软土地基中盾构浅覆土穿铁路大动脉施工
2010-03-20 21:21
软土地基中盾构浅覆土下穿铁路大动脉施工的技术措施
【摘要】上海轨道交通11号线的盾构施工期间需在真南路站～上海西站站间穿越京沪、沪昆铁路，且铁路沿线两侧管线密布，为保证进出上海站铁路大动脉的安全及正常行车要求，介绍了盾构穿越施工前后采取的相关技术措施。监测结果表明，本次盾构穿越施工方案和技术措施是成功的。
【关键词】软土地基盾构穿越铁路土体加固监测
1 工程概况
上海轨道交通11号线北段一期工程真南路站～上海西站站区间盾构施工期间需穿越国铁京沪线、沪昆线，穿越区域位于交通路南侧、桃浦河西侧（图1）。
根据本工程施工进度计划及上海铁路局安排，我项目部于2007年12月15日～2008年1月15日完成了土体加固施工，于2008年2月15日～4月14日完成了区间隧道上、下行线盾构穿越施工。
本次盾构穿越区域共有4条铁路线，线路中心间距由北向南依次为5.88 m，7.89 m和5.64 m。该处客车设计速度200 km/h，货车设计速度100 km/h。道床梯形上部宽度3.1 m，道渣厚度50 cm，道床坡度1∶1.75。铁路沿线两侧管线密布。
本区间上行线隧道与铁路（铁路两测围墙间范围）交叠投影长度约为51 m，掘进环数44环（每环1.2 m宽）；下行线隧道与铁路交叠投影长度约为58.2 m，掘进环数51环。
穿越区域上、下行线隧道水平中心间距14.0～16.0 m，设计中心标高为-15.054～-14.565m，隧道上部覆土15.464～15.932 m。隧道竖曲线线型为6.56‰下坡（上行线）、7.709‰下坡（下行线），平曲线线型为R=347.155。
2 场地地质条件
根据勘探资料土层鉴别、原位测试和土工试验成果综合分析，本区域场地自地表至40 m深度范围内所揭露的土层均为第四纪松散沉积物，按其成因可分为8层，其中，第②、③、⑤、⑥、⑦层按其土性及土色又可分为若干亚层(图2)。
本场地属Ⅳ类场地，为软弱土基。本场区抗震烈度为7度，设计基本地震加速度0.10 g，为建筑抗震不利地段。
本场地浅部地下水属潜水类型，主要补给来源为大气降水，水位随季节而变化，设计、施工地下水位取0.5 m。
3 土体加固方案
盾构推进施工将引起隧道上方铁路线路的轨面变形，影响铁路行车安全或速度；铁路行车又使盾构管片承受附加动应力的长期作用，影响隧道结构的安全性及耐久性。因此，本次盾构穿越前，将采取措施对盾构穿越区域铁路线路进行主动加固，以保证盾构推进施工期及运营期的铁路及隧道的结构安全。
3.1 加固措施及范围
铁路两侧采用二重管高压旋喷桩加固，隧道结构周围各1 m范围内为低旋喷加固区。旋喷桩之间为主加固区，采用劈裂注浆加固；旋喷桩外侧为次加固区，采用压密注浆加固。旋喷桩加固区自地面至⑥1层内1 m，桩长24.5 m，其中低旋喷加固区深度为地面以下15.5 m~23.7 m，共8.2 m。主、次加固区加固深度为③1层顶至⑥1层顶，即地面以下6.1 m～23.5 m。加固区平、剖面图见图3和图4。
3.2 加固区技术要求
（1）旋喷加固28 d后，无侧限抗压强度qu≥0.8 MPa。
（2）低旋喷加固区（隧道结构周围各1 m范围内）无侧限抗压强度qu≥0.4 MPa。在加固该范围时，采取降低水泥用量的方式来降低旋喷加固土体强度。
（3）主加固区，劈裂注浆加固，要求Ps≥1.0 MPa。
（4）次加固区，压密注浆加固，要求Ps≥0.8 MPa。
主加固区与次加固区之间在强度及刚度上要求逐渐降低，以形成过渡。旋喷加固区由三排φ1.5 m旋喷桩相互咬合形成，咬合0.2 m。旋喷桩起加固、隔断及控制变形的作用。
3.3 施工顺序
为达到最佳注浆效果，应先施作旋喷加固区，待旋喷桩达到一定强度后，再施作主加固区和次加固区。
3.4 施工措施
（1）在旋喷桩施工前，在靠近铁路一侧设置φ1.2 m泄压孔，深度为18 m。施工期间一旦发现铁轨隆起，立即打开泄压孔泄压。
（2）旋喷桩施工时，先施工离铁路最近一排桩，再施作最外侧一排，最后施作中间一排旋喷桩。旋喷施工采用施1隔5的工序
（3）劈裂注浆采用施1隔3的工序，并根据监测数据及时调整注浆压力及注浆速度，以控制注浆引起的地层隆起量
4 监测方案
主要监测内容为铁轨及路基沉降，监测项目位于铁路围墙内，而京沪、沪昆铁路作为进出铁路上海站的唯一通道，交通极其繁忙，列车通过间隔时间最小达到每2 min一趟，常规监测方式根本无法实施，故本次采用静力水准仪对路基沉降进行检测，采用电水平尺对铁轨沉降进行监测。
4.1 测点布置
（1）沉降模拟监测测点：在铁路南围墙外侧，沿围墙布设一排模拟沉降监测断面（该断面监测采用人工监测），共7个测点，平均分布，测点间距7.5 m。利用该断面监测数据调整盾构穿越施工参数。
（2）路基沉降监测测点（静力水准点）：在京沪、沪昆铁路铁轨两侧及中间土体内，平行于铁轨、斜交盾构施工方向，布设3条长约100 m的沉降监测断面，每条断面布设11个测点，上、下行线隧道中间一个测点，隧道正上方各一个测点，向两侧分别间距10 m各布设三个测点，再在外侧间距12.5 m布设一个测点。
（3）铁轨沉降监测测点：以两条隧道平面间距中心为基准，沿铁路线路纵向、前后各16.5 m范围内，分别在京沪、沪昆上铁路上行线（南侧一根）道床上布设11支3 m长电水平尺，形成两条各长33 m的电水平尺链。
4.2 沉降控制标准
（1）路基沉降控制标准：①单日沉降量≤2 mm；②累计沉降量≤30 mm。
（2）铁轨沉降控制标准：①单次（2 h）沉降量≤2 mm；②24 h沉降量≤8 mm。
5 盾构穿越施工方案
本次盾构施工采用的是三菱φ6340铰接式盾构。
5.1 盾构推进施工参数
（1）推进速度：10～15 mm/min。
（2）螺旋机自动设定土压力：0.25 MPa。
（3）螺旋输送机转速：8～12 r/min。
（4）千斤顶总推力：1 200~1 300 t。
（5）每环出土量：37.1 m（3理论值的98%）。
（6）同步注浆压力：0.29 MPa。
（7）同步注浆量：2.5 m3。
5.2 二次补浆
管片脱出盾尾后40环左右即开始对隧道进行壁后二次注浆（补注水泥浆及双液浆），以稳定地面沉降量或对已沉降区域进行压浆抬升。因路基及铁轨单次沉降量要求较高，故本次补浆采取“少量多次”的原则进行，单孔单次补浆量控制在20 L左右，每环累计注浆量以监测数据为准。
5.3 技术措施
（1）为保证列车安全，对进出铁路上海站车辆进行限速：京沪线客车限速至90 km/h，货车限速至60 km/h；沪昆线客货车统一限速至60 km/h。
（2）增设注浆孔：在盾构穿越区域隧道管片上增设壁后注浆孔，每环管片上增设9只注浆孔，共设置15只注浆孔。待隧道施工完成后，对隧道衬砌外进行注浆加固。
（3）模拟穿越：在穿越施工前60 m范围实行模拟推进，并根据模拟区地面沉降监测数据对拟穿越铁路的各项盾构推进参数进行调校。
（4）信息化施工：实行信息化施工，通过静力水准仪及电水平尺对路基及铁轨进行实时监测，并根据实时监测数据及时调整盾构掘进施工参数。
（5）推进速度控制：穿越施工中盾构推进速度控制在1.0～1.5 cm/min，并在整个推进过程中保持稳定，以保证头部土压力的稳定。
（6）严控盾构单次纠偏量：对因轴线走偏，须予以纠正时，应以长距离慢修为原则，单次纠偏量不得超过5 mm。
（7）改进管片拼装模式：盾构穿越期间，为保持盾构正面土压力的稳定，管片拼装模式采用半环拼装模式：拼装下部三环管片———推进（补偿正面土压力）———拼装上部三环管片。
6 结语
（1）前期的土体加固起到了很好的土体改良效果（其沉降均在允许范围内），有效地降低了盾构掘进施工期间对周边土体的扰动作用。
（2）即时的监测数据为项目部下达推进任务，及时调整盾构推进及注浆参数起到了重要的作用。
（3）模拟推进阶段取得的盾构推进参数对正式穿越施工起到了很好的指导作用。平稳、匀速的推进，以及合理的同步注浆量，有效的降低了盾构推进对周边土体的扰动。
（4）及时、高质的二次注浆对已扰动土体的稳定起到了关键作用。
