地铁隧道穿越既有铁路的设计与施工措施

地铁隧道穿越既有铁路的设计与施工措施

发表时间：2019-05-29T11:25:29.790Z 来源：《防护工程》2019年第4期作者：史渊[导读] 本文对盾构机穿越国铁路基及桥梁的设计加固措施及施工技术进行了简要介绍。中铁隧道股份有限公司河南郑州 450000 摘要：武汉地铁7号线施工过程中，采用盾构法施工穿越国铁汉宜、汉丹客线上行高架，汉丹货线上、下行线、京广客线上、下行线、汉孝城际铁路等共5条路基，汉口客车技术整备所17股轨道，汉宜、汉丹客线下行高架，汉口~汉西京广客线下行联络线路基等27股铁路线，本文对盾构机穿越国铁路基及桥梁的设计加固措施及施工技术进行了简要介绍。

关键词：地铁隧道；盾构穿越；加固措施；地表沉降

引言

随着城市建设的发展，地铁下穿既有线铁路的工程越来越多。为防止盾构在掘进过程中，造成既有线铁路区段内土体下沉，危及行车安全，同时确保隧道在列车运行荷载作用下的结构稳定，采取在掘进前对铁路线路预加固和对铁路影响范围内的隧道采用加强管片配筋，以及在盾构掘进时实时进行监测，及时调整盾构掘进参数，保持盾构开挖面的稳定，在管片脱出盾尾时及时进行同步注浆、二次注浆来填充盾尾建筑空隙，并由铁路相关部门对线路进行巡视、养护等，以保证铁路运行安全。武汉轨道交通7号线下穿27股既有线进行防护的设计与施工实践证明，以上措施既安全可靠，达到了预期目标。

1 工程概况

长丰站~常码头站区间（长常区间）采用盾构法施工，盾构隧道外径6.2m，内径5.5m。区间出站后依次下穿汉宜、汉丹客线上行高架，汉丹货线上、下行线、京广客线上、下行线、汉孝城际铁路等共5条路基，汉口客车技术整备所17股轨道，汉宜、汉丹客线下行高架，汉口~汉西京广客线下行联络线路基，最后进入常码头站。区间右线长1430.394m；左线长1511.307m。

1.1工程地质

地貌单元为长江一级阶地。盾构区间穿行于4-1粉细砂层中。 4-1粉细砂层，灰色～青灰色，饱和，松散～稍密状态，中等压缩性。地质剖面见图1。

图1 地质剖面图

1.2水文地质

地下水主要为上层滞水和砂层中的孔隙承压水。承压水水头标高为16.5～20.0米。

1.3 盾构机概况

根据武汉地铁施工及涉及等条件的分析，该区间采用一台德国海瑞克制造的S-217和一台中铁装备制造的中铁28号土压平衡盾构机。

其中S217盾构机最大开挖直径6420mm，盾构最大推力为31650kN，刀盘为面板型钢结构，开口率为32%，配备边刮刀16把，齿刀34把，撕裂刀38把。中铁28号盾构机最大开挖直径6390mm，盾构最大推力为34000kN，刀盘为辐条式钢结构，开口率为43%，配备边刮刀12把，齿刀84把，焊接撕裂刀44把。两台盾构机均为被动铰接。

2 铁路运行调查情况

3 设计保护概况

根据有限元分析结果，在未采取加固措施，仅通过加强施工控制的条件下，盾构下穿引起的铁路的沉降、桥台变形均满足要求。但鉴于铁路设施的重要性，并结合以往工程案例，考虑采取如下保护措施：

（1）路基加固——地层注浆加固结合纵横梁架空

（2）高架桥桥桩注浆隔离加固

（3）盾构管片配筋加强、预留注浆孔进行洞内注浆

（4）掘进施工控制

（5）行车限速

（6）监控量测

（7）做好轨面调整准备

3.1高架桥桥桩保护措施

沿盾构区间外两侧各1m设置灌注桩作为隔离桩（600@900），竖向范围为地表至盾构隧道底以下8m，平面布置上在有条件的情况下沿盾构掘进方向超出承台最外侧各12m。桩顶设冠梁，冠梁间采用间距6m的砼支撑，隔离桩间的被隔离土体进行旋喷加固，被隔离土体加固深度至隧道底以下不小于3m，左右至隔离桩边，纵向范围超出承台6m，加固体加固完成后，采取取芯检测，无侧限抗压强度

≥1.0MPa；抗渗系数小于10-7cm/s及验证加固深度。

此外，钻孔桩施工时采取跳打施工（隔4打1），隧道两侧错开实施，成孔时应全程采取护筒跟进措施，相邻隔离桩施工需待先施工桩形成一定强度后方可实施后一根桩，盾构施工需待隔离桩施工完成一个月后方可掘进通过。

3.2路基段保护措施

对汉丹货线、京广线、武孝京广外绕线路基及汉口汉西联络下行线，除洞内加固，即洞内设置16个注浆管对洞周3m范围的土体进行注浆加固外，在盾构施工前，对路基进行地面加固处理，地面注浆加固范围竖向为路基顶面以下12m，水平向超出盾构轮廓两侧各6m，纵向超出坡脚7m，注浆施工前，对路基下方原来已有加固进行钻探勘察，当路基下方原来已有加固时，则只对原加固体上方的未加固土体进行注浆。加固方式采用花管注浆，加固体无侧限抗压强度≥1.0MPa；抗渗系数小于10-7 cm/s，同时预留二次注浆条件，进行信息化施工，根据监测情况实施动态注浆。监测达到预警值时，应调整掘进参数，不得在路基下方停机，轨道变形达到限值时，应以补充道渣为主，当变形不收敛时，根据现场情况进行注浆处理。对汉口客车技术整备所范围内的轨道则以洞内注浆加固为主，同时预留地面二次注浆条件。对整体道床下方进行深层土体变形的监测，及时发现空洞或较大的土体变形以进行针对性的注浆加固措施。

3.3其他措施

（1）盾构管片配筋加强、预留注浆孔

下穿铁路段管片配筋根据计算结果并适当加大，在管片上预留16个注浆孔，以便在施工过程中注浆。隧道运营后根据铁路运营监测情况必要时也可补充注浆。

（2）行车限速

在盾构机掘进通过铁路前，充分了解铁路行车计划及间隔，做好合理的工程筹划，并调整盾构推进速度，建议在盾构机通过轨道区期间，列车在该路段减速至45km/h以下，缓慢行驶。

（3）监控量测

在过铁路段加密观测断面，布置地层沉降、轨道变形、桥台桥墩沉降、铁路管线沉降、接触网支柱沉降等测点。加大监测频率，及时优化调整掘进施工参数，做到信息化动态施工管理，同时加强现场巡视。

（4）轨面调整准备

与铁路部门保持有效的沟通联系，预备石渣，做好出现险情时的补救预防准备。若在掘进施工过程中发现轨面沉降量达到5mm时，则立刻铺渣调整轨道高度，以满足铁路线路的标准。

区间隧道下穿铁路后三个月内仍加强现场巡视及监测，做好工后养护工作。

4 盾构掘进施工措施

4.1前期准备工作

（1）盾构穿越前要与铁路部门密切联系，根据铁路部门要求针对性设定各线路铁路轨道的报警值、监测频率等；并根据铁路部门要求布设铁路线路沉降、轨道位移、地表沉降的监测点，同时通知第三方监测及铁路部门现场负责人进场进行监测监督，待对铁路加固以及所有监测点布设完成后再进行掘进施工。

（2）请铁路部门相关单位配合实施各种应急措施，对铁路轨道做好调整抢修的准备，在盾构穿越前和铁路局各站段签订安全监护协议，做好施工前的监督计划上报，由铁路单位负责铁路线安全监护和应急维护；盾构穿越过程中，配备技术及安全专人24小时现场巡查，发现异常现象及时上报铁路相关部门。并与铁路相关部门沟通协调。

（3）为了保证铁路的正常运行，顺利完成盾构掘进工作，必须遵循《铁路技术管理规程》、《铁路工务安全规则》、《既有线铁路施工安全管理》等有关规则、条例、文件执行，做好铁路路基预加固及盾构掘进过程中平行同步监测工作，并配合铁路部门做好沿线安全监护和应急维护。

（4）建立沟通平台

为更好指导盾构掘进施工及让铁路部门及时准确了解盾构施工情况，盾构穿越施工之前轨道交通指挥部、铁路部门、施工、监理及监测等相关单位建立畅通沟通网（微信或QQ群），加强组织领导，落实各层级管理人员的责任，监督各项措施落实到位。

（5）设备保养维护

在盾构穿越前对盾构机主机和后配套设备进行全面检查、保养和维修，特别是行车、电机车及同步注浆系统进行检修，并对易损件配备足量的备品备件。

4.2盾构掘进

下穿铁路前对施工设备进行强制保养；进行试掘进。隧道穿越铁路时，应与铁路局相关部门密切配合，做好穿越过程中的的施工控制，确保铁路运营安全。采取以下措施：