不良地质环境中盾构技术对既有铁路的影响探析

摘要 为提升不良地质环境中盾构下穿既有铁路的施工质量，文章以某铁路工程为例，介绍了盾构施工工艺，并以此为基础，通过某工程施工现场的监测，评估了盾构施工对既有铁路的影响。监测结果可知，地表位移小于−4.46 mm（单线）与−8.32 mm（双线）；路基沉降小于−4.48 mm（单线）与−9.06 mm（双线）；轨道位移小于−2.79 mm（单线）与−3.92 mm（双线），表明盾构施工对既有铁路的影响较小，可保证既有铁路的正常使用。

关键词 不良地质；盾构技术；既有铁路

中图分类号 U455 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2024）17-0062-03

0 引言

随着中国铁路建设的飞速发展，铁路工程项目的规模与数量均不断增加，为国民出行提供了诸多便利。在此过程中，铁路工程施工面临的环境也愈加复杂，例如部分铁路在工程建设环节会遇到下穿既有铁路的情况，在这种不良地质环境中如何选用盾构技术，成为保证铁路工程质量的关键。因此，针对不良地质环境中盾构技术对既有铁路的综合影响展开分析，科学选择盾构施工方案，将不良影响控制到最低，对铁路工程正常开展具有重要意义。

1 工程概况

研究以某铁路工程为例，着重分析不良地质环境中盾构技术对既有铁路的影响。该工程呈东西走向，施工过程中下穿西北—东南走向的既有铁路，案例工程与既有铁路的方向夹角为43°。盾构下穿区间与铁路左右侧线路之间的距离为10.5 m，下穿隧道与原路基的竖向距离为24 m。通过对施工现场地质条件的勘察可以发现，该区段穿越土层为<3-1-2>硬塑状黏土，富水性较低，透水性较低，因而通过各种施工方法的综合对比后，选择盾构施工技术。

2 盾构施工工艺流程

根据施工现场地质条件的勘察结果，结合相关规定要求，施工单位制定出下穿既有铁路的盾构施工工艺，具体如下：

2.1 路基加固

为确保后续施工作业的顺利进行，需先对路基进行加固。在路基加固施工过程中，采用袖阀管注浆技术，根据工程现场地质条件，预埋直径适当的袖阀管，通过袖阀管向路基土层注浆，以达到土层加固的目的。加固宽度为隧道外4.0 m，浆液水灰比控制在0.6～1.0范围内，初始阶段注浆压力控制在0.3～1.0 MPa范围内；注浆稳定后的压力控制在1.0～2.0 MPa范围内；加固体强度应高于0.6 MPa。同时，动态监测施工现场的具体情况，并根据监测结果实时调整加固注浆压力参数[1]。

2.2 线路加固

由于盾构区间位于既有铁路下方，盾构施工很容易对铁路产生一定影响。因而为降低盾构施工对铁路的影响，还应对既有铁路进行加固处理。盾构施工前对既有铁路进行检查，判断铁路线路的轨道材料是否为P43钢，确保铁路轨道材料符合施工技术标准，确认无任何问题后，方可开通铁路线路。铁路列车通过后，还应安排专人对加固区段进行检查，判断铁路是否出现松动等问题，及时发现列车运行时轨道出现的变形问题，并采取有效方式予以处理，以提升列车行驶的安全性[2]。

2.3 盾构施工

完成路基与线路的加固处理后，可正式开展盾构施工，施工流程如图1所示：

（1）前期准备。对施工现场进行测量，确定盾构施工待穿越的地表中心线，并通过红线作出标记，同时根据工程现场具体情况，在现场设置适当数量的监测点，用于后续施工时对既有铁路沉降状况的监测，及时发现沉降问题，并采取相应方式予以处理。

（2）隧道管片调整。由于既有铁路会对盾构隧道顶部构成荷载压力，对施工构成一定干扰，因此在盾构施工中，应根据管片内的抗裂性检测结果，制定合理的配筋方案，并布置适当的注浆孔。

（3）监控测量。实时对盾构隧道两侧40 m范围内的地表进行监测，监测内容包括地表沉降量、既有构筑物沉降量、管线变形位移与铁路线路几何尺寸等。

（4）盾构机推进。利用盾构机进行盾构施工，盾构机推进速度控制在20～30 mm/min范围内，且应匀速推进，避免盾构机推进对既有铁路造成干扰。

（5）同步注浆。在盾构隧道内安装管片，并同时开展注浆施工，过程中应将注浆压力控制在160～178 kPa。尤其是当盾构施工处于不良地质段时，更应时刻关注同步注浆的压力数值，应委派专门人员进行监测。

（6）二次注浆。按照低压、多孔、多次、少量与均匀性的原则开展二次注浆施工，二次注浆时的注浆压力控制在192～250 kPa范围内。在二次注浆环节，也应对注浆压力进行监测，从而保证盾构施工的整体质量。

（7）管片组装。以6块预制钢筋管片为一组进行组装，以得到宽度为1.2 m的管片支护，用于支撑隧道土层与地下水，以加强对盾构隧道的保护。根据工程现场地质条件，应将管片支护应力控制在222～277 kPa范围内。

（8）掘进参数优化。通过对施工情况进行监测，实时调节千斤顶推进速度、刀盘转速与排土量，以提升整个盾构施工的质量与效率。

3 盾构施工技术对既有铁路的影响分析

3.1 监测范围与内容

为准确了解盾构施工对既有铁路的影响，需实时对施工现场进行监测，监测范围与内容主要包括：

（1）地表沉降量。在既有铁路最外侧90 m范围内，以15 m为间隔分别设置1个监测面，共计12个监测面，在各监测面内分别布置13个监测点，相邻两测点距离在5～15 m范围内，共计156个地表沉降量监测点。

（2）轨道几何变形。以15 m为间隔，将轨道划分成13个监测面，在各监测面内分别布置8个监测点，相邻两测点距离在5～15 m范围内，总计104个轨道几何监测点且均位于轨道上。

（3）铁路路基监测。以13 m为间隔，将既有铁路路基划分成13个监测面，在各断面内分别布置5个测点，相邻两测点的间距在5～15 m范围内，总计65个路基测点。在监测过程中应建立联动监控机制，实时收集变化数据，及时传达有效消息，正确处理紧急情况[3]。

地铁盾构施工所有监测点的布置情况如表1所示：

3.2 监测周期

根据相关规定要求，结合案例工程盾构段具体情况，应设置合理的监测周期，如表2所示。同样，主要围绕路基、轨道以及地表等三方面展开，将监测位置设在盾构施工挖掘面的临近股道、挖掘面的通过股道以及铁路股道的正下方，根据盾构挖掘面与铁路最外侧的距离，提出相应的监测频率方案。

3.3 监测结果分析

3.3.1 地表横向位移分析

根据研究提出的监测方案，对案例工程盾构施工段进行监测，最终得到地表横向位移的分析结果，具体如表3所示。在监测面中任取6个监测点，具体为DB1～DB6，获取地表监测面的监测数据。由表3可知，越靠近轴线，地表出现的横向位移越低，而与轴线距离越远，则地表横向位移越大，且轴向两侧的地表横向位移基本呈对称分布。施工结束后，轴线处的沉降量在−4.46～−4.24 mm范围内，DB3的沉降量最大（−4.46 mm），DB4的沉降量最小（−4.24 mm），但差异并不大。同时，通过Midas GTS NX软件模拟分析与Peck理论分析后可知，案例工程周边地表横向位移的变化趋势与现场实测结果基本相同，峰值位于轴线处，模拟分析结果为−3.96 mm，Peck理论分析结果为−3.77 mm，与实测结果的差异较小。

当双线施工结束后，轴线处的沉降量在−8.05～−8.32 mm范围内，DB4的沉降量最大（−8.32 mm），DB2的沉降量最小（−8.05 mm），但差异并不大。同时，通过Midas GTS NX软件模拟分析与Peck理论分析后可知，案例工程周边地表横向位移的变化趋势与现场实测结果基本相同，峰值位于轴线处，模拟分析结果为−7.54 mm，Peck理论分析结果为−7.15 mm，与实测结果的差异较小。

由此表明，盾构施工对既有铁路周边地表的影响较小，出现的沉降量较小（≤±10 mm）且在规定范围内，能够保证既有铁路的后续安全使用。

3.3.2 路基位移分析

同样，根据研究提出的监测方案，对案例工程盾构施工段进行监测，可得到路基位移的分析结果。根据分析结果可知，不论是单线施工结束还是双线施工结束后，越靠近轴线，路基的位移量越小，而与轴线距离越远，则路基位移越大，且轴向两侧路基位移基本呈对称分布。其中，单线施工结束后，轴线处的沉降量在−4.48～−4.16 mm范围内，L5的沉降量最大（−4.48 mm），L2的沉降量最小（−4.16 mm），但差异并不大。同时，通过Midas GTS NX软件模拟分析可知，案例工程路基位移的变化趋势与现场实测结果基本相同，峰值位于轴线处，模拟分析结果为−3.95 mm，与实测结果的差异较小。

双线施工结束后，轴线处的沉降量在−9.04～−7.92 mm范围内，L5的沉降量最大（−9.04 mm），L2的沉降量最小（−7.92 mm），差异较大。同时，通过Midas GTS NX软件模拟分析可知，案例工程路基位移的变化趋势与现场实测结果基本相同，峰值位于轴线处，模拟分析结果为−7.87 mm，与实测结果的差异较小。

由此表明，盾构施工对既有铁路周边路基的影响较小，出现的沉降量较小（≤±15 mm）且在规定范围内，能够保证既有铁路的后续安全使用。

3.3.3 钢轨位移分析

根据研究提出的监测方案，对案例工程盾构施工段进行监测，可得到钢轨位移的分析结果。由监测结果可知，钢轨位移分布情况与地表、路基基本相同。其中，单线施工结束后，轴线处的沉降量在−2.88～−2.79 mm范围内，G4的沉降量最大（−2.88 mm），G2的沉降量最小（−2.79 m），但差异并不大。同时，通过Midas GTS NX软件模拟分析可知，钢轨位移的变化趋势与现场实测结果基本相同，峰值位于轴线处，模拟分析结果为−3.95 mm，与实测结果的差异较小。

双线施工结束后，轴线处的沉降量在−3.92～−3.45 mm范围内，G2的沉降量最大（−3.92 mm），G4的沉降量最小（−3.45 mm），差异较小。同时，通过Midas GTS NX软件模拟分析可知，路基位移的变化趋势与现场实测结果基本相同，峰值位于轴线处，模拟分析结果为−4.13 mm，与实测结果的差异较小，说明预期方案推导计算的准确性较高。

由此表明，盾构施工对既有铁路钢轨位移的影响较小，出现的沉降量较小（≤±15 mm）且在规定范围内，能够保证既有铁路的后续安全使用。此外，应针对区间盾构隧道下穿施工段的各种潜在风险进行归纳总结，采取多项有效措施与方法，才能科学控制路基的沉降量，发挥现场监测的作用与价值[4]。

4 结束语

综上所述，不良地质条件下的既有铁路下穿施工过程中，盾构施工技术具有良好的应用效果。该文结合具体工程案例，发现采取对路基、铁路线路的加固及管片支护构建的方式，可显著提升铁路周围土体结构、路基及轨道线路的稳定性，研究成果如下：采用研究提出的盾构施工方案，地表位移小于−4.46 mm（单线）与−8.32 mm（双线）；路基沉降小于−4.48 mm（单线）与−9.06 mm（双线）；轨道位移小于−2.79 mm（单线）与−3.92 mm（双线），证明盾构施工对既有铁路的影响较小，可保证既有铁路的正常使用，验证了盾构施工技术的应用效果。

参考文献

[1]陆志强，虞双林.盾构法施工下穿运营铁路施工技术控制要点[J].工程建设与设计，2023（9）：166-168.

[2]王东星.黄土地区盾构下穿既有铁路风险及变形控制技术研究[J].安徽建筑，2023（9）：156-158.

[3]贾辉.津兴铁路大直径土压平衡盾构隧道设计关键技术探析[J].交通世界，2023（14）：171-174.

[4]郑代靖.盾构穿越富水破碎带不良地质掘进措施研究[J].四川水泥，2023（1）：247-249.