地铁盾构近距离下穿铁路施工关键技术研究

屈文平

中铁隧道集团三处有限公司盾构三分公司 广东 深圳 518000

正文：

1 工程概况

常州地铁2号线一期工程05标，位于常州市天宁区，沿青龙西路东西向布置，其中五角场站～三角场站区间隧道自三角场站出发（图1），沿丽华北路前行，以350m的曲线半径下穿青龙西路与丽华北路交叉口，再以480m的曲线半径斜穿京沪普铁老线及新城际铁路线，后侧穿常州外贸大厦，到达五角场车站。该区间隧顶埋深约为10.2m～24.8m，左右线间距为12.5m～15.5m，最大坡度28‰。

该区间隧道内径5500mm，为双线圆形隧道，采用1台直径6.44m土压平衡盾构施工。本区间穿越的地层为：⑤1粘质粉土加粉砂、⑤2粉砂、⑥2粉质粘土、⑥3粘土、⑥4粉质粘土、⑦1粉质粘土；联络通道位于⑥3粘土、⑥4粉质粘土、⑦1粉质粘土层。本区域地下水类型主要为潜水和承压水，含水量一般。盾构区间隧道施工将下穿京沪普铁、沪宁城际铁路共13股道，路基和轨道沉降控制、构筑物的安全保护等是该工程的施工技术重难点。

2 盾构下穿铁路重难点分析

2.1 盾构姿态控制要求高

本工程下穿京沪普铁、沪宁城际铁路，该铁路群行车密度大（图2），铁路在常州站内，车辆处于进站前减速和出站后提速段，对施工过程中盾构姿态控制要求较高。盾构隧道过铁路段埋深在11m～13m间，属于中埋，对土层有一定的扰动。

图2 区间穿越铁路线平面示意图

2.2 沉降控制要求严

铁轨轨面控制标准主要体现为三个方面：（1）轨面沉降0～-10mm以内；（2）两条轨道高差变形≤4mm（沪宁城际高铁两轨高差不大于2mm）；（3）接触网杆沉降要求控制在±20mm以内。地表沉降控制标准：实时监测沉降速率为0.5mm，日沉降量不超过2mm，最终累计沉降量不超过10mm。并以限值的80%作为报警值。

2.3 小曲线半径掘进

盾构下穿铁路段位于曲线上，转弯半径为300m，左线纵坡为23.255‰，右线最大纵坡为24.836‰，小曲线大纵坡施工对隧道的线型要求高，施工难度较大。

3 盾构施工关键技术

3.1 改良土体技术

根据地质勘查资料显示铁路段隧道主要处于⑥4粉质粘土、⑦1粉质粘土层，结合之前类似施工案例，在本工程施工中需对土体进行适当改良处理。在盾构下穿既有铁路线路过程中，需充分利用刀盘现有泥浆注入孔，向刀盘前方加注膨润土或者泡沫剂等改良物[1]，以实现对刀盘前方渣土的改良，提高渣土的流塑性，减少刀盘的排土扭矩，降低对地面铁路的扰动。

3.2 推进速度及纠偏

根据以往施工经验，盾构推进速度必须控制在适当范围内，过快或过慢都会带来不利影响：若推进速度过快，则同步浆液的注入量得不到保证、盾尾密封油脂的注入压力达不到要求；若推进速度过慢，则会加大对隧道围岩的扰动，进而加重地面沉降变化。基于类似工程施工经验，并充分结合该工程的工况特点，设定推进速度最大不宜超过20mm/min，且要尽量保证盾构处于连续、匀速掘进状态，将因盾构掘进速度控制不当而对地表沉降的影响降低到最小。

盾构穿越铁路的过程中，应控制好盾构姿态，在该地段尽量不进行纠偏、直接通过。当盾构遇到软弱不均地层或者穿越曲线段施工时，适时进行盾构姿态纠偏可能无法避免，那么在进行此项工作时，必须注意以下几点：（1）盾构单词纠偏量≤1cm；（2）纠偏过程应尽量平稳进行，不能出现波动。

3.3 同步注浆控制

同步注浆是盾构施工的重要环节之一，而同步注浆量、浆液的质量，则是进行该项工序的关键因素，必须进行严格控制。

（1）严格控制浆液质量：所选择的浆液应具有较好的和易性，且泌水性小；

（2）注浆量控制标准：每环注浆量一般为建筑空隙2.85m3；每推进一环同步注浆量为4.2m3～7.1m3。盾构在穿越铁路下方注浆量应不小于150%，即注浆量不小于4.2m3，具体的注浆量应该根据试推进段确定，同时在盾构穿越铁路过程中动态调整。注浆压力控制在0.35～0.45MPa之间。

（3）建筑空隙得以及时、足压、足量的充填，是检验盾构同步注浆的标准。

3.4 盾尾防漏技术

盾构隧道下穿既有铁路线路过程中，必须严格预防盾构漏浆现象的出现，而盾尾密封油脂的注入则是其得以实现的关键所在[2]。因此，盾构施工过程中应严格控制好盾尾密封油脂的注入时间及注入压力，具体控制标准及应对措施如下：

（1）盾尾密封油脂应连续不间断的注入，避免出现空隙等；

（2）如盾尾出现漏浆现象，则应立即停止掘进，并连续不断注入盾尾油脂，直到漏浆现象停止后才能恢复掘进状态；

（3）施工现场应提前配备海绵条（150*150mm）来应对盾尾漏浆等不时之需。

3.5 管片增设注浆孔

考虑盾构穿越施工后期的二次注浆，同时以防在出现沉降情况下的补偿注浆，特在盾构下穿铁路段其前后10环，采用特殊管片，管片各环增开注浆孔，每环增开10个注浆孔（图3）。

图3 管片增开注浆孔示意图

盾构施工过程中，如出现地表沉降大等异常现象时，可结合实际需求，适时打开备用注浆孔，以满足工程注浆应急之需。

3.6 二次注浆与跟踪注浆

盾构掘进过程中同步注浆是保证隧道建筑空隙得以填满的第一条措施，当出现同步注浆参数控制不当、或者浆液收缩变形过大等，都会导致一定间隙的存在，因此施工过程中必须根据实际施工情况进行二次注浆[3-4]，具体工序要求如下：

（1）二次注浆要在盾构管片脱离盾尾5-8环后实施；

（2）二次注浆压力控制在0.4～0.5 Mpa之间；

（3）进行二次注浆时，如有必要可停止盾构掘进，以避免土体变形扩大；

（4）二次注浆其他参数根据实际注浆效果进行适时调整。

4 其他针对性控制技术

控制地面沉降和轨道沉降，保障国家铁路安全运营，是对该项目盾构穿越施工中的重点和难点，必须采取针对应的措施。

4.1 路基和轨道沉降、隆起控制

铁路区域的沉降控制主要是为控制铁路线的沉降和隆起，从而保证行车安全，因此路基的沉降及隆起的控制尤为重要[5]。为确保盾构施工不影响铁路列车行车安全，制定日单次实时沉降控制指标为0.5mm（沉降速率），并研究制定以下针对性措施：

（1）第一阶段：从刀盘开始进入铁路范围前5天。前期累计沉降≤1mm。针对异常现象的处理措施：若当日单次实时沉降大于0.5mm，将土仓平衡压力提高10kpa；若累计沉降大于1mm，将土仓平衡压力提高20kpa。

（2）第二阶段：盾构刀盘推进至铁路正下方直到盾尾脱离铁路正下方。日累计沉降控制指标为2mm（报警值为1.4mm）。主要控制措施为：利用同步注浆控制，确保盾构周围土体的建筑间隙填充密实、饱满；依据实时监测的数据和实际情况，注意注浆的及时性并保证浆液质量及总注入量，确保地面沉降可控。该阶段累计沉降量控制在4mm以内。

（3）第三阶段：盾尾脱离轨道下方5天内，日累计沉降控制指标为2mm（报警值为1.4mm）。该阶段主要控制措施为：通过持续的二次注浆进行控制，二次注浆压力控制在0.4～0.8Mpa之间，同时根据实时监测情况对注浆量及压力进行调整。该阶段累计沉降量控制在5mm以内。

（4）第四阶段：盾构脱离铁路影响区域后10天。利用隧道内二次注浆设备进行跟踪补注浆，直至地面沉降稳定后停止，并持续监测3个月时间，如有异常变化立即再行注浆，确保最终累计沉降量控制在6mm以内。

4.2 穿越道岔技术控制措施

（1）本区间左线隧道穿越沪宁普速铁路期间235#道岔钉闭开向255#道岔，相应的停用到发线3道南京端咽喉；231#道岔钉闭开向Ⅱ道，237#道岔停用，相应停用到发线4道南京端咽喉；239#～245#复式交分道岔钉闭开向233#道岔和261#道岔；251#道岔钉闭开向247#道岔，249#道岔钉闭开向调车场（可拆除换铺线路），相应停用到发线14道南京端咽喉。右线隧道穿越沪宁普速铁路期间255#道岔钉闭开向到发线7道，相应停用到发线5道南京端咽喉；237#道岔钉闭开向到发线4道；239#～245#复式交分道岔按停用考虑，相应停用到发线6道、8道南京端咽喉；251#道岔钉闭开向247#道岔，249#道岔钉闭开向调车场（可拆除换铺线路），相应停用到发线14道南京端咽喉。结合本工程盾构区间施工计划，盾构刚好在此期间下穿铁路，可有效的降低道岔变形的风险。

（2）根据对铁路影响范围较大，安全风险较高的实际情况，盾构穿越时、穿越后应当委托铁路设备管理单位调足养修力量，保障铁路行车安全。其中道岔修养应当自盾构邻近铁路持续到盾构穿越完成后不少于3个月，并根据沉降监测数据变化情况适时调整。

（3）盾构穿越期间，沪宁城际高铁按限速160km/h考虑，京沪铁路正线按限速60km/h考虑，常州东站站线均按限速30km/h及以下考虑；并根据沉降监测数据变化情况及时调整。

（4）在接近道岔前40环时对盾构姿态进行调整，保证道岔范围前后各10环不进行纠偏，即使出现少量偏差也在盾构完全通过后进行调整。

（5）盾构在接近道岔前50环时，应着重对盾构的密封效果等性能进行全面的检查，确保盾构装备处于良好状态。穿越铁路过程中，每天安排时间检查。

4.3 构筑物保护措施

地铁区间隧道穿越铁路线区域设施有多根接触网杆等构筑物，主要控制措施有：

（1）穿越前调查清除构筑物种类，与隧道的位置关系。

（2）在穿越前绘制构筑物与掘进路线相对关系图，并做好安全技术交底，使盾构班组能够做到有目的施工。

（3）盾构穿越这些重点设施、构筑物施工过程要更好的控制土仓压力（稳定值控制在1.8bar）和同步注浆量（稳定值控制在4.2m3）相关技术参数以控制地面沉降，并做好相应监测工作，确实保证各个重点部位都受到监控，以便及时采取应对措施。

（4）根据试验段参数匀速推进施工，推进速度稳定值控制在30mm/min。

4.4 下穿完成后的沉降保护措施

（1）下穿完成后，如果出现不同程度的沉降，立即对沉降监测点的前后各3环进行二次注浆施工，注浆量控制在1～1.5m3；

（2）下穿完成后，监测频率按照下穿时的监测频率进行；

（3）必要时，地面进行垂直注浆施工，注浆量控制在1～1.5m3；

（4）针对沉降点进行加密监测，直到沉降值稳定。