重疊隧道盾構施工下穿鐵路營業線施工技術研究

祝星星

(1.合肥市包河區住房和城鄉建設局,安徽 合肥 230601; 2.合肥市包河區市政工程管理處,安徽 合肥 230601)

0 引言

隨著城市的發展地鐵線路不斷增多,在地鐵的施工過程中不可避免對周邊的建構筑物產生一定的影響,為此如何在盾構施工時確保周邊建構筑物的安全是施工中的重點[1-3]。其中谷志強[4]研究在軟弱復合地層中重疊隧道施工所面臨的施工風險[5]。張玄等[6]以實際工程研究水砂層條件下盾構穿越高鐵運營線相關施工技術要求,提出采用隔離樁+同步注漿加固可降低樁基沉降。王金華等[7]研究發現增加土倉壓力和注漿層厚度可以減少橋梁的變形,得出合理的盾構施工參數也可以控制橋梁的變形。本文針對合肥地鐵8號線耀遠路站—靈璧路站區間隧道上下重疊穿越鐵路軌道群工程,針對盾構施工過程中的控制措施、掘進參數以及監測進行分析,相關技術可為今后類似工程提供參考。

1 工程概況

合肥地鐵8號線耀遠路站—靈璧路站區間隧道上下重疊(先下后上)在右ZK27+406—右ZK27+468.9段由北向南依次穿越電廠專用線、合武繞行線上行線、桃東上行線、桃東下行線、合武繞行線下行線。合武繞行線全長359 km,有砟軌道,設計速度250 km/h,合武繞行線在盾構下穿位置設計速度160 km/h,合武繞行線上行線實際運營速度80 km/h,合武繞行線下行線實際運營速度100 km/h。合肥地鐵8號線下穿處合武繞行線為路基形式,線間距5.3 m～5.5 m,有砟軌道。桃東線在盾構下穿位置設計速度 80 km/h,桃東上行線實際運營速度70 km/h,桃東下行線實際運營速度60 km/h。合肥地鐵8號線下穿處桃東線為路基形式,下穿里程為桃東上行線K6+663,桃東下行線K8+518。電廠專用線為單線非電氣化鐵路,有砟軌道。電廠專用線在盾構下穿位置運營速度40 km/h。盾構下穿鐵路路基,隧道頂覆土厚度右線為29.320 m～30.539 m(左線為17.984 m～19.203 m)。地鐵線路與鐵路線路夾角約為85°,左、右線豎向凈距5.136 m,區間隧道下穿影響范圍內分布1副硬橫跨接觸網立柱和1座懸臂接觸網立柱。接觸網立柱均為淺埋獨立基礎,埋深約3 m,寬約2.7 m。區間隧道與鐵路軌道群關系如圖1,圖2所示。

2 施工風險

根據本工程的地質條件及施工重難點,充分考慮各項不確定性因素,分析本工程可能存在的施工風險及突發緊急情況如下:

1)隧道施工穿越鐵路下方時,掌子面土壓設置不當,或在盾構掘進過程對土層擾動過大引起普速鐵路路基產生不均勻沉降及變形。2)隧道掘進至未探明的富水砂層、軟弱夾層等,造成突發性的隧道涌水涌砂事故。3)盾構掘進過程中遇到不明堅硬障礙物影響正常掘進。

3 施工要求及措施

3.1 控制標準

根據以往地鐵下穿有砟普鐵的經驗,地鐵區間隧道下穿普速鐵路為桃東線和電廠專用線,下穿位置鐵路均為有砟道床。根據TG/GW 102—2019普速鐵路線路修理規則,確定控制指標如表1所示。

表1 地表、路基、接觸網等沉降控制標準

3.2 控制措施

為了降低重疊隧道施工期間對運營的鐵路產生不利影響,施工過程中對重疊段隧道進行注漿加固,根據地勘報告及設計要求,重疊段加固土體分別為:黏土層、粉土層、粉砂層、全風化泥質砂巖和強風化泥質砂巖。下洞隧道(靈耀右線)對吊裝孔及管片拱部增設的預留注漿孔,在注漿時根據現場實際情況設置一定長度(距離不足者可按實際情況取長度)的注漿管打入地層中,對隧道上方的土體進行注單液水泥漿加固,以提高土體的強度。上洞隧道(靈耀左線)施工時,根據各監測結果匯總分析,對上層隧道和下層隧道的夾層土體進行補強注漿加固。結合現場監測反饋信息及時調整注漿量和注漿壓力。注漿管布置圖如圖3所示。

4 施工管理實施

4.1 掘進參數控制

4.1.1 土倉壓力

根據土力學原理,土壓力的理論值計算公式見式(1):

P0=PC+PW=K0(γ′H+q)+rwH

(1)

其中,P0為土壓力,kPa;PW為水壓力,kPa;γ′為土的有效重度,kN/m3;H為盾構掌子面中心處深度,m;q為地面超載,kPa。

對于合肥的硬塑狀黏土層而言,滲透性系數小,土倉壓力可采用水土合算見式(2):

P0=K0γH

(2)

其中,γ為土的飽和重度,kN/m3。

8號線一期工程耀遠路站—靈璧路站區間隧道下穿鐵路路基區段隧道左線埋深約17.984 m～19.203 m、右線埋深約29.320 m～30.539 m。室內實驗測得全風化泥質砂巖、強風化泥質砂巖、中風化泥質砂巖的靜止側壓力系數為0.43,0.28,0.27,盾構上方土質滲透系數較小,可以采用水土合算;根據具體工點的實際土層參數和隧道埋深,理論計算得到相應的土倉壓力約為0.13 MPa～0.17 MPa。

4.1.2 控制推進速度

根據現場實驗段和涉鐵專項文件要求,對盾構穿越過程中的推進速度進行嚴格的控制。推進速度過快會使得地表沉降的趨勢變大。推進過慢會增加盾構穿越過程對高鐵橋樁的影響,增加工期的同時還不利于高鐵橋正常的運營。因此在盾構掘進中將推進速度控制在2 cm/min～3 cm/min左右,并保持勻速推進,大概4環/d～5環/d。

4.1.3 注漿壓力控制

由于本工程上下重疊隧道的施工方式,對注漿壓力的控制更精細,當注漿壓力過小時,可能會導致地面沉陷。當注漿壓力過大時,可能會導致地面出現隆起。因此注漿壓力的大小影響著鐵路路基的安全。根據本工程實際情況以及計算,左線注漿壓力控制在0.18 MPa～0.23 MPa,右線注漿壓力控制在0.24 MPa～0.30 MPa。

4.2 監測控制

4.2.1 鐵路路基監測

根據設計要求,沿鐵路各股道縱向,每股道布置11個路基監測斷面,斷面間距5 m～15 m,每個監測斷面的每股線路布設8個測點,共布設88個測點,點位布設位置如圖4所示。

測點布設:鐵路路基監測點,清除小范圍道砟后,在地表人工開挖,開挖深度和開口直徑根據現場地質情況確定,然后放入測點,測點采用φ30 mm,長150 cm 半圓頭鋼筋制成,測點四周用水泥砂漿填實,管內填充細沙,在鋼筋頂部焊接上測量徠卡棱鏡,并將棱鏡對準儀器方向,直至整個項目監測工作結束后方可將棱鏡取下。布點作業需在工務段配合下完成。

4.2.2 軌道變形監測

軌道監測目的在于監測軌道的豎向和水平位移,沿鐵路各股道縱向,每股道布置11個軌道監測斷面,斷面間距 5 m～15 m,每個監測斷面布設10個測點,共布設110個測點。具體軌道測點布設如圖5,圖6所示。

4.2.3 接觸網立柱監測

影響區范圍內的每根接觸網立柱設2處監測點,現場共監測4根接觸網立柱,共計布設8個測點。布設在距地面0.5 m和2.0 m處,利用云石膠將棱鏡粘貼在立柱側面。高度、方向可根據現場通視情況做適當調整,如圖7所示。

5 結語

結合合肥地鐵8號線下穿鐵路軌道群工程實例,深入分析地鐵盾構隧道重疊下穿鐵路路基施工技術,得出以下結論:

1)重疊隧道下穿鐵路路基過程中,對重疊隧道中間的夾層土進行洞內注漿加固,提高土體的強度,減低了盾構施工對鐵路的正常運營。

2)由于本工程采用“先下后上”的施工順序,在上隧道施工過程中不僅要對鐵路進行監測,還要對已建的下隧道進行監測,結合現場監測數據動態調整盾構掘進時的參數。

3)為確保盾構隧道施工的安全,在施工期間,對涉鐵過程中的運營線路進行減速要求,減少列車行駛的動荷載產生的影響。