地铁盾构穿越股道群沉降控制技术的探讨

黄伟+孙旭

摘 要：在地铁盾构下穿股道群施工时，需要重点做好沉降控制工作。本文以实际工程为例，对区间隧道和铁路股道群之间的关系进行了分析，然后重点从盾构参数控制、监测措施、注浆控制几个方面出发，对地铁盾构穿越股道群沉降控制技术进行了探讨。

关键词：地铁盾构 穿越股道群 沉降控制

1.工程概况

唐家墩站～石桥路站区间总体上呈南北走向，区间线路出唐家墩站后，沿姑嫂树桥下向北前行，在唐家墩中百仓储西北侧偏向东前行，下穿京广铁路股道群后沿规划道路向北到达石桥路站。区间隧道右线长链1.299m，右线长1262.633m；左线长链2.922m，左线长1258.412m；双线总长为2521.045m。隧道埋深10.9～23.1m之间，区间线路间距为10.4m～16.8m，区间纵坡呈“V”型，最大坡度为19.538‰，最小坡度2‰。区间左右线各有2段曲线，最小曲线半径均为350m。

2.区间隧道与铁路股道群相互关系

区间于K25+495～K25+595范围内下穿京广铁路等股道群，12股道（其中汉孝城际高架2股道在建、城际场京广上行联络线1股道在建）。现状股道均采用钢筋混凝土轨枕、碎石道床。区间与铁路交角约77°，下穿长度100m，区段线间距约10.2m～10.7m，隧道顶覆土厚度约21.5～22.5m，下穿纵断面区段图如图1。

京广汉口联络线上下行线为国家I级重型铁路，设计时速上行线为100km/h、下行线为80km/h，上行线及下行线区间穿越地段均为路基，有碴道床。合武动车线为客运专线，紧邻京广铁路，线间距5m，设计时速250km/h，区间穿越地段上行线及下行线均为填方路基，有碴道床，地基采用搅拌桩加固，加固深度4～6m。京广上下行线，设计时速为100km/h，区间穿越地段上下行线两股道均为填方路基，有碴道床。动车所及维修基地出入线，区间穿越地段均为填方路基，有碴道床。由于周围环境复杂，为了避免在盾构施工过程中铁路出现沉降变形而对铁路的正常运营造成影响，需要结合施工现场情况采取相应的保护措施。

3.穿越前的技术措施

对轨道范围内地质情况进行补勘。盾构开始施工之前，提前组织工作人员对车站地質情况进行了补勘，并安排技术人员了解车站内的具体情况，保证盾构机可以顺利通过车站。对地基和轨道进行预加固。盾构通过之前使用轨距杆提升扣件压力，并在通过之前进行一次彻底围护。

道床轨道加固处理。设计使用袖阀管对从铁路路基底部的土体进行加固。对于碎石道床结构则使用增加道床底部道碴的方法来对轨道的高程进行调整，确保其可以达到线路施工标准。

铁路运行股道的限速。盾构穿越之前要和铁路部门进行积极地沟通，尽量停运盾构正穿越上方列车运营，如果无法停运，需要积极进行检测，并根据监测结果对运营列车进行限速。假设两根轨道差异沉降值为b，火车股道单轨沉降值为a。当a和b均≥4mm时，列车必须停运，当3mm≤b<4mm，3mm≤a≤4，列车运行速度需要控制在20km/h，当2mm≤a<3mm，且2mm≤b<3mm时，将列车速度保持在40km/h内。盾构机顺利穿越并轨道逐步稳定后才可以逐渐恢复列车的运行。

4.穿越阶段沉降控制措施

4.1将盾构正面土压力控制好

当盾构刀盘迁方土压力产生变化后，会导致刀盘前方土体应力进行重新分布，使地表出现变形，进而出现下沉或隆起。根据本工程的具体情况，将土仓中心压力值确定为0.15～0.17Mpa，压力波动值保持在0～0.02Mpa之间，禁止土压产生拉风箱式波动。实时监控盾构穿越铁路时的具体情况，确保盾构刀盘通过时不会因为土压力过大而使铁路地表产生过大的沉降。

4.2控制推进速度

盾构推进过程中，为了避免推进速度过快，本工程设计使用土压传感器数据来进行控制，一般推进速度宜保持在2～2.5cm/min。此外，在推进过程中要保持注浆量、出土速度和推进速度可以匹配。

4.3控制出土量

土压力值和出土量一样，都是对地面沉降造成影响的主要因素。一般来说，出土量要保持在理论值的98%，即盾构切口上方隆起土方要控制在1mm以内。以便可以将土体后期沉降量抵消掉一部分，使铁路沉降值可以保持在最小范围值内，提高铁路线路的安全性。

4.4同步注浆

由于管片的外径小于盾构的外径，当盾构通过后，土体和管片之间会出现空隙，对于这部分空隙需要采用同步注浆的方法来进行充填。为了降低地面沉降量，本工程使用可硬性浆液进行注浆，设计配合比如表1所示。同步注浆施工过程总，将注浆压力保持在0.3～0.5Mpa，注浆量保持在建筑空隙的180%～200%。

4.5二次注浆处理

在盾构推进过程中，建筑空隙使用同步注浆浆液进行填补时，可能会顺着土层裂隙渗透依然有空隙存在，并且浆液收缩变形也会使土体出现侧向位移以及地面变形的情况。所以根据实际情况，当管片从盾尾脱出5环后，立即使用二次注浆的方法对建筑空隙进行处理。二次注浆使用水玻璃双液浆、水泥作制成浆液，注浆压力控制在0.4Mpa～0.6Mpa。壁后二次注浆需要根据地面的监测情况实时进行调整，使地层变形量降至最低。

5.控制措施

5.1引起地表长期沉降的原因

地表长期沉降的原因比较复杂，一般来说隧道四周土性特征、列车运行产生的循环动荷载、隧道渗流特性等都会影响软土隧道地表长期沉降。主要可以分为隧道周围扰动土体的时效变形引起的地表长期沉降和隧道四周孔隙水压力消散造成的固结沉降。根据地表长期沉降的基本规律来看，隧道区间如果漏水情况严重，那么产生的地表长期沉降也越大。

5.2盾构穿越后地表长期沉降的控制措施

（1）洞内注浆。使用双液浆每间隔5环设置止水箍，使隧道纵向形成间断的止水隔离带，然后在各个环箍之间进行全断面注浆加固，注浆过程中要做好管片姿态的监测工作。

（2）地面注浆。借鉴上海和南京等城市在软土地层条件下，地铁区间隧道下穿国铁的成功经验，唐石区间拟采用地面袖阀管+注浆加固方案。合武线上行线铁路施工时已采取搅拌桩加固，由于目前合武线已存在沉降现象，为避免地铁区间隧道下穿后引起进一步沉降，故在搅拌桩加固区域补充注浆加固，注浆范围为搅拌桩加固下缘至地铁区间隧道顶部。

6.结束语

综上所述，在地铁盾构穿越股道群时，为了控制好沉降，要保持匀速通过，并做好监测工作。遇到恶劣天气时，一些监测点监测值会出现比较大的误差，需要根据具体的情况进行排除。本工程在施工过程中，通过结合股道群的具体情况，制定了相应的沉降控制措施，保证了盾构掘进施工的顺利开展，提高了盾构隧道施工的安全性。

参考文献：

[1]丁志坚.盾构下穿铁路主干线施工技术研究[J].市政技术，2010，28（S2）：176-178.

[2]田海波，宋天田.轨道交通 9 号线下穿铁路工程风险及对策研究[J].地下空间与工程学报，2007，3（1）：147-150.

[3]张云，殷宗泽，徐永福.盾构法隧道引起的地表变形分析[J].岩石力学与工程学报，2002，21（3）：388-392.