對多方因素加以考慮后，設計人員提出利用旋噴樁/攪拌樁做加固處理，而加固處理的目的，不僅是為了強化土體穩定性，避免出現塌方問題，還需要實現止水效果，這點應當尤為注意[3]。

2.2 超前支護隧道

地鐵隧道下穿前期施工技術的代表為超前支護，要想使該技術的優勢得到充分發揮，關鍵是通過注漿的方式，對隧道斷面做加固處理，這是因為隧道開挖必然會損壞巖層，這一情況無法避免，只有使全斷面得到加固，才能使巖層原有物力特性發生變化，隨著巖層穩定性持續增強，項目施工自然更加穩定且安全。

本項目用來進行注漿加固的主要工具為鋼管，其規格為Φ108，通過牢固埋設孔口管的方式，為其止漿作用的最大程度發揮奠定基礎。另外，用來加固全斷面的材料為水泥漿液，按照1:1的水灰比，利用硅酸鹽水泥配置所得，在開展注漿作業時，施工人員應對壓力進行嚴格控制，根據實際情況選擇混合式注漿、前進式注漿或其他方法。等到注漿環節告一段落，通過打孔的方式全面檢查注漿效果，如果孔吸水量滿足1.0L/min×m的條件，便可開展后續工作，若注漿效果沒有達到預期，則要及時補充注漿，在注漿效果與項目要求相符的基礎上，利用水泥砂漿對檢查孔進行封堵，為隧道開挖等環節的順利推進提供支持。

2.3 隧道初期支護

對地鐵隧道項目而言，初期支護主要是指安裝鋼架、錨桿及混凝土施工。在安裝鋼架時，施工人員應科學選擇安裝地點，通過預留原巖空間的方式，為鋼架挖槽等環節的高效開展做鋪墊，與此同時，施工人員還要確保鋼架平面與隧道中線垂直，無論是傾斜度，還是安裝存在的偏差，均應處于合理范圍。而砂漿錨桿的施工要點，可被歸納如下：其一，仔細檢查注漿設備質量是否達標，按照要求截取砂漿錨桿，在測量放線的基礎上，利用紅漆對鉆孔位置進行準確標注；其二，均勻攪拌施工所需砂漿，再按部就班的完成注漿、插錨桿等環節。如果漿液由一次拌和所得，施工人員應在漿液初凝前，盡快利用其完成相關作業，通過不斷攪拌的方式，避免漿液沉淀給項目質量帶來不必要影響。網噴混凝土主要分為噴射混凝土和網片施工，前者著重強調噴射作業，要求施工人員以分段分片和自上而下原則為指導，在對鋼筋壁面與格柵進行噴射的前提下，仔細噴射鋼筋格柵[4]。后者需要施工人員以設計方案為依據，先對首層鋼筋網進行鋪設，再利用混凝土覆蓋首層鋼筋網，并對第二層鋼筋進行平整鋪設。

2.4 臺階施工技術

臺階施工分為上臺階支護與下臺階支護，下文將分別對施工及管理要點進行介紹，供相關人員參考。

2.4.1 上臺階支護

等到開挖作業告一段落，結合挖掘隧道橋梁情況，在內部設置相應格柵，確保環向內核心距離不超過100cm，事實證明，只有科學設置格柵，才能使臺階支護得到有效管理，其優勢自然可以獲得充分發揮。對本項目進行施工時，施工人員應給予臺階上層支護足夠的重視，通過綜合利用管樁與格柵的方式，確保臺階上層支護及相關工作的固有間隔性和穩定性能夠得到凸顯，為后續管樁支護等環節的順利開展提供支持[5]。

2.4.2 下臺階支護

受外界環境影響，本項目存在土層改變、臺階下層滲水的問題，要想避免問題所帶來影響的進一步惡化，為項目安全性提供保證，施工人員應對下層臺階支護引起重視，有針對性的引入螺栓管理相關技術，通過增加螺栓數量等方式，確保下層臺階能夠獲得專門支護，隨著下層臺階固有穩定性得到強化，后續施工質效自然能夠得到相應保證。

3 結論

上文根據本區間隧道開挖與施工全過程，對施工方案進行了明確，重點分析了隧道施工中力學結構關系，并對施工方案的科學性與可行性進行了研究。此外，在地鐵隧道施工中，重點研究了隧道下穿鐵路橋梁適用技術，例如，隧道頂部加固、對隧道開挖工序中的不穩定部分進行超前支護，并通過改良土體、徑向注漿和臺階施工等方式，對施工技術進行了強化，確保地鐵隧道施工有序開展。