浅谈盾构下穿铁路的施工技术

浅谈盾构下穿铁路的施工技术

蔡伟文

蔡伟文

(湖北工业大学湖北武汉430068)

摘要：通过对无锡地铁盾构下穿铁路施工技术的分析，在这种粘土层，盾构掘进分成了试掘进段、试验段、下穿铁路段和延长段四个阶段施工，充分掌握合理的掘进参数和控制地面沉降的措施，确保盾构顺利穿越铁路，对相类似地层盾构下穿铁路施工具有指导作业。

关键词：下穿铁路盾构技术

1引言

随着盾构施工技术在城市地铁建设应用中的不断发展，地铁建设也从上海、北京、广州、南京、天津等大城市幅射到苏州、无锡、常州、佛山、东莞等中小城市，而地铁建设中基本采用盾构法。由于大部分城市中铁路线路已建成，地铁隧道下穿铁路的情况就不可避免，如何在保证铁路的正常运营下施工地铁隧道是项目技术管理的难点。

为了探索盾构法施工下穿铁路的施工技术，本文对无锡地铁2号线10标段采用盾构法施工下穿铁路段进行了小结。

2现场情况

无锡地铁2号线东林广场站～上马墩站盾构区间隧道在京沪铁路沪及宁城际铁路下方穿过。盾构区间下穿铁路区间的交角约为66度。其中下穿京沪铁路的左线里程为：ZSK10+398.49～424.44，跨度25.95米；右线里程为：YSK10+404.95～430.62，跨度25.67米；下穿沪宁城际铁路的左线里程为：YSK10+424.44～453.67，跨度29.23米；右线里程为：YSK10+430.62～460.15，跨度29.53米。铁路下穿段双线隧道均位于区间平面设计直线范围内，右线立面设计位于5.4‰下坡段上（推进方向），隧道埋深17.2～16.52m，左线立面设计位于5.38‰下坡段上（推进方向），隧道埋深17.06～16.6m。

沪宁城际铁路等级为客运专线高速铁路，速度目标值为350km/h。京沪铁路自西北——东南方向穿越无锡市区，铁路线路等级为Ⅰ级，双线正线，有碴轨道，速度目标值为160～200km/h，采用碎石道床。

从地质资料来看，本工程盾构穿越铁路段影响范围内地层从上到下共有7种：○11层杂填土、○31层粘土、○32层粘土、○33层粘土、④1粉砂、○61层粘土、○62层粉质粘土。盾构推进施工穿越的地层为：⑥1层粘土、⑥2层粉质粘土。

3施工重难点

本工程区间隧道需下穿沪宁城际铁路，沪宁城际铁路对地面沉降控制要求高，每天隆起与沉降±1.0mm为预警值，每天隆起与沉降±2.0mm为报警值，施工期铁路线路累计沉降不得超过5mm。是本工程的难点。从地质资料可知，东林广场站～上马墩站区间地质主要以⑥1粘土为主，盾构机长距离在此地层掘进，且土仓需建立较高的土压力，容易在土仓内形成泥饼，导致盾构机掘进困难而停滞，造成地面沉降。如何避免泥饼的产生是本工程的重点。

4施工重难点对策

4.1盾构施工中控制地面沉降的分析

结合以往盾构施工，对盾构施工中控制地面沉降有以下几点认识：

（1）盾构应匀速穿越铁路影响区，减小盾构施工对铁路的影响。

（2）改良碴土，避免土仓结泥饼。

（3）控制出土速度和出土量，防止开挖面土体失稳。

（4）足量同步注浆和二次注浆能有效控制盾尾脱出后引起的沉降发生。

（5）通过地面监测，收集相关数据指导盾构施工参数的调整。

（6）在试掘进阶段摸索掘进参数，是顺利下穿铁路的保障。

4.2控制地面沉降的主要措施

根据盾构施工的经验，控制地面沉降的主要措施有以下几方面：

（1）采用土压平衡模式掘进，建立合适的土仓压力，抑制掌子面释放的应力。

（2）同步注浆及时跟进，快速填充空隙，以有效控制地面后续沉降，同时能稳定管片结构,控制盾构掘进方向,有利于加强管片隧道结构的防水能力；在管片脱离盾尾5环后，可在管片注浆孔进行二次注浆，确保管片背隙被水泥浆完全充填。

（3）控制好土仓压力，匀速掘进，尽量减少盾构掘进对地层扰动。

（4）避免土仓结泥饼和喷涌情况的发生。

预防土仓结泥饼的主要措施：

密切注意开挖面碴土的流动和推力、扭矩、进尺情况，及时调整注入水量、泡沫量，以达到碴土较好的流动性；在刀盘正面注入水和泡沫量，减小碴土的黏附性，防止泥饼的产生；及时注入分散剂，对刀盘进行浸泡清洗，必要时采用人工处理的方式清除泥饼；必要时螺旋输送机内也要加入泡沫或泥水，以增加碴土的流动性，利于碴土的排出。预防喷涌的主要措施：在关闭螺旋机的情况下继续掘进，让切削下来的土冲填土仓，以挤出土仓内的水，但须控制好土仓压力；掺入高浓度泥浆和泡沫，改善土的和易性，使内部颗粒和泥浆形成整体。

4.3分段施工的目的

在上马墩站至铁路西40米处共设置试掘进段、试验段、下穿铁路段和延长段，目的是通过分段施工，掌握盾构机在⑥1粘土的掘进参数和控制地面沉降的措施，确保盾构顺利穿越铁路。

（1）试掘进段：每天掘进3～6环（长250米）；通过试掘进段施工，对盾构机各系统性能测试和完善，同时分析和总结在⑥1粘土地层掘进的各种参数对地面沉降的影响，并确定下穿铁路的掘进参数。

（2）试验段：每天掘进6～8环（长100米）；此段区间隧道埋深、穿越地层均与铁路相似，根据试掘进段确定的掘进参数，在试验段中模拟铁路工况掘进施工，来校核各种掘进参数是否满足地面沉降要求。

（3）下穿铁路段：每天掘进不大于6环（长96米）；以试验段最终确定的掘进参数指导盾构下穿铁路施工。

（4）延长段：每天掘进6～8环（长40米）；按下穿铁路段的标准施工，防止因此段施工影响铁路。

5盾构施工过程的技术控制

5.1采用土压平衡模式掘进

盾构机土压平衡模式掘进时，是将刀具切削下来的土充满腔室，然后利用土仓内泥土压与作业面的土压和水压相抗衡，与此同时，用螺旋式输送机排土机构，进行与盾构推进量相应的排土作业，掘进过程中，始终维持开挖土量与排土量的平衡，以保持正面土体稳定，并防止地下水土的流失而引起地表过大的沉降。

5.2采用微扰动掘进模式

盾构掘进时尽量不要扰动地层的原始结构，防止由于地层应力释放沉降问题的发生。在掘进时采取微扰动掘进模式，将掘进速度控制在25～35mm/min之间，同时将土仓压力变动幅度控制在10KPa之内，这样无论盾构机是在掘进状态还是在停机状态，均可以相对维持土仓压力与掌子面的平衡，避免土压大起大落，产生对掘削地层的扰动，从而达到控制沉降的目的。

5.3出土量的控制和出土条件

原则：保持精确出碴计量，确保出土不超量。由于盾构机的特殊构造，使其无法观察掌子面的情况，我们只能通过出碴量的大小来推算掌子面的情况，出碴量过大，掌子面就有出现了坍塌，所以必须控制好出碴量。根据计算，实际每环出碴量为38.24m3左右，用电机车碴土计量为每环3.8斗左右。现场实际计量时，出土量控制可采用掘进315mm出碴1碴斗车控制。在盾构过铁路过程中，项目部将对出碴量控制进行专门技术交底，并作为一项制度来落实，严格进行控制。

5.4管片安装

管片拼装质量的好坏直接影响到隧道的防水、安全以及隧道的外观，因此，在施工中应从各个方面抓好管片拼装工作。为提高隧道总体刚度，改善管片受力状态，管片的安装采用错缝拼装方式，采用小封顶块，径向先搭接1/2，再纵向推入1/2方法施工。

5.5盾构推进测量

隧洞测量采用SLS-TAPD导向系统，此系统通过二个固定的基准点发射的激光光束计算测量机器所处的位置来实现导向工作的。知道机器所处的位置后，系统就能计算出它与隧道规划路线的偏差，然后信息就会显示在控制单元前面的显示器上。控制单元可以储存和允许输入系统需要的信息。盾构推进测量以SLS-TAPD导向系统为主，辅以人工测量校核。该系统主要组成部分有ELS靶、激光全站仪、后视棱镜、工业计算机等。

5.6盾构姿态调整与纠偏

盾构机在掘进过程中，不可能完全按照设计线路掘进，有时要产生一定的偏差。一般情况下，盾构机如果偏离设计轴线20mm，就要进行盾构机纠偏。

盾构机纠偏应逐步进行，不能一次到位。一般情况下，每环的纠偏量在水平方向上不超过7mm，在竖直方向上不超过4mm。同时安装管片也应注意，所选取的管片类型应考虑在安装完毕以后的管片平面尽量与盾构机的轴线垂直。也就是管片安装完毕之后，保持盾构机各组油缸的初始行程基本一致。

6结语

通过对盾构施工的技术管理，仅用12天就穿越沪宁城际铁路及京沪铁路4条正线。经上海同济大学检测站最终实测，沪宁城际铁路地面最大沉降值为+0.4mm，京沪铁路地面最大沉降值为-3.3mm，创下国内同类工程施工控制地面沉降的最好成绩。

参考文献:

［1］连长江.城市地铁隧道盾构施工产生的地层沉降分析［J］.广东建材，2007(2):46-47.

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