常凌飛

（遼寧省水資源管理集團(tuán)有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽(yáng) 110003）

1 工程概況

遼寧省重點(diǎn)輸水供水二期工程新民市供水線(xiàn)路，供水管線(xiàn)在遼寧省新民市境內(nèi)與沈山下行線(xiàn)相交于K70+014處，交角為90°。新建穿越鐵路供水管線(xiàn)防護(hù)涵孔徑為1～2.0 m，涵管采用鐵路頂進(jìn)加強(qiáng)型鋼筋混凝土圓管，接口形式為鋼承口，管節(jié)級(jí)別為T(mén)J12，預(yù)控頂力為7640 kN，防護(hù)涵共23節(jié)圓管，內(nèi)徑2.0 m，壁厚0.2 m，每節(jié)長(zhǎng)2.5 m，全長(zhǎng)57.5 m。

防護(hù)涵與沈山下行線(xiàn)相交處鐵路里成為K70+014，涵位處沈山鐵路為雙線(xiàn)，線(xiàn)間距為4.2 m，曲線(xiàn)，沈山上行線(xiàn)R=5 000，沈山下行線(xiàn) R=6 000。60 kg/m無(wú)縫線(xiàn)路，Ⅱ型混凝土軌枕，電氣化鐵路。

2 關(guān)鍵盾構(gòu)施工技術(shù)

工程采用TP2000頂管機(jī)，TP2000頂管機(jī)由頂管機(jī)及主推裝置兩大部分組成。

2.1 主要施工參數(shù)確定

1）掘進(jìn)模式選擇

根據(jù)鐵路區(qū)域的工程地質(zhì)條件，采用土壓平衡模式進(jìn)行掘進(jìn)。

2）土壓力設(shè)定

在穿越鐵路過(guò)程中，始終保證土倉(cāng)壓力與作業(yè)面水土壓力的動(dòng)態(tài)平衡，土倉(cāng)壓力根據(jù)覆土性質(zhì)、厚度確定，并結(jié)合出土量、地表沉降情況適時(shí)調(diào)整，以刀盤(pán)前方不產(chǎn)生隆起為土倉(cāng)壓力設(shè)定原則。理論計(jì)算公式：

式中：P——平衡壓力；γ——土體的平均重度；h——涵管埋深；K0——土壓力的側(cè)向系數(shù)，視覆土性質(zhì)和厚度而定，一般在0.5～0.7之間；K——修正系數(shù)1.1～1.3。

盾構(gòu)在掘進(jìn)過(guò)程中據(jù)此取得平衡壓力的設(shè)定值，在工程實(shí)施過(guò)程中，根據(jù)實(shí)際情況并同出土量進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，土壓力設(shè)定值可作適當(dāng)調(diào)整。

土壓力設(shè)定為 0.12～0.24 MPa，結(jié)合地質(zhì)條件，下穿期間，土壓力設(shè)定值進(jìn)行逐環(huán)交底，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)的動(dòng)態(tài)調(diào)整。

3）出土量控制

盾構(gòu)下穿鐵路時(shí)嚴(yán)格控制出土量，避免出土量過(guò)大造成地層損失，引起地面塌陷，軌道沉降過(guò)大。盾構(gòu)刀盤(pán)直徑2.0 m，涵管寬度3.0 m，

每環(huán)理論出土量：

式中：D——盾構(gòu)外徑，m；L——管長(zhǎng)度，m。

根據(jù)以往其他區(qū)間下穿鐵路的成功經(jīng)驗(yàn)，粉質(zhì)粘土松散系數(shù)經(jīng)驗(yàn)值1.2，盾構(gòu)出土量應(yīng)該控制在 9.42×1.2=11.304 m3以?xún)?nèi)，實(shí)際施工過(guò)程中，松散系數(shù)應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)求得準(zhǔn)確值，計(jì)算出準(zhǔn)確的出土量?，F(xiàn)場(chǎng)安排值班人員每天對(duì)出土量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，按照出土渣斗體積進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)，在渣斗上標(biāo)記出土量控制線(xiàn)，嚴(yán)禁出土超線(xiàn)，確保不出現(xiàn)超挖現(xiàn)象。

4）掘進(jìn)速度

正常掘進(jìn)速度宜控制在25～40 mm/min，根據(jù)施工具體情況進(jìn)行調(diào)整，確保過(guò)鐵路過(guò)程中盾構(gòu)推進(jìn)勻速穩(wěn)定，避免速度頻繁變化。

5）盾構(gòu)總推力

推進(jìn)時(shí)推力控制在1 160 t以?xún)?nèi)，左線(xiàn)（上線(xiàn)）推進(jìn)時(shí)推力控制在1 160 t以?xún)?nèi)。

6）盾構(gòu)扭矩與刀盤(pán)轉(zhuǎn)速

推進(jìn)時(shí)刀盤(pán)扭矩2 200 kN·m以?xún)?nèi)、刀盤(pán)轉(zhuǎn)速1.5 r/min左右。

2.2 施工參數(shù)控制

嚴(yán)格控制施工參數(shù)，減少對(duì)土體的擾動(dòng)，穩(wěn)定各項(xiàng)施工參數(shù)，保證盾構(gòu)掘進(jìn)的連續(xù)性，盡量減少盾構(gòu)推進(jìn)中的擠壓作用和同步注漿作用等施工因素對(duì)周?chē)馏w的影響。

同步注漿時(shí)必須要做到“掘進(jìn)、注漿同步，不注漿、不掘進(jìn)”，在同步注漿壓力和注漿量方面進(jìn)行雙控，做到適時(shí)、足量，具體注漿參數(shù)還需通過(guò)地面沉降信息反饋來(lái)確定。

控制好盾構(gòu)軸線(xiàn)與盾構(gòu)糾偏幅度，避免軸線(xiàn)控制引起的超挖現(xiàn)象。單環(huán)軸線(xiàn)糾偏幅度控制在+5 mm之內(nèi)，盾構(gòu)機(jī)操作人員嚴(yán)格執(zhí)行指令，謹(jǐn)慎操作，對(duì)初始出現(xiàn)的小偏差及時(shí)糾正，盡量避免盾構(gòu)機(jī)走“蛇”形，減少對(duì)地層的擾動(dòng)，并為涵管拼裝創(chuàng)造良好的條件。

2.3 同步注漿與二次注漿

1）同步注漿

同步注漿直接影響地面沉降控制效果，是地面沉降控制的根本。計(jì)算空隙量為2.74 m3，考慮盾構(gòu)施工地層中以粉土、粉質(zhì)粘土、粉砂為主的滲透系數(shù)較大，取較高系數(shù)，實(shí)際注漿量取值為理論方量的200%～250%，即5.48～6.85 m3/環(huán)，注漿壓力宜控制在0.3～0.4 MPa。注漿量的最終確定要視注漿壓力、涵管穩(wěn)定情況以及地面沉降情況而定，在此地段掘進(jìn)加強(qiáng)地面沉降隆起監(jiān)測(cè)，及時(shí)分析數(shù)據(jù)，調(diào)整盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)參數(shù)和注漿壓力。

根據(jù)盾構(gòu)施工經(jīng)驗(yàn)，同步注漿擬采用下表所示的漿液配比，在施工中，根據(jù)地層條件、地下水情況及周邊環(huán)境等，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)優(yōu)化確定。同步注漿漿液的主要物理力學(xué)性能應(yīng)滿(mǎn)足下列指標(biāo)，見(jiàn)表1。

表1 同步注漿材料配比

膠凝時(shí)間：一般為3～10 h，根據(jù)地層條件和掘進(jìn)速度，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)加入促凝劑及變更配比來(lái)調(diào)整膠凝時(shí)間。

固結(jié)體強(qiáng)度：P1d≥0.2 MPa，P28d≥3 MPa。

漿液結(jié)石率大于95%，即固結(jié)收縮率小于5%。

漿液稠度：10～11 cm，對(duì)每三環(huán)的漿液稠度用稠度檢測(cè)儀進(jìn)行檢測(cè)，保證符合要求。

漿液穩(wěn)定性：傾析率（靜置沉淀后上浮水體積與總體積之比）小于5%。

計(jì)量以人工計(jì)量為主，同步注漿系統(tǒng)為輔的辦法予以控制，安排專(zhuān)人進(jìn)行同步注漿量和漿液拌合質(zhì)量的監(jiān)督工作，并做好計(jì)量記錄備查。

2）二次注漿

根據(jù)地面沉降監(jiān)測(cè)情況，當(dāng)涵管脫出5環(huán)后及時(shí)組織二次注漿，二次注漿是控制地面后期沉降的主要技術(shù)措施，二次注漿通過(guò)二次注漿泵將水泥漿和水玻璃通過(guò)涵管上預(yù)留的注漿孔注入涵管與周?chē)馏w之間，二次注漿采用壓力控制，壓力控制在0.4～0.6 MPa之間，二次注漿根據(jù)監(jiān)測(cè)情況多次進(jìn)行。

下穿既有鐵路時(shí)，當(dāng)日變化量小于1.2 mm時(shí)，沉降地段注漿以單液漿為主。當(dāng)日變化量在1.2～1.4 mm時(shí)，先注入單液漿，后注入雙液漿，以雙液漿為主。當(dāng)日變化量大于1.4 mm時(shí)，立即停止掘進(jìn)，進(jìn)入搶險(xiǎn)階段。

注漿材料采用超細(xì)水泥漿或雙液漿，漿液配比及其相關(guān)參數(shù)指標(biāo)如下：

水泥漿配合比（kg）：膨潤(rùn)土∶粉煤灰∶黃沙∶水∶水泥＝100∶400∶680∶430∶160 。

雙液漿漿液配比：水泥漿水灰比（重量比）：1∶1；注入時(shí)漿液與水玻璃體積比為：水泥漿∶水玻璃=1∶1。漿液凝結(jié)時(shí)間3 min，3 d抗壓強(qiáng)度7.8 MPa，7 d抗壓強(qiáng)度11.2 MPa，28 d抗壓強(qiáng)度13.3 MPa。漿液種類(lèi)及配比可根據(jù)穿越實(shí)際地層及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，見(jiàn)表2。

表2 二次注漿材料及配比表m3

3）補(bǔ)償注漿

根據(jù)地面沉降檢測(cè)反饋，及時(shí)對(duì)沉降明顯地段進(jìn)行補(bǔ)償注漿，補(bǔ)償注漿位置選取在沉降位置附近，由兩側(cè)開(kāi)始向中間補(bǔ)充注入。注漿壓力控制在0.6 MPa之內(nèi)。補(bǔ)償注漿遵循“及時(shí)、少量多次”的原則，以地面沉降檢測(cè)情況為指導(dǎo)，保證持續(xù)對(duì)沉降進(jìn)行控制，注漿壓力逐步提升，先低后高、平穩(wěn)注入。

3 盾構(gòu)姿態(tài)控制

控制好盾構(gòu)推進(jìn)軸線(xiàn)，盾構(gòu)機(jī)前后端和設(shè)計(jì)軸線(xiàn)偏差控制在30 mm以?xún)?nèi)，并嚴(yán)格控制盾構(gòu)姿態(tài)，避免盾構(gòu)機(jī)頻繁或大幅度調(diào)整姿態(tài)。在盾構(gòu)進(jìn)入鐵路范圍前將盾構(gòu)姿態(tài)調(diào)整到最佳狀態(tài)，進(jìn)入施工范圍后嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)軸線(xiàn)推進(jìn)。同時(shí)加強(qiáng)盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)的人工復(fù)核，確保盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)軸線(xiàn)和設(shè)計(jì)軸線(xiàn)的偏差在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)。在鐵路下糾偏坡度控制在±1‰之內(nèi)，平面偏差15 mm內(nèi)，一次糾偏量不超過(guò)5 mm。

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)盾尾間隙每環(huán)進(jìn)行測(cè)量，尤其是要控制不能使一側(cè)的間隙過(guò)小。防止尾刷與涵管碰撞導(dǎo)致盾尾密封、鉸接密封損壞及涵管變形。

1）盾構(gòu)下部管內(nèi)內(nèi)支架加固

臨時(shí)內(nèi)支撐系統(tǒng)采用預(yù)應(yīng)力鋼支架，保護(hù)范圍為在上方盾構(gòu)機(jī)掌子面前方30 m、后方80～90 m范圍內(nèi)，隨著上洞盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)，下洞鋼支架必須提供持續(xù)支撐。鋼支架應(yīng)保證足夠的剛度，避免涵管變形過(guò)大。

2）涵管背后深孔注漿

為了增強(qiáng)涵管間土體的抗壓、抗剪能力，對(duì)上下洞間的所夾土體進(jìn)行注漿加固，施工安全及后期的運(yùn)營(yíng)安全。施做深孔注漿，具體做法為：利用涵管預(yù)留的注漿孔（涵管標(biāo)準(zhǔn)塊、相鄰塊各預(yù)留3個(gè)預(yù)留注漿孔，C塊預(yù)留一個(gè)注漿孔，共16個(gè)注漿孔），內(nèi)插L=1.8 m的注漿管，進(jìn)行背后注漿，以提高土體的強(qiáng)度。

注漿管采用φ32 mm鋼花管，用無(wú)縫鋼管加工制作，長(zhǎng)1.8 m。注漿時(shí)，將注漿管振動(dòng)插入孔內(nèi)至管壁外側(cè)1.5 m處，注漿管深入地層中，通過(guò)注漿管對(duì)上下洞間所夾土體進(jìn)行注漿。

30漿液采用超細(xì)水泥漿液，水泥漿配合比（kg）：膨潤(rùn)土∶粉煤灰∶黃沙∶水∶水泥＝100∶400∶680∶430∶160 。注漿壓力為0.4～1.2 MPa，每孔注漿量不小于1.8 m3，水泥為42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，加固范圍為每環(huán)均進(jìn)行，要求加固后的土體無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于0.4 MPa。

4 結(jié)語(yǔ)

以遼寧省重點(diǎn)輸水二期工程新民市供水線(xiàn)路穿越沈山下行線(xiàn)K70+014為例，針對(duì)盾構(gòu)穿越無(wú)縫雙線(xiàn)線(xiàn)路方法，采用土壓力平衡法穿越既有線(xiàn)路。通過(guò)優(yōu)化盾構(gòu)施工參數(shù)，確保了既有線(xiàn)路安全運(yùn)營(yíng)，減少了施工安全風(fēng)險(xiǎn)，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。為復(fù)雜地質(zhì)條件下穿越既有線(xiàn)的施工提供了參考，具有較好地推廣價(jià)值。