膨脹性泥巖地層盾構小凈距穿越既有鐵路樁基施工技術

摘要：盾構區間隧道與既有鐵路線相互穿越的工況安全風險性最高，施工難度大，社會影響面大，在實施過程中不但要保證既有鐵路的正常行車安全，還要確保新建隧道的施工安全。成都軌道交通17號線二期工程威靈站至高洪站區間盾構隧道，以最小水平凈距1.54m穿越既有運營鐵路樁基段，通過穿越前對原承臺補強、穿越中嚴控掘進參數和出渣量、穿越后多次注漿、持續監測等措施，安全順利的完成了穿越既有鐵路線施工，為類似工程提供參考依據。

關鍵詞：盾構穿越；鐵路樁基；小凈距；掘進

0" "引言

在城市軌道交通建設中，不可避免地會遇到新建線路與既有城市交通網絡相互交叉穿越的現象。其中尤以區間隧道與既有鐵路線相互穿越的情況安全風險性最高，施工難度大，社會影響面大，不但要保證既有鐵路的正常行車安全，還要確保新建隧道的施工安全。鑒于此，在地鐵穿越施工過程中，必須采取行之有效的工程措施來降低穿越風險，減小盾構隧道施工對既有鐵路產生不利影響。

中鐵十二局集團有限公司承建的成都軌道交通17號線二期工程，威靈站至高洪站區間盾構隧道，以最小凈距1.54m穿越多股運營鐵路樁基段。分析認為，若施工控制不當極易造成地層形變，導致既有鐵路路基沉降、軌道變形，影響高速鐵路運營安全。

根據鐵路部門相關規定，區間隧道與鐵路橋樁基最小水平凈距不得小于4倍樁徑，但受限于地鐵線路規劃，不得不從鐵路橋的加固和盾構掘進施工參數進行優化，完成穿越施工。施工中根據區間地層特點，結合穿越段鐵路現狀，采用穿越前對原承臺補強、穿越中嚴控掘進參數和出渣量、穿越后多次注漿、持續監測等措施，安全順利的完成了穿越既有鐵路線施工。

1" nbsp;工程概況

成都軌道交通17號線二期工程高洪站至威靈站區間隧道在里程ZDK101+145～ZDK101+185、YDK101+135～ZDK101+175處下穿兩條鐵路：一是昆北線（已報廢，本文不做論述），二是成花線繞城特大橋3#～4#、4#～5#墩（KK4+634.8～K4+655～K4+688）。

成花線繞城高速立交橋為雙線橋，橋樁受力形式為嵌巖樁，樁徑為1m，正在運營。軌道交通17號線區間采用外徑8.3m管片結構，下穿段線路中心線間距為22.85m，線路縱坡5‰，穿越段線路圓曲線（R=1000m），與鐵路線路斜交約68°角。與橋樁最小平面凈距約1.54m（3#墩與4#墩之間）。平面位置關系如圖1所示，縱斷面位置關系如圖2所示。

2" "施工前準備工作

2.1" " 盾構機適應性評估

施工前收集穿越工程特點、地質情況等相關資料，對盾構機的選型和配置、功能及其狀態進行確認和完善。通過對盾構機刀具情況、土壓系統、泡沫系統、渣土改良系統、中盾注漿等系統進行檢查，確保盾構機整體性能滿足穿越施工快速、高效掘進要求。

2.2" " 鐵路現狀調查

對既有線的結構現狀和線路情況進行全面的調查和實地測量充分理解其現狀，為制定預加固方案及掘進模式的選取提供基礎性數據，并確認穿越位置和影響范圍，與涉及設備管護單位簽訂現場調查表及相關安全協議。

2.3" " 地質補勘

通過地質補勘對比分析，驗證實際地層情況是否與地質資料相符，核查采取的地質參數是否與實際情況一致，以此來優化掘進參數，規避地層疏散、空腔等地質災害發育風險，減小突發性事故的發生。

2.4" " 設立試驗段實驗

在區間隧道與鐵路交叉段臨近區域設立60m的試驗段，通過模擬同等地質水文情況和正式穿越掘進模式，進行實驗性掘進。詳細記錄地層情況和各項掘進參數，分析整理地表沉降變化規律，總結出適應下穿既有鐵路的盾構掘進參數。同時驗證下穿既有鐵路各項技術措施的有效性，以便正確設定穿越危險源的施工參數，采取針對性措施減小土體形變，降低盾構施工對既有線的影響。

選取設定掘進參數，如表1所示。在施工中，及時根據反饋的施工監測數據，對于表1掘進參數不斷優化調整。選取掘進參數的同時，在試驗段期間總結分析地表沉降規律。盾構停復機時，再多部位注入優質發酵膨潤土，避免引起超方和地表沉降變形過大，以及多次二次注漿填充壁后間隙減小，造成地層變形。試驗段地表沉降分析見圖3。

將左線穿越鐵路線的掘進參數及相關措施實施，作為右線正式下穿施工的試驗段，通過分析左線掘進參數與沉降變形的關系，以及掘進時間進度控制情況，對右線掘進參數進行優化和調整，確保整個穿越過程順利推進。

3" "地面預加固

因盾構需小凈距穿越鐵路橋樁基時，采用常規的穿越路基段施工的D型便梁、大管棚、扣軌等措施，對鐵路進行加固無法實施。針對工程特點，穿越前需對鐵路線采取一些措施進行加固。成花線繞城高速特大立交橋加固平面如圖4所示，加固剖面如圖5所示。

在穿越成花線繞城高速立交橋鐵路上下行線處，利用既有橋墩樁基承臺結構，采用旋挖鉆機在原承臺四周新鉆橋樁4根，對原承臺進行鑿毛、補強。考慮到樁基打設期間對既有橋墩的不利影響，采用“跳孔、多次”的方式成孔。

新增樁基布設如圖6所示。成花線繞城高速特大橋新增承臺布設如圖7所示。對于新增樁基，根據地質情況，采用旋挖成孔工藝。新增樁基的混凝土等級、直徑、深度與原樁基一致。新舊承臺用鋼筋連接。采用化學植筋法植入鋼筋，新增承臺鋼筋進行預應力張拉。

4" "盾構穿越既有鐵路

4.1" " 掘進措施

在中強風化泥巖地層盾構掘進穿越既有鐵路區域時，通過注入高壓水+分散性泡沫的措施，土倉內切削下的渣土進行改良，解決了盾構機掘進時間短、停機時間長，引發的復推刀盤扭矩大、掘進參數難控制、易沉降等難題。通過“低轉速、低貫入度、低推力、低扭矩、連續掘進”四低一連續的掘進原則，保證穿越過程不超挖，并將地層擾動控制到最小。

穿越掘進時土倉壓力保持在0.1.5MPa，長時間停機階段土壓維持在0.1～0.12 MPa。在掘進停機環結束后，向土倉內注入3m³膨潤土改良土倉內環境，并每隔2～3h向土倉注入泡沫，至土壓增加到0.1.5 MPa為止，以保證土倉內渣土活性及掌子面穩定。

每環停機間隔復推時，通過降低螺旋輸送機的轉速，加大掘進時的推力，增加土倉內的渣土量。再向土倉內加入適當的膨潤土，提高渣土的流動性。掘進至推力、鉸接拉力處于適應狀態，緩慢提高螺旋輸送機的轉速，提高掘進速度，降低推力，使盾構機快速處于正常掘進狀態。

盾構掘進以平穩推進、減少擾動為控制原則，掘進速度控制在45～65mm/min，刀盤轉速1.6r/mim，刀盤扭矩不超過4000kN·m，掘進推力不超過1700t，渣土改良每環用水25～30m³，分散性泡沫劑原液每環150～200L。

4.2" " 開啟中盾注泥系統

正式穿越鐵路掘進時，通過開啟中盾注漿系統，同步在盾體周圍注入1.5m³高濃度膨潤土，以填充開挖輪廓地層與盾體之間產生的間隙，有效減小盾體上方土體形變。該措施有利于長時間停機階段維持土倉壓力，從而減小對既有線路的盾構施工擾動。

4.3" " 綜合注漿技術

4.3.1" "同步注漿

穿越既有鐵路時，同步注漿采用水泥砂漿。漿液能有效填充管片外側間隙，防止和減少地層變形。注漿速度和推進速度保持同步，即在盾構機推進的同時進行足量注漿。采用注漿壓力和注漿量雙控。同步注漿漿液配合比如表2。

從盾尾圓周上的4個點同時注漿，上部兩個注漿孔的壓力控制在0.15MPa，下部兩個注漿孔的壓力在0.2～0.25MPa。盾構穿越段實際注漿量按實際出碴量進行控制，基本上控制在11m³以上，或以最大程度將管片背后填充密實為準。同步注漿速度和推進速度保持同步，即在盾構機推進的同時進行足量注漿。

4.3.2" "跟蹤注漿

若盾尾同步注漿漿液不能完全填充飽滿，漿液凝固后會在上部形成部分積水，致使管片與周圍土體注漿不飽滿，處于臨時無支撐狀態。針對穿越段特殊掘進情況，可利用每兩環推進間的停機間隙時間，對鐵路范圍脫出盾尾2～4環的成型管環壁進行系統性的跟蹤注漿，確保壁后密實，彌補同步注漿的不足。同時使管片、同步漿液、地層土體一體化，提高止水效果。在穿越鐵路期間，二次注漿設備要有備用。當注漿機故障或特殊情形下，要及時啟用備用系統，盡快回填密實壁后空隙，減少既有線的沉降變形。

4.3.3" "二次、多次注漿

同步注漿及系統性跟蹤注漿后，若沉降仍有較大的變化趨勢，成形管環上浮、錯臺，可通過跟蹤注漿打開的管片中部注漿孔，進行二次或多次注漿。

4.3.4" "洞內深孔注漿

盾構通過后，對隧道左、右線鐵路穿越段范圍，通過在管片上增設的10個注漿孔及原有7個吊裝孔，插入特制鋼花管，進行洞內壁后土體注漿加固。注漿范圍為隧道上全圓管片外邊緣向外延伸3.0m。

4.4" " 監控量測

傳統監測方法受高密度的行車區間影響無法實施，且不能進行大量數據采集和分析。采用智能化監測系統與傳統人工監測相結合方式，則可相互印證、相互校核數據，實時掌握了地表、路基和線路真實沉降變形情況，便于對路基、線路的安全狀態進行綜合評價。施工期間監控狀況如表3所示。

5" "結語

在區間隧道線路與鐵路之間水平凈距無法再增大情況下，可通過補強鐵路橋樁基及承臺的穩定性，增加鐵路橋在盾構穿越過程中對橋梁的安全性。本文通過穿越前對原承臺補強、穿越中嚴控掘進參數和出渣量、穿越后多次注漿、持續監測等措施，安全順利的完成了穿越既有鐵路線施工，為類似工程施工積累了寶貴經驗。

參考文獻

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