摘 要：本文以寧波地鐵某隧道區(qū)間盾構(gòu)穿越杭甬鐵路橋施工為例，總結(jié)闡述了淤泥質(zhì)粘土等軟弱地層中，盾構(gòu)機(jī)穿越既有鐵路的技術(shù)控制措施，規(guī)避了盾構(gòu)施工引起地面鐵路沉降過大的風(fēng)險，為類似地層下盾構(gòu)穿越鐵路施工積累了經(jīng)驗。

　　關(guān)鍵詞： 軟弱地層   土壓平衡盾構(gòu)    穿越鐵路    控制技術(shù)

　　Abstract: this article with a metro tunnel interval ningbo shield through hang-yong railway construction as an example, the paper summarizes the mucky clay and weak stratum, shield construction machine through both the technical control measures railway, avoid the shield tunnel ground subsidence caused by railway too much risk, under the ground for similar shield through railway construction accumulated experience.

　　Keywords: soft layers soil pressure balance shield through railway control technology

　　1  工程及地質(zhì)概況

　　1.1穿越段概況

　　寧波市軌道交通1號線一期工程TJ-Ⅱ標(biāo)工程處于寧波市海曙區(qū)，工程含三車站三盾構(gòu)區(qū)間，總長度約2.3公里。其中，澤民站~大卿橋站區(qū)間盾構(gòu)須穿越蕭甬鐵路橋箱涵。

　　澤民站~大卿橋站區(qū)間線路沿中山西路自西向東布設(shè)，本區(qū)間線路在里程（右）K8+345.000（中心）處下穿蕭甬鐵路公鐵立交橋。本區(qū)間從澤民站東端頭（右K7+919.438）始發(fā)至鐵路橋中心里程（右K8+345.000）處距離約426米，見圖1。

　　圖1【澤～大】區(qū)間盾構(gòu)掘進(jìn)順序示意圖

　　蕭甬鐵路橋橋體為三孔箱型框架結(jié)構(gòu)，箱型結(jié)構(gòu)高度7.4米，凈空5米，三孔的寬度分別為8、16、8米，箱體長度為10米，基底預(yù)制方樁，滿堂紅布置，樁長度4米。

　　箱體上方為南北向的杭甬鐵路，復(fù)線，線間距5米，下方為垂直相交的中山西路（雙向5車道）。

　　盾構(gòu)隧道沿中山西路布置，隧道頂部距樁底約8.5米。

　　圖2樁基礎(chǔ)與隧道位置關(guān)系

　　平面位置：中山西路立交橋中心里程位于杭甬鐵路K144+852，其中心線與既有鐵路法線交角為10°25′36″（10.43°），見圖3。

　　圖3區(qū)間線路與鐵路橋平面位置關(guān)系及周邊情況

　　1.2穿越段地質(zhì)情況

　　穿越鐵路橋處主要地層為③2層粉質(zhì)粘土、④1-1層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、⑤1層硬土層，如圖4。其中淤泥質(zhì)粘土層含水量高，孔隙比大，滲透性差，呈流塑狀，且具有壓縮性高，強(qiáng)度低、觸變性及蠕變性強(qiáng)等工程力學(xué)性質(zhì)特點。在外力作用下易擾動且強(qiáng)度降低，盾構(gòu)掘進(jìn)中保持土壓平衡較困難，且往往會出現(xiàn)前期沉降及盾構(gòu)通過后沉降長期不收斂。

　　圖4 穿越段地質(zhì)情況

　　2 盾構(gòu)施工對鐵路影響預(yù)測

　　2.1地表隆陷變化規(guī)律

　　根據(jù)盾構(gòu)施工特點，地表變形的變化發(fā)展過程可以分為五個階段：

　　（1）盾構(gòu)到達(dá)前，地表的變形取決于掘進(jìn)過程中土倉壓力和出土量的控制，當(dāng)土倉壓力較大而出土量較少時，地表呈隆起狀態(tài)；當(dāng)設(shè)定土倉壓力小而出土量大時，地表呈沉降狀態(tài)。

　　（2）盾構(gòu)到達(dá)時，地表變形承接（1）階段的發(fā)展。但變化速率增大。是地表隆陷的峰值段。

　　（3）盾構(gòu)通過時，一般情況地表會呈沉降變化；若注漿及時飽滿，充填率超過200％時，會表現(xiàn)為隆起。

　　（4）盾尾通過時，最易發(fā)生突沉，突沉量可達(dá)30mm，若注漿及時飽滿，可控制突沉，甚至上隆，但隨著漿液的固結(jié)收縮而逐漸下沉。

　　（5）盾尾通過后，地表沉降速率逐漸減緩，沉降曲線趨于穩(wěn)定。后期沉降主要是土體的固結(jié)沉降和次固結(jié)沉降，一般沉降時間較長，但沉降量也相對較小。

　　2.2盾構(gòu)掘進(jìn)引起地表沉降的因素

　　盾構(gòu)掘進(jìn)引起的地表沉降的因素有以下幾個方面：

　　（1）開挖面土壓不平衡引起的土體損失；

　　（2）盾構(gòu)蛇行糾偏引起的土體損失；

　　（3）盾尾與襯砌環(huán)之間的空間未能及時充填引起的土體損失；

　　（4）注漿材料固結(jié)收縮；

　　（5）隧道滲漏水造成土體的排水固結(jié)；

　　（6）襯砌環(huán)變形和隧道縱向沉降；

　　其中前三項是施工直接影響的主要因素，施工中應(yīng)引起足夠重視。

　　2.3鐵路對地表變形適應(yīng)能力評估

　　根據(jù)《鐵路線路維修規(guī)則》和設(shè)計要求，結(jié)合寧波地層沉降規(guī)律，每二小時線路軌面變化不超過-3/+3mm；24小時線路軌面變化量不得超過-8mm/+8mm，累計隆沉量-30/+10mm；

　　地面面累計沉降不超過30 mm，累計隆起不超過10 mm。

　　以上數(shù)據(jù)作為施工控制參考基準(zhǔn)值，具體應(yīng)以鐵路部門要求為準(zhǔn)。

　　3 施工保護(hù)措施

　　3.1穿越前準(zhǔn)備

　　根據(jù)以往經(jīng)驗，盾構(gòu)施工對鐵路的影響確定為隧道埋深1.5倍的的范圍，因此，將盾構(gòu)穿越加固區(qū)（28米）作為盾構(gòu)穿越影響段，即穿越鐵路軌道前后約12環(huán)，加上盾構(gòu)主機(jī)長度約8米，確定 343～374環(huán)為盾構(gòu)穿越影響段（加固區(qū)），其中355～360環(huán)為穿越鐵路軌道段。

　　（1）在盾構(gòu)通過前，必須對通過段鐵路橋箱涵下方土體進(jìn)行壓密注漿加固，并達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度，具體施工方案在此不再詳述。

　　（2）施工前與鐵路相關(guān)部門取得聯(lián)系，詳細(xì)了解鐵路保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)及列車運行頻次等情況，結(jié)合鐵路局安全、運輸?shù)炔块T的指導(dǎo)建議，制定可靠的保護(hù)方案，并建立完善的預(yù)警機(jī)制。

　　（3）確保機(jī)械設(shè)備狀態(tài)良好，并保證人員配備。

　　（4）將盾構(gòu)穿越鐵路之前100環(huán)（241～340環(huán)）作為模擬段，及時總結(jié)出盾構(gòu)機(jī)穿越該類土層的最佳參數(shù)。

　　3.2穿越階段控制措施

　　3.2.1各施工階段需重點控制參數(shù)

　　按照盾構(gòu)穿越順序，對地表沉降的控制主要可分以下四個階段，各階段主要控制參數(shù)見表2。

　　表2構(gòu)穿越鐵路各階段重點控制參數(shù)表

　　階 段盾構(gòu)與管片相對位置推進(jìn)環(huán)數(shù)范圍盾構(gòu)推進(jìn)重點控制參數(shù)

　　階段一切口距鐵路10環(huán)～切口進(jìn)入鐵路345環(huán)～355環(huán)土壓力、出土量

　　階段二切口進(jìn)入鐵路～盾尾脫離鐵路355環(huán)～378環(huán)土壓力、出土量、同步注漿量

　　階段三盾尾脫離鐵路～盾尾脫離鐵路10環(huán)378環(huán)～288環(huán)同步注漿量、二次注漿

　　階段四盾尾脫離鐵路10環(huán)后388環(huán)后二次注漿

　　3.2.2施工過程需采取的技術(shù)措施

　　（1）嚴(yán)格控制盾構(gòu)土倉壓力

　　盾構(gòu)刀盤前方土壓發(fā)生變化時，刀盤前方土體內(nèi)的應(yīng)力會重新分布，從而引起地表變形，產(chǎn)生隆起或下沉。具體控制過程中，安裝在土倉內(nèi)的土壓傳感器可以適時將刀盤前部的土壓值顯示在控制室屏幕上，盾構(gòu)主司機(jī)根據(jù)地面監(jiān)測信息的反饋及時更改并設(shè)定土壓力。如盾構(gòu)機(jī)前方鐵路、地表下沉則將盾構(gòu)機(jī)土壓提高，如盾構(gòu)機(jī)前方蕭甬鐵路、地表隆起則降低土壓，并及時總結(jié)得出最合理的土壓力及出土量，盡量減小對土體的擾動，使土體位移量最小。

　　（2）合理控制推進(jìn)速度

　　盾構(gòu)推進(jìn)通過對土壓傳感器的數(shù)據(jù)來控制千斤頂?shù)耐七M(jìn)速度，推進(jìn)速度控制在2～2.5cm/min，并在推進(jìn)過程中保持穩(wěn)定，每日推進(jìn)6～8環(huán)；并保持推進(jìn)速度、出土速度和注漿速度相匹配。

　　（3）合理控制出土量

　　出土量與土壓力值一樣，也是影響地面沉降的重要因素。盾構(gòu)機(jī)的開挖斷面為31.55㎡，管片長1.2m，每環(huán)的理論出土量為31.55×1.2×1=37.86m3，在盾構(gòu)機(jī)穿越的蕭甬鐵路時，將出土量控制在理論出值的98%，即37.86×98%=37.1m3左右，保證盾構(gòu)切口上方土體能有微量的隆起（不超過1mm），以便抵消一部分土體的后期沉降量，從而使蕭甬鐵路沉降量控制在最小范圍內(nèi)。

　　（4）及時進(jìn)行同步注漿

　　因盾構(gòu)外徑大于管片外徑，盾尾通過后管片外圍和土體之間存在空隙，施工中采用同步注漿來充填這一部分空隙，減少周圍土體在填充空隙時引起的變形，減小地面沉降。同步注漿漿液選用可硬性漿液，根據(jù)以往經(jīng)驗、采取配合比見表3。施工過程中嚴(yán)格控制同步注漿量和漿液質(zhì)量，嚴(yán)格控制漿液配比，使?jié){液和易性好，泌水性小，為減小漿液的固結(jié)收縮，實驗室定期取樣試驗，進(jìn)行配合比的優(yōu)化。

　　表3同步注漿配合比

　　水泥（kg）粉煤灰（kg）膨潤土（kg）砂（kg）水（kg）

　　13432669862433

　　結(jié)合以往施工經(jīng)驗，同步注漿量一般控制在建筑空隙的180％～200％，實際施工中漿液的用量結(jié)合前一階段施工的用量以及監(jiān)測報表和注漿壓力綜合進(jìn)行合理選擇，同步注漿盡可能保證勻速、勻均、連續(xù)的壓注，防止推進(jìn)尚未結(jié)束而注漿停止的情況發(fā)生。

　　注漿壓力控制在0.3MPa左右，注漿量和壓漿點視壓漿時的壓力值和地表沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)而定。

　　初始選擇的注漿量計算如下：

　　每推進(jìn)一環(huán)理論建筑空隙為：3.14×（6.342-6.22）÷4×1.2=1.65m3

　　同步注漿量控制在建筑空隙的180％～200％

　　即每環(huán)同步注漿量為3.0～3.3m3

　　（5）嚴(yán)格控制盾構(gòu)糾偏量

　　盾構(gòu)進(jìn)行平面或高程糾偏的過程中，必然會增加建筑空隙，造成一定程度的超挖，因此在盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入鐵路影響范圍之前，將盾構(gòu)機(jī)調(diào)整到良好的姿態(tài)，并且保持這種良好姿態(tài)穿越鐵路。在盾構(gòu)穿越的過程中盡可能勻速推進(jìn)，推進(jìn)速度不宜過快，最快不大于3cm/min，確保盾構(gòu)機(jī)均衡、勻速地穿越鐵路，減小盾構(gòu)推進(jìn)對前方土體的擾動。盾構(gòu)姿態(tài)變化不可過大、過頻，控制每環(huán)糾偏量不大于10mm（高程、平面），控制盾構(gòu)變坡不大于1‰，以減少盾構(gòu)施工對地層的擾動影響，從而盡可能減少地表沉降，保證鐵路安全。

　　（6）管片拼裝時需注意事項

　　在盾構(gòu)處于拼裝狀態(tài)下時，千斤頂?shù)氖湛s會引起盾構(gòu)機(jī)的微量后退，因此在盾構(gòu)推進(jìn)結(jié)束之后不要立即拼裝，等待幾分鐘之后，到周圍土體與盾構(gòu)機(jī)固結(jié)在一起后再進(jìn)行千斤頂?shù)幕乜s，回縮的千斤頂數(shù)量盡可能少，滿足管片拼裝要求即可。在管片拼裝過程中，安排最熟練的拼裝工進(jìn)行拼裝，減少拼裝的時間，縮短盾構(gòu)停頓的時間，減少土體沉降。

　　（7）地表及鐵路沉降監(jiān)測

　　在盾構(gòu)施工過程中對土體的擾動必然會導(dǎo)致一定程度的地面沉降，從而影響鐵路的安全。在盾構(gòu)施工過程中，必須對鐵路及周圍地表沉降進(jìn)行監(jiān)測，通過監(jiān)測結(jié)果來指導(dǎo)施工參數(shù)的優(yōu)化，從而保證蕭甬鐵路的安全。關(guān)于監(jiān)測點的布置、監(jiān)測頻率設(shè)置、精度要求等內(nèi)容限于篇幅，在此不再詳述。

　　3.3盾構(gòu)穿越后措施

　　由于盾構(gòu)推進(jìn)時同步注漿的漿液在填補(bǔ)建筑空隙時，有可能會沿土層裂隙滲透而依舊存在一定間隙，且漿液的收縮變形也存在地面變形及土體側(cè)向位移的隱患，受擾動土體重新固結(jié)產(chǎn)生地面沉降。因此根據(jù)實際情況（監(jiān)測結(jié)果）需要，在管片脫出盾尾5環(huán)后，可采取對管片后的建筑空隙進(jìn)行二次注漿的方法來填充，漿液為水泥、水玻璃雙液漿，注漿壓力3～5bar。

　　4 結(jié)論與建議

　　寧波地鐵盾構(gòu)工程穿越鐵路施工中所遇到的地質(zhì)條件，主要是淤泥質(zhì)粘土層及部分硬土層，其含水量高，孔隙比大，滲透性差，且具有壓縮性高，強(qiáng)度低、觸變性及蠕變性強(qiáng)等工程力學(xué)性質(zhì)特點，通過寧波地鐵1號線的施工，基本摸索出了適應(yīng)地質(zhì)特點的技術(shù)控制措施，較好地解決地面沉降難以控制等技術(shù)難題，滿足了鐵路對沉降控制要求高的特點，并為類似地質(zhì)條件下土壓平衡盾構(gòu)的穿越鐵路施工積累了經(jīng)驗。

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