大直径盾构隧道下穿铁路线群沉降控制技术研究

陈袁东

（中国铁路南宁局集团有限公司南宁铁路工程建设指挥部，工程师 广西 南宁 530029）

1 工程概况

新建南宁至崇左铁路留村隧道位于南宁市江南区、经开区，隧道起始于南宁枢纽南化站北侧，下穿南昆客专、与铁路货场走行线平行600 m后，依次下穿铁路湘桂线、南环上行线、南宁南2场牵出线、南环联络线、湘桂下行线，终止于留村路南端尽头西侧。留村隧道全长5 725延长米，设计为单洞双线隧道，其中U型槽段210 m、明挖施工段1 590 m、盾构施工段4 006 m。盾构隧道采用直径12.86 m的泥水平衡盾构机，盾构隧道外径12.4 m，内径11.3 m，管片采用“8+1”的9分块设计。

隧道在DK6+058～DK6+080里程处正下穿南昆客专海吉星框架58～60节段，隧道与南昆客专框架桥底板净距约32.02 m，平面关系呈斜交，交叉角度为45°。隧道在DK6+870～DK7+040里程段依次下穿既有铁路湘桂上行线、南环上行线、南宁南2场牵出线、南环联络线、湘桂下行线，最小竖向净距18.7 m，既有铁路均为有砟道床，设计时速80 km，穿越地层主要为中风化泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、粉砂岩。既有铁路下穿关系见表1。

表1 既有铁路下穿关系表

2 存在的主要问题

2.1 沉降及变形控制要求高盾构掘进过程中会产生地层扰动及地面沉降，影响既有铁路线路质量，尤其是南昆客专下穿位置为地下框架桥，局部沉降不仅影响轨道平顺性，对框架桥结构也会造成巨大影响，引发次生病害。对于盾构隧道而言，隧道衬砌承受围岩压力，过大的变形将导致衬砌裂缝的出现或拓展，不仅产生渗漏水等病害，影响结构耐久性，甚至可能使结构被破坏，危及行车安全。因此沉降、变形必须控制在允许范围内。高速铁路轨道变形允许值如表2所示，实际控制值以铁路相关部门提供的数据为准。

表2 高速铁路200～250 km/h线路轨道动态质量容许偏差管理值

2.2 地面加固难度大传统的地面加固方式多以地表注浆为主，该措施用于加固铁路路基及其它构筑物存在处理范围难以控制，处理效果难以准确评估等问题，难以满足沉降及变形控制的高精度要求，尤其是南昆客专海吉星框架桥，若要从地表向框架桥底部注浆，施工难度将非常之大。

2.3 既有铁路行车状况影响多下穿铁路群区域为南化至南宁南站区间，涉及南宁枢纽往西南方向所有客车以及南宁南站出发的大部分货车，行车密度高，尤其是南昆客专日开行动车44.5对、普速客车4对、动检车1.5对，周边主要线路货车牵引定数均在4 500 t以上，列车载重大，这些行车状况都对盾构施工造成较大影响。

2.4 减少干扰行车工期紧按施工进度6处下穿中盾构穿越单条线路施工时间均为1～3天，无法在封锁点内完成，必须在不中断行车的情况下，确保安全顺利通过既有铁路。具体工期安排见表3。

表3 盾构穿越工期安排表

3 主要技术手段及应对措施

3.1 施工管理措施

1）在盾构下穿既有线前50 m停机检查、更换刀盘，然后开始启动地面全自动化监测，根据实时监控数据，采取不停机连续掘进通过既有线群。

2）盾构穿越既有线前对既有线路进行应力放散，并在穿越位置前、后各50 m线路范围内备砟（约500 m3），以便应对地面或线路下沉超出线路几何尺寸范围时，进行补砟、抬道、捣固，确保线路稳定和行车安全。

3.2 洞内加固措施盾构施工中地面、地表构筑物沉降主要是由盾构掘进引起的地层损失、盾构周边受扰动或剪切破坏岩体二次固结以及地下水的渗透等因素造成的。沉降过程大致为五个阶段，早期下沉、挖掘面下沉、通过时下沉、盾尾间隙下沉及后续下沉，如图3所示。为控制沉降，在掘进过程中，需尽早在盾尾脱出衬砌管片的背后注入足量浆液，填充盾尾形成的环形空隙，及时对管片周围岩体形成支撑。

图3 沉降阶段划分图

注浆主要采取四种方式：①掘进时同步在中盾预留注浆孔位置进行克泥效注浆；②掘进时在盾尾注浆管位置进行同步注浆；③管片脱出盾尾后，在管片预留注浆孔进行二次补偿注浆；④二次注浆后进行深孔径向注浆。

克泥效［1］（clayshock）注浆技术起源于日本，主要原理是将黏土与强塑剂以一定的比例混合后，瞬间形成为黏度较高但不会硬化的可塑性黏土（黏度可通过改变两液配合比的方式调整）。

深孔径向注浆是从管片预留注浆孔向地层内打孔进行注浆，以补偿同步注浆、二次注浆凝结后收缩造成的地层损失。注浆材料采用1:1水泥浆液，注浆管采用ϕ42钢花管。加固里程为K6+058～DK6+080及DK6+870～DK7+040，管片增设注浆孔，洞内注浆加固范围为拱部150°，径向注浆深度3 m。如图4、图5所示。

图4 盾构掘进洞内注浆纵断面示意图

图5 深孔注浆图

3.3 自动化监测系统在运营铁路地上段布设路基竖向位移、水平位移、轨道几何形位；在运营铁路地下框架桥段布设隧道结构竖向位移、框架桥结构水平位移、轨道几何形位监测点等自动化监测项目，及时掌握盾构下穿段运营铁路路基与框架桥的变形变化情况。在监测数据出现异常时通知施工单位及时调整掘进和注浆参数，以实时的自动化监测来指导施工，监测范围为新建南崇铁路中线两端各外扩50m。具体监测项目和精度如表4所示。

表4 既有南环线既有铁路路基与隧道监测项目、仪器及精度

地面全自动沉降监测数据（见表5）显示：盾构正在掘进下穿既有线时，监控列车通过线路时，地面（路基、钢轨）最大振幅在±2 mm内，即沉降值不大于3 mm，不影响正常行车。

表5 地面全自动沉降监测数据

4 结语

经实际工程验证，在大直径盾构隧道连续下穿既有铁路线群时，通过采取洞内径向同步注浆加固和地面全自动化监测相结合的措施，可以在不影响既有铁路正常行车的情况下，精确有效地将地面沉降控制在允许值范围内，实现安全、顺利穿越既有铁路的施工预期。期望本文提出的大直径盾构隧道连续下穿既有铁路线群施工主要方法和技术措施，对今后同类盾构下穿既有铁路的沉降控制能够起到有益的启示和借鉴作用。