顶管群下穿铁路施工对轨道变形影响分析

褚 建 华

(上海东华地方铁路开发有限公司，上海 200000)



顶管群下穿铁路施工对轨道变形影响分析

褚 建 华

(上海东华地方铁路开发有限公司，上海 200000)

结合西直湖港顶管群下穿既有京沪铁路工程实例，根据下穿段地基状况，采取了旋喷桩和袖阀管注浆分区加固措施，并介绍了顶管施工参数，对轨道变形进行了动态监测，为顶管施工和铁路轨道几何尺寸调整提供了数据支撑。

顶管，下穿铁路，路基，轨道，变形监测

1 工程概况

西直湖港北枢纽为新沟河延伸拓浚工程的干河枢纽工程，工程位于江苏省无锡市惠山区和常州市武进区交界处，整座建筑物由南涵首、现浇箱涵段、顶进工作井、顶管段、接收井、现浇箱涵段、北涵首组成。穿京杭运河地涵选用6根内径为4 m钢筋混凝土管穿越京杭运河，单根管道长度为420 m，采用平行顶进，管道中心间距为10.30 m，管壁厚0.32 m，混凝土强度等级为C50，设计抗渗标号为W8，预制管节每段长2.5 m，采用承插式F型接口。穿越管道施工采用顶管工艺，工作井布置在京杭运河南岸，接收井布置于京杭运河北岸京沪铁路的北侧，顶管从南侧工作井开始顶进，先穿过京杭运河，再穿越既有京沪铁路进入接收井。顶管采用垂直圆弧曲线顶进，顶管中心线圆弧曲线半径为2 600 m，工作井和接收井处顶管中心高程分别为-3.90 m，-7.50 m，京杭运河河底管顶覆土厚度约12.50 m，管道穿越京沪铁路的埋深约13 m(管顶至铁路路基高度)。穿越铁路里程为京沪线上行K1307+180。工程平面布置如图1所示，顶管穿越铁路断面图如图2所示。

顶管穿越土层主要为第⑤层软塑～可塑粉质黏土，容许承载力110 kPa，天然容重19.1 kN/m3，直接快剪粘聚力18.3 kPa，内摩擦角9.7°。地下水类型主要为松散岩类孔隙水。

2 顶管机选型

顶管机选型主要考虑顶管穿越段的土层情况和周边环境状况等，根据本工程地质情况和环境保护要求，顶管机拟采用φ4 000大刀盘泥水平衡顶管机进行施工，该类顶管机适用于建筑群下、公路、河流、铁路等特殊地段长距离顶进及沉降控制要求高的顶管工程。φ4 000泥水平衡顶管机主要参数如表1所示。

表1 φ4 000泥水平衡顶管机主要参数

3 地基加固措施

为了保证铁路行车安全，减小顶管施工对路基和轨道变形的影响，采用旋喷桩和袖阀管注浆加固结合的方式对地基进行处理，提高土体抵抗变形的能力。先进行路基边坡两侧旋喷桩施工，形成加固帷幕后再进行袖阀管注浆加固。地基加固剖面图如图3所示。

旋喷桩形成水泥帷幕范围内顶管中心左右各40 m，共80 m。桩径0.6 m，桩间距0.5 m，桩与桩之间咬合0.1 m，正方形布置，横向两排，桩长18.5 m～20.0 m。袖阀管注浆分为主加固区和次加固区，对路基下部主要受力面土层进行处理，旋喷桩帷幕两侧5.0 m范围内设注浆次加固区，旋喷桩帷幕间设注浆主加固区。旋喷桩帷幕施工完成后先施工次加固区，再施工主加固区。注浆孔纵向间距1.50 m，注浆加固至管顶以上约6.0 m，管底以下约1.0 m，注浆范围沿铁路方向与旋喷桩加固范围相同，均为铁路两侧各40 m。

4 顶管下穿施工控制

顶管施工控制优劣是下穿铁路施工路基变形控制，保证铁路行车安全的关键。泥水平衡顶管施工主要的控制参数有泥水压力、顶进速度等。

4.1 顶进参数选取

1)泥水压力。

a.泥水压力值P的选定：P值应能与地层土压力和静水压力相抗衡，设刀盘中心地层静水压力、土压力之和为P0，则P一般控制在P=P0+20(kPa)，并在地层顶进过程中根据地质和埋深情况以及采取的相应技术措施进行反馈和调整优化。

b.地表沉降与开挖面保持平衡稳定关系以及相应措施对策(见表2)。

表2 地表沉降信息表

c.泥水压力P的保持主要通过维持开挖土量与排泥量的平衡来实现。可通过设定顶进速度、调整排泥量或设定排泥量、调整顶进速度两条途径来达到。

2)顶进速度。

顶管机穿越铁路段时，应降低顶进速度，且尽可能保持匀速顶进，以减小顶管掘进施工对铁路下方土体的扰动。顶管机的顶进速度一般为7 mm/min。

4.2 施工控制措施

1)全面检修顶管机头，确保顶进时，机头能正常工作。

2)顶管所用管材及其他材料，在顶管开始前2天必须全部到场，保证顶管时的原材料供应。

3)减慢顶进速度，在穿越铁路前后各30 m范围，顶进速度控制在9 m/d～12 m/d，并根据每天测量参数不断调整速度及顶进参数。

4)我们采取顶管掘进机外壳准备仿瓷涂料，机头后跟踪注浆，基本上可以消除机头带土损失。

5)顶进时勤测勤纠，纠偏角度控制在1°以内，使顶进轴线偏差越小越好，减少掘进机纠偏引起的土体损失。

6)注浆应遵循“同步注浆与补浆相结合”和“先注后顶、随顶随注、及时补浆”的原则施工；严格控制好减摩注浆的压力、注浆量，使浆液充满管节与土体的间隙。在通顶后用速凝泥浆置换原有的触变浆液。

7)顶进时管节止水橡胶圈必须安装好，保证节口不漏水、不漏泥，以减少土体损失。

5 路基变形监测数据分析

顶管穿越保护区时，为了及时掌握顶管施工对轨道变形的影响程度，施工过程中对上下行轨道沉降和水平位移进行实时监测，图4为监测点布置图。

顶管施工顺序为6号、3号、5号、2号、4号、1号，顶管顶进过程中上下行轨道变形规律一致，下面就上行轨道沉降和水平变形监测数据进行分析，沉降变形曲线如图5所示，水平变形曲线如图6所示。正值表示隆起，负值表示下沉。

由图5可以看出，顶管下穿施工中轨道变形以沉降为主，刚开始有微量的隆起，随着顶进施工过程，沉降不断增加。顶管施工对正上方的轨道变形明显大于顶管外侧，整个施工过程中，轨道最大变形为S+5点，沉降值为22.5 mm，超过报警值，最小变形为S+b点，沉降值为3.0 mm。达到报警值后，立即通知施工单位进行原因分析，调整施工参数，铁路工务部门对轨道几何尺寸进行调整，以确保铁路行车安全。

由图6可以看出，在顶管施工初期，轨道水平变形较大，随着顶管施工控制不断调整，水平变形逐渐变小，并处于波动状态。初期轨道水平变形较大主要是顶管施工控制不良，速度较快，顶管前方土体隆起，轨道水平产生较大位移。整改施工过程中，水平位移最大值为5.7 mm，接近报警值，最小值为1.7 mm，轨道水平位移未超过报警值，状态良好。

根据轨道变形监测数据分析，顶管施工参数控制是控制轨道变形的关键。同时表明，地基加固起到了良好的效果，减小了顶管施工对土体的扰动，有效的控制了顶进施工对轨道变形的影响。

6 结语

顶管下穿施工中，通过有效控制施工参数，加强轨道变形动态监测，顶管施工顺利完成，确保了铁路行车安全，取得了良好效果，主要有以下几个方面的结论，为今后类似工程施工提供经验：

1)顶管穿越铁路保护区段时，加强顶管施工参数控制，合理设定泥水压力，应降低顶进速度，且尽可能保持匀速。

2)顶管群下穿铁路施工前采取地基加固是有效控制轨道变形，确保行车安全的可靠措施，合理划分加固区，既确保铁路安全，又降低了施工成本。

3)顶管群下穿铁路施工过程中，应加强轨道变形监测，实时将监测数据反馈给施工操作人员和铁路工务监督人员，有效指导顶管施工参数控制和轨道几何尺寸调整，确保行车安全。

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[4] 钟宇宏.土压平衡顶管机顶管下穿铁路路基设计与施工[J].铁道建筑，2013(11)：60-62.

The influence analysis on pipe jacking group underpass railway construction to track deformation

Chu Jianhua

(ShanghaiDonghuaLocalRailwayDevelopmentLimitedCompany,Shanghai200000,China)

Combining with the Xizhi lake port pipe jacking group underpass existing Beijing-Shanghai railway engineering example, according to the foundation situation of underpass section, took the grouting pile and sleeve valve pipe grouting partition reinforcement measures, and introduced the pipe jacking construction parameters, made dynamic monitoring to track deformation, provided data support for pipe jacking construction and railway track geometry size adjustment.

pipe jacking, underpass railway, roadbed, track, deformation monitoring

1009-6825(2017)09-0133-03

2017-01-12

褚建华(1965- ),男,助理工程师

U213.2

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