盾构法隧道下穿既有铁路加固措施的实践与思考

曹成斌 上海铁路局新长工务段

1 概况

某新建城际铁路位置与某既有普速铁路交叉，交叉角度为基本正交，城际铁路采取盾构施工法新建隧道穿越既有铁路，左右线分别穿越铁路高路堤和铁路框架桥，左右线穿越长度分别为33.819 m和15.647 m。隧道穿越铁路段隧道上覆主要土层为：①-1和①-2杂填土，②-3b2淤泥质粉质粘土，③-1b1-2粉质粘土、③-2b2-3粉质粘土、③-3b1-2粉质粘土。盾构隧道掘进的主要土层为③-2b2-3粉质粘土、③-3b1-2粉质粘土。

2 既有铁路路基及桥涵加固

2.1 加固措施

为有效控制铁路变位，在盾构机掘进前，对影响范围路基和涵洞全部采用注浆方式加固，其中路基本体和涵洞下方加固深度至隧道底以下1 m、路基边坡范围加固深度至进入④-1b1土层。

2.2 注浆加固工艺

注浆加固方式采用袖阀管两套设备对称同步斜孔注浆，水泥掺量为被加固土体的18%～20%，加固后28天无侧限抗压强度不小于1 MPa，注浆孔间距为（0.8～1.5）m，应能使被加固土体在平面和深度范围内连成一个整体，主要工序为测量定位→钻孔→下袖阀管、浇注套壳料→固管止浆→待凝→开环灌浆→正式注浆→终灌标准。钻孔直径为φ90 mm；套壳料采用粘土和水泥配制，配比范围为水泥：粘土=1：1.5～1：3.5，水灰比为 1：1～1：2，注浆比重约为 1.5，漏斗黏度为（24～26）s；当套壳管和安装花管两道工序做完以后，要待凝一段时间才能灌浆，待凝时间控制在2～10天之间；正式注浆采用双塞心管进行灌浆，灌浆自下而上分段进行，没排孔眼作为一个灌浆段，段长为（33～50）cm；终灌标准为当土层中有了一定的注入浆量，压力为（0.2～0.5）MPa，不得大于 1 MPa，吸浆量小于25 L/min，稳定时间25 min。

2.3 注浆加固实施

注浆加固方案通过征求各方意见，经过路局专家和专业审批，在确保行车安全的前提下于当年2月份到6月份进行了实施（见图1），通过28天加固后检测和盾构穿越过程实际检验，注浆加固方案是科学、合理、有效的。

3 盾构法施工控制措施

3.1 盾构机选型要求

本隧道采用盾构法施工，盾构机在选型应考虑以下几个因素：一是本隧道主要穿越软塑-流塑淤泥质粉质黏土、可塑粉质黏土、硬塑粉质黏土等土层，应考虑加泥式土压平衡盾构机；二是为增大盾构机的灵敏性、利于盾构机转弯和纠偏以及控制盾构施工产生的地面沉降，盾构机应选用铰接型；三是应考虑配置控制地表沉降的同步注浆和二次注浆设施。综合考虑以上因素，施工选择了日本小松土压平衡盾构机。

图1 加固效果图片

3.2 盾构机推进时参数控制

（1）土仓压力设定值在理论计算结果基础上增加（15～25）kPa，实际取值在（0.28～0.30）MPa之间；

（2）掘进速度控制在（0.6～1.0）cm/min，均匀掘进，每天 7～10 环，24 h 连续作业；

（3）采用同步注浆，每个行程（1.2 m）注浆量应控制在2.5 m3，注浆压力控制在（0.2～0.3）MPa之间；

3.3 掘进过程中技术安全控制措施

（1）随时调整盾构施工参数，减少盾构的超挖和欠挖，以改善盾构前方土体的坍落或挤密现象，降低地基土横向变形引起的土体变化；

（2）采用同步注浆和二次注浆，减少盾尾通过后隧道外周围形成的空隙，减少隧道周围土体的横向位移；

（3）下穿前路基和桥涵必须注浆加固到位；

（4）盾构推进时，控制好盾构姿态，避免盾构上浮、叩头和后退等现象发生；

（5）加强沉降观测，穿越施工对线路全过程监测，根据监测结果及时优化调整掘进施工参数，盾构通过时，每10 min提供一组监测数据，并及时反馈到施工人员，做到信息化动态施工管理。

4 加固及盾构下穿时既有铁路变形监测及控制

4.1 监测控制项目

在注浆加固和盾构推进阶段，均必须加强施工过程中的监控测量，及时掌握路桥及线路变化情况，动态调整施工参数，防止危及铁路行车安全事故的发生。具体监测项目主要有：铁路涵洞纵横向位移及沉降观测、路基及地表沉降观测、线路几何状态监测、隧道内水平收敛量测、拱顶下沉量测、应力应变量测。

4.2 监测组织形式

为保证监测结果的科学性和权威性，铁路涵洞纵横向位移及沉降观测、路基及地表沉降观测由有资质的独立第三方负责监测；线路几何状态由工务段组织人员观测；隧道内水平收敛量测、拱顶下沉量测、应力应变量测由施工单位负责监测，监测结果统一汇总到施工项目部进行分析、控制。

4.3 各监测项目观测频率和警报值设定（见表 1、表 2）

表1 各阶段观测频率表

表2 盾构穿越铁路监测报警值

4.4 监测项目的实施

按监测方案要求，对相关项目进行了监测（见图2）。

图2 监测项目实测图片

4.5 部分实测观测数据

通过对施工过程的监测，全面掌握了整个施工过程路桥和线路变化情况，既保证了施工安全又保证了行车安全，部份观测数据见表3。

表3 部分实测监测数据

5 保证既有铁路行车安全措施

（1）铁路限速要求：为确保铁路行车安全，在注浆加固和盾构推进期间采取客车限速80 km/h、货车限速60 km/h措施；

（2）严格按《铁路工务安全规则》规定设置移动行车减速信号牌，建立严密的驻站和现场防护体系，确保行车和劳动安全；

（3）认真按监测方案对路桥和线路变化进行监测，发现异常立即采取措施，达到警报值必须立即停止施工；

（4）严格执行临近营业线施工安全监督的相关要求，施工单位必须在工务段安全监督下进行施工；

（5）严格执行大型机械“一人一机”防护制度，保证任何施工机械、设备、人员、机具不得侵入铁路限界；

（6）完善应急处置流程，组建专业应急处置队伍，线路变形较大危及行车安全时必须立即停止施工、封锁线路，经过应急处置达到通车条件后才能放行列车。

6 结束语

综上所述，虽然先进的盾构工艺一定程度上减少了下穿施工对既有铁路的影响，但盾构工艺对周围一定深度土体的扰动还比较明显，要在保证铁路行车安全的前提下顺利实施盾构掘进，必须根据下穿处地质情况采取加固处理措施、必须严格控制掘进过程中相关施工参数、必须严格加强对既有铁路和轨道的监测监控、必须严格落实保证铁路行车安全的其它相关安全措施。