地鐵隧道下穿鐵路橋梁施工技術(shù)探究

浦振宇

中鐵隧道股份有限公司 河南鄭州 450000

隨著城市各城市的地鐵建設(shè)，過(guò)程中經(jīng)常面臨復(fù)雜的周邊環(huán)境問(wèn)題，地鐵建設(shè)中離不開(kāi)盾構(gòu)施工技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)于各大城市來(lái)說(shuō)城市建設(shè)時(shí)間越長(zhǎng)，地下地上環(huán)境越復(fù)雜，建設(shè)中遇到的問(wèn)題越多[1]。本文以某個(gè)城市地鐵建設(shè)中需要下穿既有橋梁為例，探討盾構(gòu)施工時(shí)需下穿既有建筑時(shí)的施工技術(shù)。

1 工程概況

1.1 線路概況

在地鐵盾構(gòu)隧道施工中采用盾構(gòu)法。線距13.0-30.6m，線面最小曲線半徑350m，最大縱坡34.000‰。盾構(gòu)隧道施工是本段的施工方法。區(qū)間內(nèi)有三條接觸通道，其中二號(hào)接觸通道與泵房聯(lián)合修建，側(cè)穿某客運(yùn)專線橋樁，線路呈V字走向，施工前已于市政管線單位進(jìn)行對(duì)接，路基下方無(wú)市政管線。

1.2 地質(zhì)情況

該區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)主要位于黏質(zhì)粉土層⑥2、粉質(zhì)粘土⑦1、黏質(zhì)粉土⑦2、粉質(zhì)粘土⑧1層中，各地層參數(shù)表見(jiàn)表1所示。

表1 地層參數(shù)表

1.3 水文情況

勘察期間共觀察到一層地下水，地下水位類型為潛水（二），其穩(wěn)定水位埋深41.70-42.30m左右，標(biāo)高79.20-80.36m左右。含水層主要為粉質(zhì)粘土⑧3層（局部粉質(zhì)粘土含孔隙）。主要由側(cè)向徑流和溢流供給，由側(cè)向徑流和人工開(kāi)采排出。地下水徑流補(bǔ)給方向?yàn)槲髂舷驏|北。

2 盾構(gòu)側(cè)穿橋樁施工方案

2.1 盾構(gòu)施工地層隆沉的發(fā)展過(guò)程分析

根據(jù)地表沉降的變化規(guī)律，盾構(gòu)隧道施工引起的地表沉降可分為5個(gè)階段，其原因及機(jī)理如表2。

表2 盾構(gòu)施工引起位移的原因及機(jī)理

2.2 盾構(gòu)穿越前準(zhǔn)備

2.2.1 與相關(guān)部門(mén)對(duì)接

成立盾構(gòu)側(cè)穿客運(yùn)橋樁外部聯(lián)絡(luò)協(xié)調(diào)組，下穿前與相關(guān)部門(mén)及業(yè)主單位進(jìn)行對(duì)接、協(xié)調(diào)，并簽訂安全協(xié)議（確定掘進(jìn)、監(jiān)測(cè)時(shí)間），對(duì)接完成后方可組織盾構(gòu)下穿施工。

2.2.2 盾構(gòu)試掘進(jìn)

加強(qiáng)盾構(gòu)掘進(jìn)、盾構(gòu)及其配套設(shè)施的維護(hù)，加強(qiáng)推進(jìn)系統(tǒng)、注漿系統(tǒng)、密封系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)等重要系統(tǒng)，確保盾構(gòu)及其配套設(shè)備在穿越斷層時(shí)的正常運(yùn)行。

2.3 盾構(gòu)穿越前地面加固處理措施

區(qū)間左線隧道與橋樁的最小間距為5.39m，區(qū)間右線隧道與橋樁的最小間距為7.67m。建議采用預(yù)埋注漿管進(jìn)行地面加固，采用單液體水泥漿作為注漿漿液。加固范圍:縱向長(zhǎng)度為30米，加固的寬度為盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)輪廓線左側(cè)3米，右側(cè)3米，豎向鋼筋范圍為盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)輪廓上下各3米，即套管閥管長(zhǎng)度為12.2米。

注漿加固過(guò)程中，根據(jù)注漿擴(kuò)散半徑控制注漿管與深基礎(chǔ)之間的暢通距離，減少注漿對(duì)深基礎(chǔ)的直接擠壓力作用，同時(shí)注漿壓力適宜，避免注漿壓力過(guò)大；注漿后及時(shí)清洗注漿管，為盾構(gòu)通過(guò)時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)結(jié)果決定是否采用補(bǔ)償注漿預(yù)留條件，注漿加固7天后強(qiáng)度滿足要求方可進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)施工。

2.4 盾構(gòu)穿越期間的控制參數(shù)

2.4.1 嚴(yán)格控制地盾前方的土壓力

當(dāng)盾構(gòu)刀盤(pán)前方土壓力發(fā)生變化時(shí)，刀盤(pán)前方土體的應(yīng)力將發(fā)生重新分布，導(dǎo)致地表變形、隆起或下沉。根據(jù)施工期地面監(jiān)測(cè)結(jié)果及時(shí)變更和設(shè)定土壓力。如果盾構(gòu)機(jī)前面的地面下沉，盾構(gòu)機(jī)的土壓力就會(huì)增大；如果盾構(gòu)機(jī)前面的地面上升，土壓力就會(huì)減小。在實(shí)際施工中，土體壓力與開(kāi)挖量是密切相關(guān)的，及時(shí)總結(jié)出最合理的土體壓力和開(kāi)挖量，減少對(duì)土體的擾動(dòng)。通過(guò)橋梁樁基時(shí)，土壓力不得出現(xiàn)風(fēng)箱式波動(dòng)，干擾土體[2]。

2.4.2 刀盤(pán)轉(zhuǎn)速及推進(jìn)速度控制

根據(jù)穿越橋樁前施工參數(shù)總結(jié)及穿越段相應(yīng)地質(zhì)情況，推進(jìn)時(shí)是勻速推進(jìn)，且推進(jìn)速度、開(kāi)挖速度、注漿量要匹配。

2.4.3 同步注漿

因盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)外徑為6.46m，管片外徑為6.2m，盾構(gòu)機(jī)的外徑大于管片的外徑。盾尾穿過(guò)后，管片外圍與土壤之間有間隙。在施工中，采用同步注漿的方法填補(bǔ)這部分缺口，以減小填補(bǔ)缺口時(shí)周圍土體的變形，降低地基沉降。在施工過(guò)程中，嚴(yán)格控制同步注漿量、注漿質(zhì)量和配比，并根據(jù)掘進(jìn)段正常的漿液比例提高水泥用量和漿液濃度，使?jié){液工作性好，泌水性比較小，漿液固結(jié)收縮率小。

同步注漿是通過(guò)盾尾結(jié)構(gòu)的注漿管和同步注漿系統(tǒng)的，同時(shí)盾構(gòu)前進(jìn)，形成盾尾間隙。采用雙泵四管（四注入點(diǎn)）對(duì)稱進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)機(jī)尾灌漿。

2.4.4 二次注漿

盾構(gòu)隧道施工中，同步注漿可能沿土體裂縫滲透，并存在一定的裂縫。此外，收縮變形和土體側(cè)向位移會(huì)干擾土體再固結(jié)，導(dǎo)致地基沉降。其次，根據(jù)實(shí)際情況（同步灌漿程度、監(jiān)測(cè)結(jié)果），采用二次灌漿法填補(bǔ)柱段建筑物之間的空隙。注漿孔應(yīng)提前打開(kāi)，并采取防護(hù)措施。根據(jù)地面監(jiān)測(cè)情況，可隨時(shí)調(diào)整墻后補(bǔ)充灌漿，以減少地層變形。

2.4.5 加大油脂用量

盾構(gòu)穿越風(fēng)險(xiǎn)源過(guò)程中油脂使用量須增加，使盾構(gòu)機(jī)安全、連續(xù)的通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)源。

2.4.6 管片拼裝

管片拼裝需要安排最熟練的拼裝工人，這樣可以縮短拼裝的時(shí)間，盾構(gòu)停機(jī)的時(shí)間也會(huì)對(duì)應(yīng)縮短，減少地面沉降。在拼裝的過(guò)程中，前面的土體壓力下降，螺旋機(jī)內(nèi)的土體可以通過(guò)螺旋機(jī)反轉(zhuǎn)法在前面進(jìn)行填充。拼裝完成后可以盡快恢復(fù)推進(jìn)進(jìn)度，減少土壤沉降。

3 盾構(gòu)隧道質(zhì)量保證措施

3.1 加強(qiáng)管片生產(chǎn)質(zhì)量控制，確保管片制造精度達(dá)標(biāo)

模具精度控制在允許誤差范圍內(nèi)，要有足夠的強(qiáng)度，防水密封，嚴(yán)格控制鋼筋、混凝土、粗細(xì)骨料、粉煤灰和混合料的質(zhì)量，選擇合適的比例，指定專人負(fù)責(zé)生產(chǎn)，嚴(yán)格控制分段生產(chǎn)的質(zhì)量，分段按照生產(chǎn)日期和型號(hào)整齊堆放。管片擱置在柔性墊條上，擱置部位上下對(duì)應(yīng)。管片必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的質(zhì)量檢驗(yàn)，檢驗(yàn)表必須逐塊填寫(xiě)。經(jīng)檢驗(yàn)合格的部件應(yīng)標(biāo)明產(chǎn)品證書(shū)，管片運(yùn)到工地后，須現(xiàn)場(chǎng)位驗(yàn)收合格后，方可使用。

3.2 提高管片拼裝精度

選擇熟練工人進(jìn)行拼裝，定期保養(yǎng)維修管片安裝機(jī)，加強(qiáng)螺栓緊固，隧道貫通后，檢查重新緊固縱向、環(huán)向螺栓，確保安裝質(zhì)量。

3.3 做好管片缺陷修補(bǔ)

管片拼裝后對(duì)其缺陷進(jìn)行修補(bǔ)，嚴(yán)格按照管片修補(bǔ)專項(xiàng)施工方案進(jìn)行管片修補(bǔ)，保證隧道襯砌良好的表觀質(zhì)量。

3.4 加強(qiáng)盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)控制

掘進(jìn)前根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙和地質(zhì)條件繪制盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)姿態(tài)，指導(dǎo)施工。掘進(jìn)時(shí)，主司機(jī)和值班工程師應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整盾構(gòu)機(jī)的方向和速度，如有異常應(yīng)及時(shí)監(jiān)測(cè)并采取必要措施。掘進(jìn)后要及時(shí)收集掘進(jìn)信息并分析總結(jié)、反饋信息，指導(dǎo)下一步施工[3]。

4 文明施工措施

施工過(guò)程中，每一道工序都嚴(yán)格按照規(guī)范進(jìn)行。工人操作要求標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、制度化，施工現(xiàn)場(chǎng)保持清潔、衛(wèi)生、通風(fēng)、采光良好。進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)的人員必須佩戴安全帽，材料、產(chǎn)品部件分類有序堆放整齊，機(jī)器設(shè)備固定維護(hù)保持操作清潔，保持機(jī)器正常運(yùn)轉(zhuǎn)，合理布置隧道內(nèi)各種管道。

施工現(xiàn)場(chǎng)安排專人定期向施工現(xiàn)場(chǎng)灑水，減少揚(yáng)塵。定期用水清洗進(jìn)出運(yùn)輸車輛的主要道路，減少粉塵對(duì)地面的污染。在危險(xiǎn)區(qū)域設(shè)置警示標(biāo)志和安全通道，定期組織專人檢查；

施工工地須每天清潔，要在工程完成后清潔工地。嚴(yán)禁隨意堆放建筑垃圾。在施工生產(chǎn)和生活中，應(yīng)加強(qiáng)施工人員的文明行為教育，實(shí)現(xiàn)管理程序化和規(guī)范化操作。

5 揚(yáng)塵治理措施

項(xiàng)目依據(jù)各地方揚(yáng)塵治理相關(guān)文件要求，嚴(yán)格按要求進(jìn)行揚(yáng)塵治理工作，確保施工中揚(yáng)塵治理工作達(dá)標(biāo)。

6 側(cè)穿橋樁時(shí)突發(fā)事件應(yīng)急措施

6.1 橋體與地面沉降超限

施工掘進(jìn)過(guò)程中，若發(fā)現(xiàn)橋體與地面沉降超限，應(yīng)立即會(huì)同有關(guān)方面根據(jù)監(jiān)測(cè)情況制定有效的措施，保護(hù)鐵路軌道的安全。當(dāng)鐵路軌道的沉降及變形較大時(shí)，主要采取以下應(yīng)急措施：

軌道應(yīng)急措施：在施工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)鐵路橋體允許偏差超標(biāo)時(shí)，應(yīng)立即聯(lián)系有關(guān)鐵路部門(mén)進(jìn)行線路維修，并及時(shí)通知設(shè)計(jì)單位和有關(guān)鐵路部門(mén)研究對(duì)策，防止影響鐵路正常運(yùn)營(yíng)。

當(dāng)變形量大，危及行車安全時(shí)，及時(shí)聯(lián)系鐵路運(yùn)營(yíng)部門(mén)，配合鐵路維修單位盡快減緩變形，調(diào)整線路設(shè)備適應(yīng)交通條件，然后放行列車，地面客車會(huì)減速慢慢行駛。

隧道內(nèi)應(yīng)急措施：立即停止盾構(gòu)掘進(jìn)，保持土倉(cāng)壓力，有效控制地表沉降和橋梁沉降。在沉降沒(méi)有得到控制，原因沒(méi)有明確分析，沉降控制措施沒(méi)有到位時(shí)，盾構(gòu)機(jī)不得繼續(xù)行駛，地表沉降和橋梁穩(wěn)定后處理完畢，盾構(gòu)機(jī)可繼續(xù)行駛。

施工前準(zhǔn)備好足夠的搶險(xiǎn)設(shè)備（如沙袋、石子、盾尾油脂等）的項(xiàng)目和數(shù)量，存放于指定施工現(xiàn)場(chǎng)，確保出現(xiàn)險(xiǎn)情搶險(xiǎn)物資能夠及時(shí)到位。并成立行之有效的應(yīng)急機(jī)構(gòu)，組建專業(yè)應(yīng)急突擊隊(duì)[4]。

6.2 出渣量、渣溫?zé)o法控制

按照適時(shí)控制出渣量的原則，當(dāng)無(wú)法有效控制出渣量時(shí)，應(yīng)立即保壓停機(jī)，并向相關(guān)人員報(bào)告情況。

對(duì)渣土溫度進(jìn)行檢測(cè)，達(dá)到35℃渣溫時(shí)為警戒值。而當(dāng)達(dá)到警戒值時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)人員立即分析判斷并采取措施控制，并向相關(guān)人員通報(bào)情況。

6.3 突發(fā)停電

在施工過(guò)程中如發(fā)生突然停電現(xiàn)象，將產(chǎn)生一定的安全隱患及損失。為此制定以下工程搶險(xiǎn)預(yù)案：①經(jīng)常檢查備用電源設(shè)備是否處于良好狀態(tài)，在緊急情況下是否正常使用。②定期維護(hù)供電線路和高壓電源，高壓線固定在側(cè)墻頂部。③高壓變壓器應(yīng)設(shè)置防護(hù)圍欄，不得進(jìn)入。④隨時(shí)與電源管理部門(mén)聯(lián)系獲取動(dòng)態(tài)信息。⑤停電后及時(shí)啟動(dòng)發(fā)電機(jī)。排水、照明和井口提升系統(tǒng)優(yōu)先。⑥停電時(shí)及時(shí)啟動(dòng)盾構(gòu)機(jī)上的空壓機(jī)保持土倉(cāng)壓力[5]。

6.4 意外停機(jī)

（1）停機(jī)前制定完善的停機(jī)交底，對(duì)測(cè)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及開(kāi)挖土體進(jìn)行一次全面的分析，盡量避開(kāi)建筑物，選擇合理的停機(jī)位置。

（2）停機(jī)前的掘進(jìn)應(yīng)加強(qiáng)各施工參數(shù)的控制，特別是土壓力、排土量、壁后注漿、推進(jìn)速度，最大限度的減小掘進(jìn)對(duì)周圍土體的擾動(dòng)。

（3）為保證開(kāi)挖面土壓力能隨時(shí)得到控制，值班人員應(yīng)在盾構(gòu)停機(jī)24小時(shí)后記錄土壓力的變化，并當(dāng)土壓力大幅下降時(shí)采取措施保持土壓力，以保證停機(jī)期間的施工安全。

（4）對(duì)地表沉降監(jiān)測(cè)在停機(jī)期間不停止，增加監(jiān)測(cè)頻率。在停機(jī)期間還應(yīng)安排專人對(duì)建筑物進(jìn)行地面巡視。

（5）停機(jī)期間保障盾構(gòu)機(jī)電源不間斷，發(fā)生異常時(shí)可以及時(shí)采取相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施。

7 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，地鐵隧道下穿鐵路橋梁施工技術(shù)的優(yōu)劣不僅僅直接影響工程的施工質(zhì)量，對(duì)既有鐵路線安全也存在很大的影響，在地鐵隧道下穿鐵路橋梁施工中，必須根據(jù)隧道工程的具體特點(diǎn)，采取科學(xué)的措施，有效控制施工工藝和施工過(guò)程，不斷優(yōu)化施工技術(shù)，先進(jìn)的施工技術(shù)和設(shè)備需要大力的引進(jìn)并應(yīng)用，熟練控制施工技術(shù)要點(diǎn)，提高科學(xué)施工的能力和水平，最大程度的減少違規(guī)操作、規(guī)避施工風(fēng)險(xiǎn)，降低施工隱患和問(wèn)題，促進(jìn)地鐵交通的健康發(fā)展。