盾构隧道下穿高速铁路运营线路路基段的施工技术

王吉永

（江苏盛华工程监理咨询有限公司，221006，徐州∥高级工程师）

盾构隧道下穿高速铁路运营线路路基段的施工技术

王吉永

（江苏盛华工程监理咨询有限公司，221006，徐州∥高级工程师）

结合苏州广济路地下空间人防配套设施工程（火车站站至三医院站区间隧道）成功穿越运营中沪宁城际高速铁路和京沪普速铁路工程实例，从组织机构保障、施工方案编审、地基加固、沉降控制标准确定、土仓压力控制等15个方面，论述了盾构穿越高速铁路施工过程中的关键控制点，总结得出盾构隧道下穿运营中高速铁路技术的几个重要结论，包括对高速铁路的保护措施、沉降控制标准的确定、盾构土仓压力的控制、同步注浆及二次注浆等。

地铁；盾构隧道；既有高速铁路；穿越

Author's address Jiangsu Shenghua Engineering Supervision Consulting Co.，Ltd.，221006，Xuzhou，China

高速铁路运营速度快，输送旅客多，地铁隧道在穿越高速铁路施工时存在较大的安全风险。为了保证隧道穿越安全，施工中有很多关键的技术工作必须做好。本文结合苏州广济路地下空间人防配套设施工程（火车站站至三医院站区间隧道）成功穿越苏州火车站站场工程实例，探讨盾构隧道穿越高速铁路的关键控制技术。

1　工程概况

火车站站—三医院站盾构区间从三医院站出发，沿广济路向西延伸右转穿越苏州火车站站场后，到达苏州火车站站。区间右线总长1 360.436 m，左线总长1 344.446 m，设两处联络通道。隧道埋置于中密状④3粉土或粉砂层，软～流塑状④5粉质黏土层中。本区间隧道采用2台盾构机自三医院站向火车站站场方向推进，下穿的铁路线路包括沪宁城际铁路区域的3条京沪普速过渡线、沪宁城际铁路2条正线（线路设计速度250 km/h，采用CRTS I型板式无砟轨道）和4条到发线（采用有砟轨道）。左线过铁路后，沿着城际铁路外侧围墙向火车站西风井推进；右线过铁路后，沿着铁路围墙外侧道路下方向火车站西风井推进。火车站站场段盾构隧道左右线分别为右转的R400 m、R410 m曲线，左右线的水平中心间距为13.7 m，纵断面处于上坡线路上。穿越铁路段隧道线路自大里程至小里程，覆土厚度由深至浅，约从18.8 m到12.9 m。盾构隧道下穿铁路线路及预加固平面图见图1。

2　隧道穿越高速铁路施工过程关键控制点

（1）组织机构保障。施工前组建了苏州地铁2号线盾构穿越苏州站站场联合指挥部，其包括上海铁路局东华公司、上海铁路局公务段、上海铁路局高铁部、上海铁路局苏州站、同济大学、苏州轨道交通有限公司、江苏盛华工程监理咨询有限公司、中铁十九局等相关单位。联合指挥部负责指挥穿越施工各项事宜，包括各方协调、信息沟通共享、现场指挥控制等。

图1　盾构隧道下穿铁路线路及预加固平面图

（2）地质条件及周边环境调查。盾构隧道穿越铁路前根据地质勘察报告进行现场调研，确定穿越范围周边区域存在的建（构）筑物、地下管线等的具体情况，包括平立面位置、基础形式、埋置深度、水文地质等详细信息。

（3）施工方案编审。编制有针对性的穿越火车站站场专项施工方案并进行专家评审。本专项方案于2011年6月11日召开了专家评审会，邀请中国工程院院士王梦恕等5位资深专家进行方案评审，形成了技术咨询专家指导意见，论证后方案报监理单位、轨道公司及上海铁路局批准。

（4）地基加固及板桩保护。在盾构隧道穿越高速铁路施工前，完成对高铁段的地基加固并检测合格。为了确保盾构穿越火车站站场期间铁路运营安全，本项目建设单位苏州轨道交通有限公司专门委托上海铁路局东华公司对火车站站场提前进行地基加固。地基加固采用三轴搅拌桩和袖阀管注浆相结合的方案进行。经检测，穿越高铁前加固体无侧限抗压强度已大于1 MPa的设计要求。由于沪宁城际铁路正线的沉降控制要求较高，在原加固方案的基础上对城际铁路正线下方采取了加强保护措施，即采用“板+桩”保护方案。并在板下方埋设注浆管，以便在盾构掘进及后期沉降过程中进行跟踪注浆。城际铁路正线下“板+桩”保护剖面图详见图2。

图2　城际铁路正线下板桩剖面图

（5）沉降控制标准的确定。确定沉降预警值、报警值和控制值，是本次盾构穿越高速铁路施工的重点和难点工作。由于盾构穿越运营中的高速铁路技术此前并未成熟，可供借鉴的经验几乎没有，而本次穿越施工必须保证高铁运营安全，责任重大，所以在确定沉降监测控制标准时特别慎重。经同济大学研究，上海铁路局审批及专家论证，沪宁城际铁路正线线路沉降控制必须同步跟进实时监测。线路沉降控制标准定为：每天隆起与沉降±1 mm作为预警值，每天隆起与沉降±2 mm作为报警值，施工期铁路线路方向24 m范围内最大沉降不得超过5 mm。对沪宁城际正线“板+桩”保护结构，板桩的沉降控制在2 mm以内，可满足高铁安全运营要求。

（6）盾构机改造。为保证穿越铁道安全，对原采用的小松盾构机的配置进行了相应改造。改造内容包括刀盘刀具、注浆泵、螺旋机闸门等。改造后盾构机的性能指标如下：①盾构机额定扭矩大于5 147 k N·m，额定推力37 730 k N；②盾构机刀盘采用面板式，开口率为40%；③盾构机刀盘配备了66把大先行刀、12把小先行刀、78把刮刀；④螺旋输送机配备了2道防水闸门；⑤将原日本PA-30C同步注浆泵更换为德国施维英注浆泵（功率大，不易堵管）；⑥刀盘上有5个添加剂注入口，在必要时可注入泡沫等；⑦盾尾密封3道，密封刷采用知名品牌；⑧土仓内装有4个土压计。

（7）掘进参数初步确定及盾构机检查。在下穿铁道之前，盾构机首先下穿了南一村大量一至三层民房建筑及外城河，从而积累了大量的盾构掘进经验数据，初步确定了穿越段盾构机各项掘进参数。在进入铁道区域前，对盾构机进行了全面的检查验收，以保证穿越期间不出现故障停机。

（8）列车限速。为确保沪宁城际铁路安全运营，盾构推进至距城际铁路正线30 m时，对正线列车限速120 km/h，并根据沉降观测数据变化情况适时调整。

（9）土仓压力控制。按照土仓压力公式P= K0（rh+q）计算。其中，土的侧向静止土压力系数K0加权平均后取0.5，土的平均容重r取19.5 k N/m3，隧道埋深h在穿越铁道段为12.9～18.8 m，q为地面荷载。结合土体加固和地面行车等情况对计算出的土仓压力进行实时调整，盾构穿越铁道段实际推进时的土仓压力控制值为0.23～0.29 MPa。

（10）推力和掘进速度控制。根据实际地质情况和加固处理后的效果，盾构在穿越高铁段顶进时的推力控制在13 000 kN。盾构在穿越苏州站站场地基加固范围时推进速度控制在2 cm/min，穿越普速铁路段时每日推进速度严格控制在6环以内，穿越沪宁城际高铁正线时每日推进速度控制在4环以内。

（11）同步注浆及二次注浆。同步注浆浆液采用准厚浆，配合比为：水：黄砂：粉煤灰：膨润土：消石灰：减水剂=530 kg：800 kg：400 kg：70 kg：60 kg：2 kg。同步注浆量为3.8 m3/环。二次注浆浆液采用水泥水玻璃双液浆，配比为：水：水玻璃= 3：1（质量比），水泥浆水灰比=1：1（质量比），水泥浆：水玻璃浆液=1：1（体积比）。

（12）泡沫剂和盾尾油脂注入。穿越铁道加固区施工期间，土体较干燥，每环加入泡沫剂50 kg以改善土仓内土体性能，防止螺旋输送机堵塞。盾尾油脂每环注入量为50 kg，保证穿越铁道期间盾尾密封良好，无漏浆漏水现象发生。

（13）盾构姿态控制。除采用盾构机自身的ROBOTEC测量系统进行自动测量外，施工和监理单位专业测量人员定期对盾构姿态及已成型隧道轴线进行测量复核。在盾构下穿站场加固区时，适当开启超挖刀，以保持盾构姿态尽量与轴线平行；发现偏差时，及时调整盾构姿态进行纠偏。姿态调整遵循小纠偏、勤纠偏、提前纠偏的原则。

（14）监测与安全监护。盾构穿越高铁施工期间进行监测和安全监护的单位包括同济大学、上海工务段、上海铁路局高铁部、中铁十九局等。其中，同济大学采用的有棱镜全站仪（NET05）自动监测方法，可自动照准目标，初始化后可以自动观测。监测数据实时采集；铁路客运专线每天进行列车添乘检查；监测和安全监护单位所采集的数据共享；每天召开各方参加的联合指挥部会议，及时反馈各方数据信息。

（15）应急管理体系建设。主要体现在应急预警系统和应急预案的建立方面。监测预警、安全监护测量预警、添乘检查值预警、计算机数据预警分析等均属应急预警系统。应急预案针对风险事件发生后的应急管理，能够增强对突发性风险事件的应急处理能力，是防止损失扩大和风险事件恶化的重要保证。联合指挥部在盾构穿越铁道施工前制订了详尽的应急预案，准备了充分的应急物资，并进行了应急演练和总结，以确保在紧急情况出现时能够及时启动相应预案。

3　结语

本区间隧道右线盾构于2011年11月11日开始正式穿越铁路，2011年12月2日顺利完成穿越，历时22 d，环号为第876环至第990环，共计115环。区间隧道左线盾构于2011年11月26日开始正式穿越铁路，2011年12月25日顺利完成穿越，历时30 d，环号为第887环至第1 030环，共计144环。穿越段铁路线稳定后监测数据累计值为：沪宁城际铁路正线（高速线）沉降最大值为-0.7 mm，隆起最大值为+0.4 mm；沪宁城际铁路到发线沉降最大值为-3 mm，隆起最大值为+1 mm；京沪铁路普速线沉降最大值为-4 mm，隆起最大值为+2 mm。监测数据均达到了沉降控制标准要求，盾构成功穿越沪宁城际铁路高速线、京沪铁路普速线共9条线路。经过近2年的观察，未发现工后沉降超标等异常现象，各条铁路线路运行良好。

笔者通过本次盾构成功穿越运营中高速铁路客运专线及普速铁路线，得出以下结论：

（1）沪宁城际正线处于桩板结构的保护下，其监测变形数据比沪宁城际到发线和京沪普速铁路线小得多，说明桩板加固在盾构穿越铁道时作用效果明显。

（2）制订的每天隆起与沉降±1 mm作为预警值，每天隆起与沉降±2 mm作为报警值，铁路线路方向24 m范围内最大沉降不得超过5 mm，城际高铁正线“板+桩”保护结构的板桩沉降控制在2 mm以内的控制标准，经实践验证能够满足下穿运营中高速铁路的安全要求。

（3）土仓压力控制是土压平衡盾构穿越铁路线路时的关键控制因素。穿越铁路段设置合理的土仓压力，可使刀盘前方土层仅有很微小的隆起，随着盾构机通过，土体固结，隆起值回落并逐渐趋于稳定。

（4）加强同步注浆和二次注浆量的控制是沉降控制的关键。特别是同步注浆，能够及时填充盾尾间隙，直接减少盾构掘进引起的地层损失，对控制地层沉降效果直接。

盾构穿越运营中的高速铁路施工风险大、难度高，在盾构掘进过程中一定要统筹规划，全面管理，主动控制，遵循盾构施工“组织管理有序、机械保养有序、信息管理有序，土仓压力平衡、注浆压力平衡、注浆量与进尺平衡，盾构掘进姿态平稳、管片拼装平稳、推进速度平稳”的三有序、三平衡、三平稳的原则，才能达到穿越施工的目标控制要求。

［1］ 王梦恕.中国隧道及地下工程修建技术［M］.北京：人民交通出版社，2010.

［2］ 陈馈，洪开荣，吴学松.盾构施工技术［M］.北京：人民交通出版社，2009.

［3］ 程雄志.地铁盾构下穿高速铁路情况下的路基加固与轨面控制［J］.城市轨道交通研究，2013（2）：89.

Construction Technology of Subway Schield Tunneling Crossing under High-speed Railway

Wang Jiyong

Based on the construction project for civil air defense facilities in underground space of GuangJi Road in Suzhou City，that crosses under Shanghai-Nanjing Intercity High-speed Railway and Beijing-Shanghai normal railway，the vital control points during the process of shield tunneling are described from 15 aspects，including organization guarantee，construction scheme，foundation stabilization，earth pressure control，etc.，some important conclusions are drawn about shield tunneling crossing under high-speed railway technology，such as the protection of high-speed railway，control of settlement standards，pressure of shield soil storage control，synchronic and second grouting，and so on.

subway；shield tunnel；existing high-speed railway；crossing

U 455.43

10.16037/j.1007-869x.2015.07.024

2013-10-18）