深圳5号线区间隧道盾构穿越铁路技术
摘 要:结合深圳地铁5号线布吉中学站—布吉客运站区间隧道穿越广深铁路的工程实践,分析了地铁区间隧道下穿铁路时,盾构施工及铁路运营两者之间的相互影响,介绍了盾构机推进、区间隧道加固等方面的主要技术措施。
关键词: 地铁隧道; 盾构下穿铁路; 施工技术
1 工程概况
深圳地铁5号线布吉中学站—布吉客运站区间隧道位于深圳市龙岗区布吉镇,采用盾构法施工。在左线隧道DK31+317. 569~DK31+392. 03和右线隧道DK31+320. 316~DK31+395. 259的平面范围内,盾构隧道斜交穿越广深铁路(10股道),隧道与铁路中心线平面交角为77°,穿越长度约58m。隧道在DK31+350处覆土最浅,约为13. 3 m;盾构下穿范围内有2条广深铁路交通涵和排水渠,交通涵与左线隧道平面斜交约38m,距隧道拱顶约8.2 m;排水渠与右线隧道平面斜交约40m,距隧道拱顶约9.5m。区间隧道与广深铁路平面示意见图1。
根据地质钻探资料,土层从上到下分别为:素填土、砾砂、粉质黏土、全风化角岩、强风化角岩、中风化角岩。
2 施工技术
2.1 盾构掘进与运行铁路的相互影响
地铁区间隧道下穿铁路时,会相互产生影响,盾构施工过程中的地表沉降,会影响铁路运营的安全；而铁路的动荷载,又会影响地铁结构的安全。
1)盾构在铁路下通过时,对土体扰动大,造成地表不均匀沉降,使钢轨接头产生轨缝、错牙、台阶和折角,严重影响列车运行安全。
2)列车在运行中,对路基土体产生的动应力沿深度逐渐衰减,衰减程度与土层的力学性质以及列车动载大小等因素有关,一般认为动应力的影响深度约4~7 m。但当基床下部有构筑物时,动应力的传播将发生较大变化。
(1)盾构施工引起线路下沉,导致线路不平顺加大轮轨间冲击力,使路基内动应力加大,土体动荷载增加,则作用在地铁隧道管片上的荷载增加,影响地铁隧道的安全。
(2)广深线列车行驶速度快、行车密度大,该区段铁路1号~2号线每天有92对动车组,车速为130~150 km/h; 3号~4号线每天有28对客车、6对货车,车速为80 km/h。车速的提高,同样会加大列车动载的作用,势必引起路基面动应力的增大。
2.2 加固方案
1)为在地铁区间隧道施工过程中,既保证广深线上行驶列车的安全,又保证盾构的施工安全;并保证在今后地铁长期运营期间产生的结构变形,不致引起广深线的轨道不平顺过大,影响列车的行车安全。
2)经有限元计算分析,得到盾构隧道施工过程中,在注浆加固和不加固2种工况下的地表沉降规律(见图2)。
由图可知:不加固时,两隧道顶对应的地表沉降值最大,有2个明显的沉降槽;加固后,隧顶与隧道中间的地表沉降基本相同,未出现较明显的沉降槽,地表沉降最大值为11 mm,注浆加固较不加固的地表沉降减小63%。
3)为保证铁路正常、安全运行及盾构顺利推进,采取地表加固和盾构隧道内加固的施工方案。在盾构推进前,对穿越的铁路线路进行预加固。
2.3 加固施工
1)图1中B区为旋喷桩加固。在距下穿区域铁路线路两侧各4 m处,设4排旋喷桩,桩径为0. 8 m,桩间咬合0. 2m,共2. 4m;加固至盾构底板下1m,加固后土体28 d无侧限抗压强度qu≥1. 0MPa;桩间范围内的路基进行分层跟踪注浆加固。
2)为保证盾构施工时,铁路运营、地铁区间隧道结构的安全,图1中的A区为主加固区,进行分层袖阀管跟踪注浆加固。加固范围为道床下5 m至隧道结构顶;在铁路股道两侧4 m处,倾斜布设袖阀管注浆孔;注浆材料为水泥—水玻璃双液浆。
2.4 盾构掘进施工
1)广深铁路下方中心线左右两侧各约50 m范围内的衬砌,采用配筋加强的钢筋混凝土管片;采用加设注浆孔的衬砌环,根据地面监测情况,在A区进行跟踪注浆加固,注浆范围为隧道衬砌外2. 5 m;采用缓凝型水泥—水玻璃双液浆,注浆压力控制在0.3~1.0MPa。图3为区间隧道下穿广深铁路段注浆加固图。
2)衬砌管片脱出盾尾后,配合地面量测及时进行壁后同步注浆。根据地面沉降变化,在管片出盾尾2环后进行二次压浆,并根据地层变形监测信息及时调整压浆位置、压入量、压力值。
3)根据地面的监测情况,不断优化盾构施工的各种技术参数,合理选定推进速度、平衡土压力、出土量等参数,严格控制盾构纠偏量。土仓压力与地面沉降观测结果相对照,建立合理的土仓压力,并保持土压平衡[1]。
4)适当减小出碴量,防止土层损失,减少土层损失对地面沉降造成的影响[2]。
5)控制盾构的推进轴线。
(1)下坡时,要防止盾构“磕头”;上坡时,要防止盾构“上抛”,每次纠偏幅度不得过大,调整切口水压设定值,确保切口土体不下沉、不隆起或少隆起。
(2)调整盾构推力大小和合力作用点位置,即利用控制盾构纵坡来控制盾构高程位置;利用2个对称千斤顶伸出的差值,控制盾构平面位置。
(3)选择合理的压浆位置,利用压浆的压力,调整管片和盾构的相对位置,改善盾构的纠偏条件。
3 施工监测
盾构推进实行信息化反馈施工,增加监测频率。在铁路两侧埋设沉降观测点,跟踪测量进行信息分析,及时通知井下调整掘进参数,并根据监测反馈信息及时跟踪注浆,及时对碎石道床进行铺垫和轨道校正,保持铁路轨道的平、顺、直。监测内容包括结构沉降、走行轨左右高差、变形缝处差异沉降、变形缝开合度、轨距变化等[3]。
3.1 监测点布置
1)在盾构下穿铁路线两侧范围内,沿隧道中线上方地面每隔10m建立1个监测横断面,每5m设1个沉降测点,每个断面上布设13个观测点,共计180个点。
2)在加固施工和盾构推进前,先在地面上布置好线路变形观测点。在穿越区每股铁路上设置路基及线路观测断面XL-1~XL-10, 10个断面共计70个点。
3)盾构掘进前,在隧道两侧土体内和周边建筑物四周埋设水位管,通过水位管水位监测,掌握隧道两侧地下水位变化情况。
4)在交通涵两端及中部的底板上埋设3个沉降观测点,通过沉降监测,掌握交通涵的沉降及不均匀沉降情况。
5)在管片拱底块的平台上对称布置隧道沉降观测点,及时了解隧道推进后的沉降,以便采取二次注浆等措施,防止隧道沉降引起地面沉降。
3.2 监测
控制结构物的变形在允许范围之内,并在施工期间加强监控量测和信息反馈工作,根据监测数据信息反馈采取跟踪注浆措施,以调整沉降曲线。
参考文献:
[1]钟小春,朱伟,秦建设.盾构隧道衬砌管片通缝与错缝的比较分析[J ].岩土工程学报, 2003(1):109-112.
[2]刘昌.盾构施工引起地表沉降的研究[D].西安:西安建筑科技大学, 2007.
[3]骆建军,张顶立,王梦恕,等.浅埋暗挖车站施工地表沉降实测分析[J].铁道建筑技术, 2006(3):1-4.
京公网安备 11010202007575号