地铁盾构施工下穿高速铁路隔离保护技术

郭九庆

摘 要：在地铁盾构施工过程中经常会遇到下穿高铁高架桥的情况，而为了能够更好的保证施工安全和保护高铁高架桥的结构安全，施工单位必须采用隔离保护技术来确保施工安全，并对高铁高架桥基本结构进行保护，这是目前地铁盾构施工的一个难点。本文通过有限元软件ANSYS来对隧道施工进行建模分析，对高速铁路隔离保护的一些关键技术进行分析和论述，提出几点隔离保护技术的应用策略，确保在施工过程中高铁高架桥的结构可以保持稳定，并保证施工安全。

关键词：盾构施工;下穿;高铁;隔离保护技术

中图分类号：U455.43 文献标识码：A

0 前言

为了确保在地铁盾构施工过程中，高速铁路和高架桥的结构能够保持稳定，确保施工的安全，需要采取相应的隔离保护技术，通过设置隔离保护结构将施工隧道与高铁高架桥的基本结构相隔开，通过保护结构的隔离效果来防止土体变形。目前，在地铁盾构施工隔离保护技术中常常会用到隔离墙、隔离桩等隔离结构，本文即以此为核心来探讨地铁盾构施工隔离保护技术的主要应用策略。

1 隔离保护作用分析

1.1 有限元模型

本文采用有限元软件ANSYS来对隔离保护结构进行建模和分析。在建模过程中，施工单位需要设定一系列的理想条件，设定隧道区域的围岩是连续的介质，通过实体单元模拟，同时设定地表是自由表面，模型四周的约束就是各个表面的法向位移约束，而模型的底部则为竖向约束。其次，施工单位需要明确到盾构区间和高铁高架桥结构的位置关系，要考虑到数值模型中边界条件带来的不利因素，防止其影响到计算结果。最后，施工单位应该要选取合适的模型坐标原点，根据桥梁的水平方向、桥梁的垂直方向来分别设置X、Y、Z轴。为了更好的提高计算效率和精度，便于划分有限元网格，施工单位可以通过刚度等效的方法来划分方桩，简化承台[1]。

1.2 地层参数

通过地质勘察来获取地层参数，并给出相应的地质报告。地质报告需要包括该地区的围岩结构、地质结构等基本数据和资料。考虑到施工的安全，需要对施工范围内结构相近的土体进行合并和取值。

1.3 设置隔离桩前后的沉降分析

在盾构施工通过桥桩基础后，施工单位需要针对于桥桩承台的沉降现象进行计算，获得顺桥向水平位移并分析。另外，在地铁盾构穿过桩基时，不同部位的桩其位移方向也不同，在桩的中部位置，其位移方向表现为远离隧道的方向。在桩顶位置，其位移方向表现为靠近隧道方向。因为中桩基承台的施工为左右线隧道分别掘进，其一般会出现先向左线隧道靠近的水平位移，然后出现向右线隧道靠近的水平位移。因为中间承台受到了隧道两次掘进通过的影响，所以会有较大的竖向沉降量，并且最大的沉降量靠近后掘进的隧道。根据国家对高速铁路的相关设计规范，为了防止盾构下穿高架桥高铁引起的沉降超过设计值，需要加强对隔离桩的设置。通过设置隔离桩，来有效制止沉降现象。特别是对于竖向沉降现象，可以通过设置通过密排隔离桩来有效的解决，防止地层缺失的情况，保护了桥梁结构。

1.4 技术措施

根据上述的模拟分析，为了能够保证地铁盾构施工过程能够更好的保护高架桥和高铁的结构，需要采取以下几点措施。第一点，在盾构下穿桥梁之前就需要做好隔离防护桩的施工，避免在盾构施工过程中对桥梁造成影响后导致损失。第二点则是需要在列车停运期间进行隔离防护桩的施工，在隔离桩施工的过程中对承台的变形情况进行严格的监测。第三点在下穿桥梁之前就需要加强对盾构推进的试验，并优化掘进方案，做好二次注浆的工作。第四点则是对高架桥的沉降和倾斜进行监测，对高架桥的沉降情况进行掌握，做好核对工作。第五点则是在施工完成之后，应该要加强对轨道和桥梁结构的检查，尽早发现在桥梁和轨道中的一些缺陷[2]。

2 施工关键技术概述

2.1 隔离桩的施工

隔离桩的施工分为机械施工和人力施工。机械施工就是指通过机械设备来钻孔，而人工钻孔则具有较为繁琐的劳动过程，危险性较大。在钻机施工过程中，由于振动较大，地层的扰动较大，这样将影响到桩基，使得桩基发生沉降并变形。施工单位需要对桥下的净空进行测量，确保其能够满足成孔的施工要求。而一旦桥下净空不满足成孔施工要求，就需要选用人力施工方式来减少对高架桥和高铁的桥墩、桩基的影响，降低沉降现象。为了能够保证施工精度，满足国家对于隧道工程的相关规定，施工单位需要采用间隔开挖的一系列方式，同时确保相邻的桩孔不能够进行连续施工。

2.2 桩顶冠梁和支撑梁施工

为了能够加强隔离桩的隔离效果，施工单位需要在两排桩的顶端各设置一条冠梁，通过合适尺寸的冠梁来加强隔离桩的稳定性和整体性。在冠梁之中，在混凝土上设置支撑梁，该支撑梁的尺寸需要施工单位能够根据实际工程规模来严格进行设计，沿着隧道的纵向方向，设置合适的间距。在每条隧道上方都需要布置多条支撑梁。当然，对于冠梁、混凝土支撑梁等结构，施工单位都需要采用合适型号的现浇钢筋混凝土，同时施工单位还需要保证冠梁和混凝土支撑梁的主筋净保护层的厚度[3]。

2.3 盾构掘进参数控制

针对盾构掘进参数进行严格的控制，确定盾构穿越高铁和高架桥隧道的埋深，并明确穿越地层的结构。首先，必须加强对于上土压力的控制，设置好盾构机千斤顶的总推力并控制好刀盘马达扭矩、盾构机的掘进速度和刀盘转速，保证日推进量，进而保障盾构机能够更好的通过。其次则是要对盾构机在掘进过程中的各项参数进行设置，要严格控制土仓压力，确保土仓压力在标准范围内进行波动，而出土量则需要根据开挖量进行控制。最后，盾构机的同步注浆压力需要随着掘进的速度和地质的情况进行变化，所以施工单位应该要针对此情况进行不断的调整和控制，尽量避免击穿尾刷，注浆量和压力应该要控制在一定范围内。盾构机在穿越的过程中，每环都必须添加一定量的膨润土浆，保证膨润土浆液的相对密度，从而更好的对卵砾石来进行改良。而二次注浆工作十分重要，施工单位必须控制好盾尾一定距离的管片范围，并根据掘进的速度来控制好注浆的进度和凝结的时间。在现场试验之后，施工单位需要做好浆液配比工作，调整合适的浆液比。最后则是要通过试验工作来确定好泡沫的注入量。

2.4 监测控制目标

首先，施工单位应该要明确国家相关标准，并加强对本工程各项指标的控制，制定地铁在施工之间的变形控制指标，确保地面沉降的控制标准能够正确施行，保证施工规范。因为工程量较大，所以在施工过程中必须加强监测力度，对沉降量等一系列参数进行严格的检测。施工单位必须完善施工计划，加强施工的力度。当然，为了能够提高施工效率，还需要引入一定的管理设备和检测技术，进而提高检测的进度。一方面，施工单位需要加强自动化监测的建设，对变形量、沉降量、沉降点等进行检测。另一方面，施工单位可以加入线上管理平台的建设，加强人员管理，提供打卡、论坛等功能，促进团队内部的技术交流，减少因人员问题导致的施工阻碍。对于隔离保护结构，施工单位必须加强对隔离保护结构的检查，确保在隔离保护结构稳定[4]。

3 结束语

综上所述，本文探讨在地铁盾构施工下穿高速铁路隔离保护技术的应用要点，并且阐述在隔离保护技术施工过程中需要采用的技术和项目。地铁工程在盾构施工过程经常会误触到高架桥或者高铁，影响到桥梁和基站的稳定性，所以施工单位必须做好隔离保护工作，加强隔离保护技术的应用，对相關参数进行严格的检测，进而保证线路和行车安全。

参考文献：

[1]贾大鹏，夏柏如，张影，等.地铁盾构施工下穿高速铁路隔离保护技术[J].铁道建筑，2015（03）：73-75.

[2]王洪涛，熊朝晖，吴贤国.盾构隧道穿越城际高速铁路桥梁变形安全控制研究[J].建筑技术，2019（05）：524-526.

[3]刘军伟，曹胜利.城际铁路暗挖隧道下穿地表建筑物非爆破施工技术[J].隧道建设，2015（S2）：91-96.

[4]薛春瑞.地铁盾构隧道穿越高速铁路的工程风险评价及防控措施研究[D].长安大学，2017.