地铁穿越高速铁路专项设计

□文 /范明猛

近年来，随着轨道交通设施的大规模发展，其边界条件及外部环境越来越复杂[1]，盾构施工容易引起地面沉降和变形，高速铁路运行对路基沉降要求较高[2]，在盾构穿越高速铁路时，如何保证高速铁路运行安全是一个值得研究的重要课题[3]。本文以天津地铁6号线北西区间下穿京沪高速铁路为实例，进行专项设计研究，提出盾构下穿高速铁路需要采取的保护措施。

1 工程概况

天津地铁6号线北西区间采用盾构法施工，区间平面由半径为350 m的曲线、缓和曲线及直线构成，主体结构为由管片错缝拼装而成的环形结构，结构内径为5.50 m，管片厚度为0.35 m，环宽1.20 m，环间通过螺栓连接。盾构从北竹林站端头出发，在里程1K16+37.833～DK15+814.781范围内穿越京沪高速，然后从西站站接收。见图1。

图1 北西区间与京沪高铁位置关系

2 风险等级与控制指标

下穿京沪铁路风险点的环境设施重要性类别为重要设施，环境影响接近度分区为非常接近。综合考虑采用盾构法施工且覆土厚度较大，穿越线路为有砟轨道路基段，确定本风险等级为Ⅰ级。

本段京沪铁路为碎石道床线路，既有铁路路基、轨道控制指标参考数值见表1。

表1 既有铁路路基、轨道控制指标参考

3 影响计算及分析

1）承载力影响：盾构穿越过程中，影响路基下土体承载力。由于盾构机外壳与土体、管片与土体存在间隙以及注浆的不及时和浆液自身的收缩，导致土体产生地层损失，引起地层产生沉降，影响路基下土体承载力[4]。

2）变形影响：盾构穿越导致土体的隆起或沉降，进而导致铁路路基、周边桩基的沉降变形[5]。

经过建立模型进行数值模拟计算，分为无洞内注浆加固和二次深孔注浆加固两种工法。见图2和表2。

图2 数值分析模型

表2 数值模拟结果 mm

由表2可知，盾构隧道施工在采取洞内二次深孔加强注浆后，盾构下穿对铁路的影响有一定的控制作用，但已达预警值。

4 主要保护措施

1）施工前：做好勘探及核查，核查既有铁路设备、管线（电缆、光缆等）并做好监测工作；穿越前，对穿越段地下做详尽地下勘探，彻底摸清地下障碍物情况，排除意外因素；认真对盾构机刀盘、注浆系统、密封系统、推进千斤顶及监控系统等设备检查，确保穿越过程中设备无故障，进行连续施工。

2）盾构洞内控制措施：盾构推进过程中做好盾构推进参数控制；盾构机姿态控制在铁路下纠偏坡度＜±1‰，平面偏差＜15 mm，一次纠偏量＜5 mm；推进速度1.5～3 cm/min；同步注浆做到“及时、足量”；二次注浆在管片出盾尾5环后开始；仓内压力要平衡、稳定且不宜过大；严格按理论出土量控制，偏差不超过2 m3/环；二次深孔加强注浆要做到多点、低压、多次，降低注浆压力影响；注浆扩散半径约2～3 m，注浆压力为0.2～0.3 MPa，注浆压力与注浆量双控，根据实时监测情况有选择注浆。

3）下穿京沪铁路段3-5-3扣轨加固：加固范围为盾构中线两侧各25 m的铁路。按照先装后拆、后装先拆的顺序拆除临时扣轨，回填道砟，加强线路养护，直至各项监测数据稳定且无不良变化。

4）推进试验段及模拟监测段：盾构推进到距离穿越铁路节点前设置盾构推进试验段及盾构推进模拟段（100 m）。在推进试验段内，盾构推进模拟过铁路节点推进条件进行盾构推进，采集相关参数指标，以便调整盾构机姿态。在推进试验段内，需由相关资质的第三方监控量测单位进行监测量测的布点及数据采集工作，以便指导盾构穿越铁路节点的施工。

5 结语

本文以天津地铁6号线北西区间下穿京沪高铁为实例，从设计层面运用数值分析对盾构下穿高速铁路时路基沉降进行模拟分析并提出盾构穿越高速铁路应该采取的保护措施，为后续盾构穿越高速铁路的工程提供了设计思路。