盾构施工法在软土地层穿越既有铁路施工中的应用

张 宁 上海铁路局建设管理处

盾构施工法在软土地层穿越既有铁路施工中的应用

张 宁 上海铁路局建设管理处

盾构施工方法在铁路隧道施工中得到越来越多的运用，不同的地层环境对盾构技术的要求不尽相同。盾构的施工技术受施工地段的土质影响较大，结合近几年来的施工案例，从技术层面对该问题进行分析，如何在软质土层中进行高质量的盾构施工，对盾构在软土地层穿越既有铁路的施工技术进行了深入探讨。

盾构；既有铁路施工；软土层

1　工程案例

1.1工程信息

某铁道线路上的一段隧道所在地段恰好处在软土地域，地质的特殊决定了施工条件的困难。在这种工程环境下，应合理的采用两台盾构共同作业的方法进行施工，不仅可以节省时间，更重要的是有利于工程推进；此次施工期间，使用的盾构尺寸如下：6.02 m的长度作为直径，5.34 m的长度作为盾构管片的内径，对应的外径长度设置在6.2 m，环的宽度是1.30 m，这些都是为了能够很好的进行施工采用的，在该工程的施工期间，使用盾构时要格外注意穿越既有铁路时，重视铁路建设的实际情况，注重施工线路的实际考察，尽可能减少该工程的施工对既有铁路正常运行的影响，经过对该运行线路的勘测，将铁路隧道的顶部埋深为13.6 m。

新形势下，铁路在该方面的施工通常会采取双线四股道的方法，当然也可能用其他方法予以辅助。经过勘测人员对该施工路段土质的采集与检测，得知该软土质中主要有以下几种土质，有粉质土、粘性土以及杂土等多种土，施工不仅多土地表层的情况进行了解，同时也会对地下相当深度的情况进行了解，经过勘测认定该段线路下的地下水是潜水，测得其正常静止水位在0.6 km。其他具体信息大家可以通过图中读得，从图1我们不难看出，为了应对工程施工过程中的不定因素，我们务必将施工区域的地质条件作出科学有效的探究，从而进一步保证施工的安全可靠系数，另外还能够减小对线路等周围环境的影响，将工程质量做到更好。

图1 穿越外道床结构和地层分布图

1.2工程风险

利用盾构进行工程建造的过程是极为复杂的，即使我们实际施工之前以及施工时都在努力搜集信息，最大程度来保证施工质量，但是在实际施工作业的过程中依旧难以避免突发事件的发生，因此对工程进行风险分析是非常有必要的，在这一过程中可以利用先进的科学模型来辅助完成，例如最常用的有限元模型，它主要是以铁路路基以及实际施工详情为基础，对一定量的应力释放率加以分析，这样能够有效推算工程中可能出现的风险，对其进行预估，提前做好一定的准备，防止施工过程中产生大的损失。另外，在该工程的实际勘测期间，发现该施工地域有沉降现象，并且利用先进仪器和手段测出最大的沉降幅度是6.5 mm，这一点是不符合正常铁路施工条件的，不过针对这一问题我们有效利用旋喷住加固的技术来进行弥补，有效地将该数值由上述值降到3.0 mm，下降到了铁路建造施工标准以下，可以进行建设。从这就不难看出，在利用盾构在软土地上进行铁路建造施工时需要加固这项作业，这对之后的工程安全等有很大程度上的保证，最终实现高质量、短工期的建造施工佳绩。

2　探究盾构在软土地层穿越既有铁路施工的技术

在利用盾构进行软土地层铁路施工的前期，务必要做好工程数据信息的采集，将信息进行科学合理的归纳和总结，分析得出最有利的工程设计，发挥该技术在整个工程中的关键作用。接下来仍结合上文所举案例进行分析探讨。

2.1工程施工过程中的加固环节的设计

已知在软土地上进行铁路工程施工少不了对该地域进行加固这道工序，在进行加固操作之前，首先要详细了解盾构在施工时的穿越实情，再有序地进行加固施工，先对铁路的路基以及周围短距离加固施工，这一范围通常情况下要经过严密的计算得出，该案例中的范围是40 m×27 m，另外还要注意加固深度，经过严密的分析，该工程加固时加固至了黏土质层，同时利用的施工方法是压密注浆，在使用该方法进行加固时将加固施工区域的压力加大至1 MPa之上，加固施工也是有主次区分的，次加固时的压力一般不会超过0.9 MPa，主次加固施工的同步推进、相互配合很大程度上预防了铁路线路发生变形等质量问题，能够很好地对其加以控制，该施工需要一段时间的验证，等待大概20天左右即可进行其他施工操作，这是一道基础环节，决定了以后实际施工的好坏，成功有效的加固作业有利于盾构穿越的施工操作。

2.2加固施工技术分析

在对项目的加固设计完成后，就需要对施工项目进行加固操作。在对项目进行加固施工作业时，施工人员要严格按照相关的施工规范，并将技术与施工地区的实际情况相结合，相关的工作人员要对施工作业严格监管，将施工过程中出现的施工问题有效解决，降低施工风险，增加施工质量。在对项目地基进行加固作业时，要严格安照施工顺序进行。通常情况下施工的步骤为：旋喷桩→主加固区→次加固区。旋喷桩项目的加固是整个加固工作中的核心内容，它对整体的加固水平起着决定性作用。在对旋喷桩项目的加固工作中，要选取合适的加固工艺，目前我国对该项目的加固工作通常都会采取“二管工艺”，设置三排桩，并将桩的直径设置为1 400 mm，桩深为17.5 m，另外施工人员在施工过程中要严格把控水泥的配比量，水泥的配比应稳定在20%左右（见表1），压力要控制在20～25（MPa）的范围之内。

表1 水泥配比示例

在对旋喷桩进行加固后，就要对项目的主加固区进行加固，在加固之前施工人员要对主加固区的实际情况进行充分考虑，对主加固区的加固处理可以采取分层次注入复合浆液和单液浆的方法，并要打出一些斜孔来增强主加固区的加固效果。目前主加固区加固过程中主要存在浆液扩散问题，浆液的扩散会导致地面出现较大程度的隆起，不但影响加固效果，还会影响外部美观，并且降低盾构项目的使用寿命，所以施工要与加固地区的实际情况相结合来对浆液扩散问题进行有效的解决。在对次加固地区的加固过程中，施工人员要重点关注垂直孔注浆操作中注浆的高度以及浆液凝固时间，要根据施工天气以及温度来对凝固时间灵活调整。

2.3盾构穿越施工技术分析

在对隧道项目完成加固后，就要进行盾构穿越工作，在进行穿越施工之前施工人员要根据施工地段的实际情况来选择合适的施工工艺，以确保高效率、高质量的施工作业。在盾构的穿越过程中，为了可以更好地确保土仓所能承受的压力值可以满足施工操作的要求，要对施工隧道的模拟路段进行参数设置。施工人员要将盾构压力的波动幅度控制在0～15（kPa）之间，在施工过程中要不断根据压力传感器的反馈数据对盾构机中千斤顶的推进速度进行调整，通常情况下千斤顶的推进速度应该控制在3 cm/min左右，推进环数在每天5～9为宜，这样可以确保注浆工作的同步进行。在盾构穿越施工中，要对盾构机的推进姿态不断进行调整，要将盾构机的切度维持在一个合理的范围之内，尽可能地去减小切度偏差，尽量避免隧道因切度过大而产生的沉降现象，提高施工质量，增加隧道项目的使用寿命。

2.4加强对施工质量的监测以及反馈工作

在任何项目的施工工作中，严格的监测工作对高质量的施工都有着促进作用。所以在盾构在软土层穿越既有铁路施工中也是如此，高质量的施工监测是保证施工质量的关键，下文对施工监测以及信息反馈工作的核心内容进行分析：

2.4.1施工监测

在对施工项目进行施工监测工作时，要对监测频率有一个严格的把控，一般情况下对于盾构穿越施工前的准备工作的监测频率为3次/d，在盾构穿越时要保证监测频率在2h左右。施工质量监测人员要对施工频率做到灵活掌控，比如遇到情况变动较大的施工地段，监测人员就要增加监测频率，从而降低施工过程中的潜在风险，另外质量监测人员要对盾构施工地面的情况准确掌握，结合施工过程中的实际情况，来推断施工过程中可能出现的问题，并提前制定好解决策略，以便问题发生时可以在第一时间进行解决。

2.4.2信息反馈

对于施工信息的反馈，主要是对施工过程中施工地段出现的不确定变化量进行有效的调整，通过信息反馈将施工状况、施工地段的环境变化等信息整理综合，并对综合结果进行深入分析，来确保施工工作质量，提高施工过程中的安全性，避免施工过程中一些无法预料的情况发生。

2.5纠偏技术分析

在盾构技术施工中，施工过程中导致开挖地面的土体损失以及地层的再固结现象都是导致隧道沉降的主要原因，而减少隧道表面土层损失的方法之一就是纠偏，盾构机在实际施工的过程中，由于施工地段的地形变化较大，千斤顶力度分布不均匀，以及盾构机自身误差等原因都会导致在施工过程中出现偏差。盾构轴线的纠偏技术是目前我国在盾构施工中常用的纠偏技术，其原理是通过两组对称的千斤顶来对盾构机的高程以及施工坡度来进行有效的控制，在纠偏过程中要注意每次的纠偏幅度不宜过大，如果盾构机偏离程度较大，可以采取多次少量的方式来进行纠偏，确保纠偏工作的精准度。

3　结束语

当前铁路隧道建设中，盾构法已得到广泛应用，在软质土层环境下，盾构施工过程存在诸多的不确定性、复杂性和不可预见性。本文通过对盾构机在软土层中穿越既有铁路施工技术进行分析，提出安全施工技术措施∶首先对盾构穿越区的地层进行预先加固来改良地层，使地层有较好的稳定性；其次对施工隧道的模拟路段进行参数设置，控制盾构压力的波动幅度；最后加强监测和信息化管理，及时纠偏，从而保证精度，确保施工安全。从施工过程控制和监测结果来看，地层加固后采取合适的施工参数可以控制轨面隆沉在一个较小的范围内。

［1］张铁成，陈津晶.《盾构施工遇障碍物的处理方法》《天津建设科技》，2016（02）.

［2］陈昇《软土地区盾构下穿机场主跑道的微扰动施工技术》《地下工程与隧道》，2015（04）.

［3］斯明勇《地铁盾构隧道力学模型和硬岩层推进参数选择》《湖南城市学院学报 （自然科学版）》，2016（02）.

责任编辑：万宝安

来稿日期：2016-06-08