行业要闻

 

摘  要：盾构隧道下穿既有铁路线路会造成铁路线路沉降变形，影响列车的正常运行。基于此，在某实际工程的基础上，对地基加固、盾构下穿过程中铁路线路沉降情况进行监测分析。结果表明：旋喷桩加固注浆施工对铁路线路影响很小，当旋喷桩加固施工完成后，主加固区施工对铁路线路影响较大；地基加固对盾构下穿时铁路线路变形控制有较好效果，隧道穿越施工期间，路基最大沉降量为36.52 mm，轨面最大沉降量为15.88 mm，满足规范要求。

关键词：地铁；盾构隧道；下穿铁路；地基加固；沉降监测

 

      随着我国地铁隧道建设规模的不断扩大，大量的新建地铁隧道需要穿越既有铁路线路。在新建地铁隧道下穿既有铁路线路过程中不可避免会对地层产生一定的扰动，而对周边环境造成一定程度的影响，使既有铁路线路、周边地表发生隆沉变形。过大的变形会对铁路车辆的运营安全造成不利影响^[1]，且会使铁路机车车辆运行过程中产生一定的附加轮轨作用力，影响隧道的后期沉降。因此，在施工过程中对铁路线路进行变形监测，并及时将变形情况反馈给设计施工单位，通过调整和优化施工方法来减小和控制相应的变形量。

      目前，对于地铁盾构隧道下穿既有铁路线路过程中铁路线路及地表的变形规律，国内外学者进行了较多的研究^[2-5]。但在不同的土层特点及施工背景下，地铁盾构隧道下穿既有铁路线路过程中，铁路线路的变形会呈现出不同的特点。霍军帅等^[6]  通过理论结合数值模拟的方法，对地铁盾构隧道下穿城际铁路地基加固方案安全性进行过分析研究。本文结合某实际工程，对地基加固、盾构穿越过程中铁路线路变形进行监测，并对监测结果进行了分析研究，以期为后期相似工程的施工、监测提供一定的参考。

 

      某盾构隧道管片外径6.2 m，内径5.5 m，每环管片长1.2 m，厚0.35 m。盾构隧道在穿越既有铁路区段，隧道中心埋深17.2～17.6 m(上覆土层厚14.1～14.5 m)，坡度8.5‰，盾构推进方向均为上坡，在平面上位于直线段，与铁路的平面关系基本正交（图1）。隧道右线先推、左线后推，左右线推进时间相差20天。隧道主要穿越土层为④₁灰色淤泥质粘土和⑤_1-1灰色粘土，沿线地基土在48  m深度范围内均为第四纪松散沉积物，主要由饱和粘性土、粉性土及砂土组成且成层分布（图2）。隧道穿越土层含水率高，压缩性高，其体物理力学指标见表1。

      为了及时了解盾构隧道周边环境，特别是既有铁路线路在施工期间的变形情况，并及时向设计施工单位进行反馈，使之能够迅速调整优化盾构掘进参数，确保隧道施工与既有铁路线路的行车安全，需对铁路线路的变形情况进行监测。同时，为了减小铁路线路变形，需在盾构穿越前期对地基土进行地基加固处理。本次地基加固采用主次加固法，主加固区采用斜孔分层劈裂注浆加固，而地基加固同样也会对既有铁路线路造成一定程度的影响，故在加固过程中也需要对铁路线路的变形情况进行监测。

      本次监测测点布置如下。

      (1) 路基沉降测点。垂直盾构推进方向设置8道路基沉降观测断面，其编号为A、C、E、G、I、K、M、O，每个断面分别有5个测点，共计40个测点（图3）。

      (2)  轨面沉降测点。垂直盾构推进方向设置5道轨面沉降观测断面，其编号为B、H、J、L、N，每个断面分别有5个测点，共计25个测点（图3）。

      （1）实测频率。根据本标段工程的特点，将监测分为2期，第1期为地基加固施工期间的监测，第2期为盾构施工期间的监测。在地基加固期间，每次注浆后均须进行线路沉降观测。对于盾构施工中沉降变化量大的点，根据实际情况加密监测频率，必要时进行跟踪监测。观测点在施工期间，如沉降或位移变化无异常，每天观测2次，如有异常，应加密观测。在盾构切口进入铁路道床下方至盾尾脱出之间监测频率最高，每0.5  h一次。

      （2）报警值。为了确保盾构推进的安全性，在盾构穿越铁路线路 时必须进行同步跟进实时监测，监测报警值见表2。

      盾构下穿前地基加固采用咬合旋喷桩加固和注浆加固2个加固区。注浆加固区的作用是增加铁路线路下方土体的承载力及抵抗变形的能力，咬合旋喷桩的作用一是抵抗铁路线路的变形，二是保证注浆效果。

      (1）加固范围。沿深度方向，自③₁层顶加固到⑤_1-1层底（隧道底部以下约2  m），竖向加固深度约16 m。隧道两侧各向外加固3 m，水平向加固范围25.4 m，地基加固方案的隧道横剖面见图4；旋喷桩加固区设在铁路路基外侧1 m以外位置，由3排直径为1.5 m的旋喷桩相互咬合形成，咬合量为0.2 m，旋喷桩的深度为隧道底部以下3 m至地面。注浆加固区为旋喷桩加固区与站台1外边线之间范围，地基加固平面布置见图5。

      （2）加固工艺及顺序。施工中旋喷加固区旋喷桩注浆先施工，并与主加固区注浆引孔同时施工，然后进行主加固区斜孔注浆，加固施工24  h不间断作业。主加固区采用分层注浆加固，先实施第1层斜孔注浆，注浆孔与地面的夹角为30°，并采用复合浆液。第1层斜孔注浆完成后，进行下部深层注浆加固，注浆压力和注浆速度应根据铁路线路变形的监测数据进行调整。

      在盾构掘进过程中，施工方根据监测数据合理调整盾构推进参数：

      (1) 推进速度2 cm/min；

      (2) 土压力0.28～0.30 MPa；

      (3) 注浆量2.7～2.8 m³；

      (4) 平均推进速度6～7环/天。

      地基加固施工引起的线路路基变形情况与轨面变化情况基本一致，加固施工过程中部分轨面变形情况如图6所示，变形主要发生在2011年8月31日之后，在此之前变形量较小，施工过程中最大隆起量为11.27 mm(测点B5)，超出报警值；

      最大沉降量为11.04mm(测点L5)，未超出报警值。2011年8月23日～9月2日进行旋喷桩施工，2011年9月3日～9月24日进行主加固区注浆施工，由此可知，旋喷桩加固施工对线路影响很小，主加固区注浆施工是引起铁路线路变形的主要因素。

      右线盾构盾头到达旋喷加固区、穿越既有铁路、盾构盾尾离开加固区共历时9天，在右线盾构下穿铁路线路施工期间，路基最大沉降量为33.59 mm(测点O4)，轨面最大沉降量为14.59 mm(测点N4)。2011年12月13日轨面突然出现隆起，其原因是由于该日施工单位对线路进行了抬道施工所致，见图7。

      左线盾构盾头到达旋喷加固区、穿越既有铁路、盾构盾尾离开加固区共历时11天，在盾构左线下穿铁路线路施工期间，路基最大沉降量为36.52 mm（测点O4），轨面最大沉降量为15.88 mm(测点B2)。同样，在2011年12月20日线路出现了隆起，其原因也是施工单位抬道施工所致，见图8。

      综合分析右、左线隧道施工过程中铁路线路变形情况，其变化值满足规范要求，可见主动加固保护措施对控制铁路线路变形有较好效果。

 

      (1) 旋喷桩加固施工对铁路线路变形影响很小，当旋喷桩加固施工完成后，主加固区注浆施工对铁路线路变形影响较大。

      (2) 在盾构穿越铁路线路前对穿越土层采取合理的加固措施，对变形控制具有较明显的效果。在盾构下穿铁路线路期间，可通过变形监测数据，及时调整施工参数，使盾构下穿时对上方铁路线路变形影响最小。

      (3)  本次盾构下穿铁路线路施工，由于上、下行隧道施工间隔较短，下行隧道穿越时对土体的二次扰动影响较大，使得下行隧道穿越时引起的铁路线路变形较上行隧道穿越时大。

 

[1] 雷震宇，周顺华，许恺. 铁路下穿式结构施工受轮轨作用力的影响分析[J]. 中国铁道科学，2003，24(6): 70-73.

[2] 吴波，高波，索晓明. 地铁隧道开挖与失水引起地表沉降的数值分析[J]. 中国铁道科学，2004，25 (4): 59-63.

[3] 陶连金，郭军. 构隧道开挖引起的地表沉降规律[J]. 地下空间与工程学报，2005，1(2): 247-249.