地铁隧道下穿高铁桥盾构施工技术

张士民/ZHANG Shi-min

（中铁上海工程局集团市政环保工程有限公司，上海 201906）

1 工程概况

沈阳地铁4 号线红椿路站～城建学院站区间盾构侧穿哈大高铁客专高架桥桩，地铁隧道与哈大高铁客专高架桥侧穿夹角分别为62°和63°，隧道里程（直线段）：左线DK29+061.90～DK29+89.06，27.16m；右 线DK29+074.40～DK29+100.07，25.67m。高铁线路管理里程分别为K383+714、K383+681，侧穿位置在马总屯特大桥6 号墩（轨道设计高程51.03）、7 号墩（轨道设计高程51.292）、8 号墩（轨道设计高程51.292）之间。高铁桥为混凝土简支梁桥，跨度32.7m，桩基础，桩长21m，每处承台下设置8 根桩。桥梁支座标高约46.7m，地面标高约40.7m，净高约6.0m。

区间隧道与桥桩距离：水平7.4m/7.55m，盾构穿越地层为③-9-4 圆砾，隧道顶部埋深：左线16.2～16.5m，右线16.4～16.6m。具体位置关系如图1、图2 所示。

图1 区间隧道与高铁桥平面位置关系

图2 区间隧道与高铁桥剖面位置关系

2 关键施工技术

2.1 地面隔离桩施工措施

盾构区间隧道与沈大高铁客专桥桩间打设600@1200 隔离桩，隔离桩上设600mm×600mm的钢筋混凝土冠梁。桩径及桩型：∅600mm 钻孔灌注桩；桩顶标高：与地面齐平；桩底标高：盾构隧道底面下1 000mm；混凝土设计标号：C30水下；钢筋材料：主筋为∅22mm，加劲筋为∅16mm，螺旋箍筋为∅8mm。

1）钻孔桩设备选择 现场实测高铁桥下净空距离约7.0m，正常钻孔桩设备不能满足高度要求，通过比选，选择最大高度6.5m 的反循环钻机。

2）钢筋笼制作 综合考虑桥下净空高低、钢筋笼接驳距离、下放时安全距离等因素，对钢筋笼采取分节制作、机械套筒连接，单节长度为4m。

3）吊装设备选择 分节的钢筋笼通过自卸吊运送至高铁桥钻孔灌注桩施作场地附近。为了防止起重机械对高铁营运线的干扰，吊装不使用起重机械，距离高铁线路50m 处吊放在地面，然后人工滚至桥下，通过130 反铲挖掘机吊装下放。

2.2 地铁盾构下穿高铁桥施工技术措施

2.2.1 试验段施工

通过试验段施工，收集施工相关的各项参数（表1），试验段长度100m。通过分析出土量、掘进状态及地层沉降变形数据等，选取最佳施工参数，达到试验的目的，确保盾构区间安全顺利施工。

表1 试验段总结盾构施工参数

2.2.2 下穿前技术、管理措施

盾构下穿沈大高铁桥期间，指从刀盘距离高铁桥20m 至盾尾离开高铁桥20m 期间，左线长67.16m、右线长65.67m，项目部针对盾构下穿沈大高铁桥施工做了相应准备工作。

1）推进至影响范围前停机，组织盾构下穿重大风险源条件验收，检查准备情况：①风险源专项措施（钻孔灌注桩隔离桩）已完成，桩体强度满足设计及相关要求；②自动化监测、地面人工监测现场布设完成，初始值已采集并上报第三方监测单位；③高铁桥附近的环境调查完善；④盾构停机检修、维保及配件更换，尽可能降低设备故障概率，保证设备性能良好；同步注浆、二次注浆系统全面检修、清理；⑤施工材料（油脂、渣土改良材料、同步注浆材料、衬砌管片、密封止水材料、管片螺栓等）现场盘点，满足使用需求；⑥应急物资设备（如深孔注浆机、黄沙）准备齐全。

2）管片脱离盾尾6～8 环位置二次注浆形成环箍，防止后方水流前窜。

3）总结下穿前试验段施工技术参数，为盾构下穿高铁桥参数设定提供理论依据。

4）对施工管理人员、作业层操作人员进行全员技术交底，思想状态上重视。

5）领导带班、关键工序值班、监控量测人员布置、任务划分及落实。

6）管片采用多孔管片，便于二次注浆施工。

2.2.3 盾构下穿施工技术控制措施

1）根据专项施工方案、试验段总结，设定上部土压力，尽量保证压力的稳定，保证开挖面前方土体稳定。

2）盾构推进速度，控制在60mm/min 左右。推进过程中确保同步注浆浆液在推进完成时可有效注入，掘进完成时浆液注入量不小于5.0m3；注浆压力不小于4bar。

3）优化同步注浆浆液配合比，调整好浆液的和易性，将稠度控制在12.5～13.0 之间，初凝时间≯6h。

4）下穿前调整好盾构姿态，下穿过程中严格控制盾构推进姿态，避免盾构大幅纠偏。

5）管片脱离盾尾后及时补强注浆，左上、右上间隔一环注入；二次注浆须多遍注入，且单孔注入量须进行控制0.5～0.6m3/孔；注浆压力不大于0.5MPa。保证二次注浆距离盾尾有一定的安全距离，避免二次注浆浆液包裹壳体造成壳体与地层摩擦。

6）地面监测：高铁桥墩沉降、倾斜自动化监测频率调整为1 次/2h，及时反馈数据；项目部安排专人24h 对地表进行监控量测、桥墩沉降复核，频率1 次/2h，及时术反馈数据。

7）管片螺栓复紧：管片螺栓进行多次复紧，拧紧力矩不低于300Nm。

8）控制掘进出渣量：推进过程中控制螺旋机转速；通过皮带称重、门吊称重反馈出渣情况，及时共享信息，做出分析。

2.2.4 盾构下穿施工管理保证措施

1）落实领导带班制度：盾构下穿沈大高铁马总屯特大桥期间，项目部和作业队伍建立现场带班值班制度（双人单岗），明确相关责任人，严格控制施工质量和安全。

2）关键工序现场管控：如盾构推进主要参数控制、同步注浆及二次注浆控制、出土量记录等，安排专人盯控。

3）停机准备时，将渣土箱清理干净，每环推进前向单个渣土箱内加清水（底部10cm），防止渣土粘在土箱内，造成出土方量无法统计。每班及时统计门吊称重，并做出分析。

4）停机准备时对盾构、电瓶机车编组、门式起重机、搅拌机等主要设备进行全面检修、维保，确保设备性能良好。下穿过程中，安质人员、设备管理人员每班对设备维保、检查情况进行监督再监督。

5）施工以安全、平稳为主，每一工序按部就班，禁止抢进度。

6）盾构隧道测量工作要按要求及时进行，反馈信息指导施工。

7）地面监测包括墩台自动化监测、地面监测数据，及时反馈。

8）如发现紧急情况，如渣土较稀、出土量不可控现象，立即停止推进，并向值班领导汇报，召开工地会议讨论方案，现场按照制定的方案、措施实施。

9）应急队伍、应急人员、应急设备物资准备。

3 监控测量

在复杂施工条件下，尤其是隧道下穿铁路工程时，施工可能会引起铁路轨道各种不平顺现象，铁路轨道的不平顺会引起轮轨剧烈振动，大大降低行车平稳性，进而威胁行车安全。因此，在下穿铁路的各类工程中，必须制定严格的控制标准，以保证行车安全。控制标准包括：沉降控制值、沉降控制速率、不均匀沉降控制值、水平位移控制值等。

采用沉降传感器JMQJ-6205AD、倾角传感JMQJ-7315ADS 和配套的硬软件实现对铁路桥墩的自动化监测，用到的硬件设备主要有测量传感器、信号控制箱、温度气压传感器、供电电源、计算机服务器。

如图3～图6 所示，区间隧道相邻的6#、7#、8#桥墩累计沉降数值小于1.5mm，人工复核结果，累计沉降数值2.5mm；水平位移累计值＜1mm；不均匀沉降一直在1mm 以内。各类变形数据都控制在允许范围内。

图3 下穿时期7#桥墩沉降

图4 地表沉降位移监测变化曲线图

图5 下穿后续时期顺桥水平位移

图6 下穿后续时期横桥水平位移

4 结语

沈阳地铁4 号线红椿路站～城建学院站区间盾构隧道下穿哈大高铁客专高架桥，通过前期方案研讨、下穿过程中技术和管理体系完善等工作，盾构施工未对哈大高铁造成任何不良影响，达到了预期目的，并未类似工程提供宝贵施工经验。O