行业要闻

 

[摘 要] 城市地铁在飞速发展的过程中，不可避免的要在各种复杂环境下进行施工，尤其是对于下穿沉降控制要求高的高铁线路等建构筑物，需要进行专项的研究和分析。对复合式盾构下穿沪宁城际高铁线路段，详细设计和配置施工技术参数，充分考虑施工过程的各个环节，在保证施工安全的情况下以减少对周边构筑物的影响，为类似工程项目实施提供了参考价值和思路。

[关键词] 复合式盾构；城际高铁；技术设计；施工控制

 

      南京地铁 3 号线南京站站～中间风井～新庄站区间设计起点为南-新区间中间风井，长 1 812 m，圆形断面，采用盾构法施工。区间穿越沪宁城际铁路等两条既有铁路线，铁路线呈东西走向，盾构区间以右转曲线向新庄站掘进。沪宁城际铁路为 CRTS-I 型板式无砟轨道，下方敷设一 53.5 m×33.94 m×1.8 m 的钢筋混凝土保护板 ， 板下方采用三排Φ1.0 m、桩长 21.6 m 的钻孔灌注板支护，地基采用 CFG 桩加固。 CFG 桩桩径 500 mm，桩间距 1.8 m，桩长 7 m~18 m；桩顶设直径为 1.0 m 扩大桩头，上铺设 0.15 m 厚 C15 素混凝土垫层；工点均采用堆载预压处理，预压土柱高度 2 m。 3号线将从铁路下方的 CFG 桩加固区中穿过，平面交角约为45°，区间隧道结构顶距保护板板底 10.014 m。 区间线路西侧为红山路，沪宁城际铁路南侧为沪宁普铁，位置关系见图1。

      沪宁城际铁路及既有线铁路均开行有高速动车组列车，轨面平顺性、电化柱沉降控制要求较高；作为无砟轨道，轨道板基础沉降控制要求高。 沪宁城际预留了地铁隧道盾构穿越通道，但通道位置有限，线路设计位置处隧道结构与上部及两侧桩基净距最小处仅 4.4 m，对盾构推进轴线控制要求高。 穿越段线路存在 29‰的大纵坡及转弯半径 505 m的左转弯平面区间，左、右线盾构在该段施工时均为上坡及左转弯。盾构施工过程中应特别注意控制盾构姿态、千斤顶推力、土压力等施工参数的控制，并根据地面监测情况随时进行调整，避免对地层扰动过大，从而引起地面沉降。

 

      盾构穿越沪宁城际铁路引起地面沉降主要来源于盾构推进过程中引起的土层受扰动，是引起地表沉降的主因；受扰动土的再固结， 地层因土体中孔隙水压力变化产生排水固结变形并且土体受扰动后， 土体骨架还发生持续很长时间的压缩变形，在此土体蠕变过程中产生的地面沉降；盾构施工过程中各项施工参数设定如掘进速度、土压设定、同步注浆量等影响。根据沉降产生的原因，在已知盾构穿越的土层性质、覆土深度、隧道直径及施工方法后，控制好盾构施工参数确保铁路安全。

      盾构选型主要依据南京站站～新庄站盾构区间设计文件、岩土工程勘察报告及南京地铁三号线盾构机验收标准，参考国内外已有盾构穿越铁路工程实例及相关的盾构技术规范，按照适用性、可靠性、先进性、经济性相统一的原则进行盾构机的选型。由于下穿段地质情况复杂，地层起伏变化大。 既有粘土粉土，也有强度高达 100 MPa 的微风化岩，因此选择具有破岩能力的复合式土压平衡盾构机，2 台德国海瑞克公司生产的复合式土压式平衡式盾构机。

      盾构机除配备常规的泡沫注入系统， 二次注浆台车等设备外，考虑到盾构在全断面岩层掘进，对盾构机采取了如下改进措施， 盾构配备了超前钻探和注浆系统， 有效距离15 m；周边刮刀高度增加 1 cm，提高了周边刮刀的耐磨性 ；分别在刀盘正面和刀盘边缘布置了刀具磨损探测装置。 对螺 旋 机 最 大 通 过 粒 径 进 行 了 改 进 ， 最 大 通 过 粒 径 为520 mm×290 mm。 在进入穿越段前对现场所有机械设备进行检修保养，保证现场设备以最佳状态进行施工，避免因设备故障导致停工增加穿越风险。

      （1）粘土层土仓压力，考虑本区间穿越地段地质情况复杂，地层起伏变化大，按照粘土层取土压力较大值对初始掘进进行控制，推进过程中再根据具体掘进情况设置土压力。穿越段覆土厚度为 19.33 m～15.39 m。 按下式计算土仓压力：

P=k₀（γh+γ_水h_水+q）

式中：P 为土压力；γ 为土的平均容重，取 19.3 kN/m³；γ_水为水的容重；h_水为水头高度；h 为隧道中心埋深， 取 23 m；K₀为土的侧向静止土压力系数；q 为地面荷载。 计算的理论土压力为 0.32 MPa， 并根据地面监测情况 ， 对土压力有0.01 MPa 的实时调整。 为得到准确、可靠数据，对试验段进行详细设计。

      （2）掘进速度 ，按照以往的施工经验 ，掘进速度控制在1 cm/min～2 cm/min。 在穿越段施工时，应匀速推进 ，避免停工。

      （3）推力，穿越沪宁城际铁路段主要穿越土层为强风化闪长岩（砂砾状），岩层强度很小，根据车站开挖至该土层所得情况来看，该层基本呈砂土状，局部夹硬质岩块，非均质，遇水易软化。 岩体基本质量等级Ⅴ，按照类似的施工经验，推力控制在 1 700 t 左右。

      （4）盾构姿态控制 ，穿越段平面线路为右转曲线 ，转弯半径为 505 m。纵断面线路上坡度为 29‰。盾构在穿越沪宁城际铁路前必须将盾构调整至最佳姿态， 水平姿态及垂直姿态与设计轴线偏差保证在 1 cm 之内，保证地层损失率不大于 5‰。 盾构姿态调整遵循“小纠偏、勤纠偏、提前纠偏”的原则进行控制，保持盾构姿态沿曲线内弧面行走。管片姿态平面上通过转弯环调整，纵断面上通过贴片的方式调整，确保盾尾间隙均匀，贴片最大纠偏量 4 mm。

      （5）盾尾油脂注入，地质报告显示，闪长岩裂隙水 ，水量一般较弱。 根据类似地层的施工经验， 每环注入 30 kg 左右，平均 6-7 环/桶。

      （6） 出渣量控制 ， 出渣量控制在 37 m³~38 m³， 严禁超挖。

      同步注浆原材料，同步注浆采用准厚浆，其原材料主要为消石灰、膨润土（钠基）、粉煤灰（Ⅱ级）、中细砂、外加剂（减水 ）、水 。 1 m³同步注浆浆液配比，膨润土∶减水剂∶粉煤灰∶砂∶水∶石灰为 50∶3∶300∶1180∶285∶80。 同步注浆量及注浆压力控制，同步注浆设备为德国施维英注浆泵，同步注浆自动计量系统传感器的计量依据是柱塞的活动次数， 根据现场实践，每环注入量设置在 3.5 m³~3.8 m³，同步注入压力为1.0 MPa。 具体同步注浆量控制以实际拌浆量为主 ，操作界面显示量为辅的控制方案。

      由于同步注浆无法完全满足沉降控制要求， 需要同步注浆的基础上注入双液浆来控制地面沉降。 二次注浆浆液配合比为水∶水玻璃=3∶1（重量比）；水泥浆水灰比=1∶1（重量比）；水泥浆∶水玻璃浆液=1∶1（体积比）。注浆量及注浆压力，注浆位置为盾尾后第 4 环，注浆量为 1.2 m³/环。注入量可根据现场沉降监测资料动态调整。

 

      盾构机姿态控制是确保管片拼装质量， 避免成型隧道渗漏的关键。 盾构工程师跟班作业，紧盯现场，对各班组进行严格管理，对施工各工序进行质量监督。每日由盾构工程师下达技术指令， 班组严格按照技术指令设定的参数和要求进行施工。 由盾构工程师牵头， 利用交班时间与掘进班长、 拼装班长就前一班施工中出现的问题进行讨论并得出解决方案，确保思想统一，推进、拼装方法协调一致。盾构工程师每环对推进千斤顶油缸、盾尾间隙、超前量进行量测，根据量测结果与盾构姿态结合分析和比对， 指导盾构机司机推进。 盾构工程师要根据施工现场实际情况对盾构掘进的技术参数进行调整，确保推进系统的合理性。测量人员定期对已成型隧道轴线进行复测， 同时对盾构机 ROBOTEC测量系统进行校核，确保盾构测量系统工作正常。

      在管片拼装过程中严格控制衬砌环面的平整度、 环面的超前量以及椭圆度的控制。严格控制管片成环后的环、纵向间隙。管片在做防水处理之前对管片进行环面、端面的清理，然后再进行防水橡胶条的粘贴。在拼装前清除盾尾处拼装部位的垃圾和杂物，注意管片定位的准确性。根据高程和平面的测量报表和管片间隙， 充分利用楔形环来调整管片拼装的姿态。拼装后及时调整千斤顶的顶力，防止盾构姿态发生突变。 严格控制环面平整度，逐环检查错台情况，并对盾构及管片做出相应调整。

      施工中经常测量管片圆环环面与隧道设计轴线的垂直度，当管片超前量超过控制量时，应用贴片加以纠正，从而保证管片环面与隧道设计轴线的垂直度。 在每环衬砌拼装结束后及时拧紧连接衬砌的纵、 环向螺栓； 在推进下一环时，二次复紧纵向螺栓；当成环管片脱出车架后，三次复紧纵、环向螺栓。 每环管片椭圆度控制在 10 mm 以内。

      建议列车慢行 70 km/h~80 km/h。 依据《技规》规定在施工地点两端设置减速信号牌和 T 字移动减速信号牌， 在移动减速信号牌上注明规定的慢行速度，见图 2。

      若施工引起了危及行车的线路故障时， 立即通知运行列车和车站，并在故障地点设置停车信号，如瞭望困难，遇降雾、暴风雪或夜间，还应点燃火炬；当通知一端先来车时，应先向该端放置响墩，再向另一端放置响墩（如图 3），然后返回故障地点。如不知来车方向，应在故障地点注意倾听和瞭望，发现来车，应急速奔向列车，用手信号旗（灯）或徒手显示停车信号，并将响墩放置在能赶到的地点，使列车在故障地点前停车。如瞭望困难，遇降雾、暴风雪或夜间，发现来车奔向列车前，应在故障地点点燃第二支火炬。

      当发现线路连续出现碎弯并有涨轨迹象时， 必须暂停施工，派专人巡查监视，观测轨温和无缝线路方向的变化。若碎弯继续扩大，应设置慢行信号，采取紧急处理措施。 线路稳定后方可恢复正常行车与施工；施工过程中，如发现线路轨向、高低不良，起道、拨道省力，枕端道碴离缝，必须停止作业，采取防涨措施；线路轨向不良，用 10 m 弦测量两股钢轨的轨向偏差，当平均值达到 10 mm 时，必须设置慢行信号，并采取夯拍道床、填满枕盒道碴和堆高碴肩等措施；当两股钢轨的轨向偏差平均值达到 12 mm， 在轨温不变的情况下，过车后线路弯曲变形突然扩大时，必须立即设置停车信号，及时通知车站，并采取钢轨降温等紧急措施，消除故障后放行列车；线路温度过高，采取降温措施后，仍不能恢复线路时，在地形许可情况下，可从跑道故障处两端向中间拨成半径不小于 200 m 的反向曲线， 其间夹直线不得小于 10 m。 拨道后限速 5 km/h，并派专人看守。

 

      通过以上技术参数的阐述，从盾构机本身设备参数、施工掘进技术参数、施工注浆参数、高铁线路防护技术措施和辅助措施等多个方面进行配置， 依据盾构下穿时所产生沉降的成因，来制定的相应技术参数，对类似工程项目的实施提供了一定的参考和帮助。

 

[1]铁道部部令第29号.铁路技术管理规程[S].中华人民共和国铁道部, 2006.

[2]夏明耀,曾进伦.地下工程设计施工手册[M].中国建筑工业出版社，1993.

[3] GB50299-1999地下铁道工程施工及验收规范（2003年版）[S].中国计划出版社，2003