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1 工程概況

1.1 設(shè)計概況

福州地鐵5號線出場線長1561.062m，入場線長1571.748m，全線長3132.81m，線間距為9～33m，最小轉(zhuǎn)彎半徑為300m，縱斷面為“人”字坡及“V”字坡組合形式，最大坡度為25‰，出入場線連續(xù)下穿國鐵峰福鐵路、昌福高鐵和外福疏解線。

1.2 隧道與鐵路交叉段情況

隧道洞頂距離峰福鐵路路基基礎(chǔ)底豎向凈距為11.7m，距離軌面豎向凈距為20m，下穿國鐵昌福高鐵閩江特大橋、外福疏解線特大橋。

1.3 下穿鐵路段隧道的工程地質(zhì)與水文地質(zhì)

（1）工程地質(zhì)情況。下穿鐵路段隧道的區(qū)域地質(zhì)自上而下為雜填土（1-2）、填塊石（1-5）、粉質(zhì)黏土（2-1）、淤泥（2-4-1）、粉質(zhì)黏土（3-1-1）、殘積砂質(zhì)黏性土（6-2）、強風化閃長巖（砂土狀）（7-4-1）。（2）水文地質(zhì)情況。下穿鐵路區(qū)域場地地下水近3～5年變化幅度約為3m，最高地下水位高程為8.5m，歷年地下水最高水位高程為11.14m。

2 盾構(gòu)下穿鐵路風險

2.1 既有線保護要求高

此次下穿營業(yè)鐵路線施工必須保證盾構(gòu)下穿期間上部鐵路的正常運營。線路沉降及方向偏移以軌道豎向及水平位移≤8mm為控制指標。

2.2 穿越期間土體擾動造成沉降

盾構(gòu)掘進過程中的土體擾動會產(chǎn)生地表沉降，穿越營業(yè)線期間一旦沉降超過限值，將影響既有營業(yè)線的正常、安全運營，造成惡劣的社會影響。

3 下穿施工前的主要工作

施工進場后，相關(guān)人員及時進行了地質(zhì)補勘，并根據(jù)工程、水文地質(zhì)特性，開展盾構(gòu)及配套設(shè)備選型。施工單位提前與鐵路局相關(guān)部門溝通，對鐵路路基進行了加固，下穿施工安排在鐵路運輸量小的時間段，減小了施工對運營的影響。

3.1 補充地質(zhì)勘探

施工單位施工前委托專業(yè)勘測院對詳勘時孔距過大、軟硬不均、斷面揭示不完整的地段進行了地質(zhì)補勘。補勘地勘孔布置在隧道兩側(cè)，孔間距為11m。

3.2 盾構(gòu)設(shè)備選型

施工時采用復(fù)合式土壓平衡盾構(gòu)掘進，盾構(gòu)刀盤直徑為φ6470mm，采用6輻條+6面板的結(jié)構(gòu)形式，刀盤前面板表面堆焊6+6復(fù)合鋼板；外圈大圓環(huán)焊接一整圈耐磨合金環(huán)、上面兩圈各焊接8把大圓環(huán)保護刀。

刀盤開口率為40%，設(shè)4個泡沫口、2個膨潤土口，設(shè)置4個主動攪拌臂；刀盤上共設(shè)置中心雙聯(lián)滾刀8把、單刃滾刀35把、刮刀42把、邊刮刀12把、超挖刀1把。螺機采用內(nèi)徑φ800mm的軸式螺旋機，最大通過粒徑為300mm。

盾構(gòu)總推力為39910kN，額定扭矩為6650kN·m，脫困扭矩為8100kN·m，刀盤轉(zhuǎn)速為0～3.35r/min，掘進速度為60mm/min。

配置8m3的砂漿儲漿罐，采用2臺施維英活塞注漿泵，流量為2×12m3/h。

3.3 穿越前的準備措施

（1）加固。峰福鐵路路基采用注漿+D型鋼便梁加固設(shè)計，由路基坡腳外側(cè)斜向采用袖閥管劈裂注漿加固。昌福高鐵及外福疏解線橋下采用D800鋼管樁隔離+袖閥管注漿加固。（2）設(shè)備準備。盾構(gòu)在出上軟下硬地層前進行開倉換刀，檢查設(shè)備，確保盾構(gòu)一次性順利通過，避免下穿過程中停機。在刀盤到達鐵路影響范圍前，進行盾構(gòu)整體全面檢查。（3）下穿前的試掘進。提前進行長度為12m的試驗段掘進，根據(jù)地表沉降數(shù)值和出渣情況選擇下穿鐵路時的掘進參數(shù)，采取徑向注膨潤土、克泥效漿液的方式減小掘進過程中的沉降，掘進通過后及時進行二次注漿。

4 下穿施工主要采取的技術(shù)措施

4.1 掘進參數(shù)選擇

（1）土壓力控制。穿越峰福鐵路段土倉壓力為175～185kPa，下穿昌福高鐵/外福疏解線土倉壓力控制在150～160kPa。（2）掘進速度控制。盾構(gòu)推力控制在1100t，刀盤轉(zhuǎn)速為1.3r/min，為確保同步注漿及克泥效漿液注入效果，推進速度控制在30mm/min。（3）出渣量控制。每環(huán)出渣量控制在43.8m3。根據(jù)掘進過程中土壓的變化及地面沉降情況，及時對出渣量進行微調(diào)。（4）同步注漿控制。每環(huán)同步注漿量為6m3，注漿壓力控制在0.25～0.30MPa。（5）渣土改良措施。①在砂土狀強風化閃長巖地層掘進時選擇膨潤土和高分子聚合物作為渣土改良劑。膨潤土泥漿采用膨潤土∶水（體積比）=1∶9的配比拌制，每環(huán)注入膨化12h后的6～7m3膨潤土泥漿。聚合物溶液采用高分子聚合物∶水（質(zhì)量比）=4∶1000的配比配置，每環(huán)注入3～4m3高分子聚合物溶液。②在粉質(zhì)黏土、殘積性黏土、淤泥地層采用泡沫劑作為渣土改良劑，泡沫溶液采用泡沫原液∶水（質(zhì)量比）=2∶100的配比配置，按照泡沫溶液∶渣土（質(zhì)量比）=1∶40～1∶30的配比加入泡沫溶液進行渣土改良。

4.2 姿態(tài)控制與管片選型

（1）姿態(tài)控制。施工人員要及時調(diào)節(jié)推進油缸，控制盾構(gòu)掘進姿態(tài)和鉸接油缸的伸縮，確保盾尾間隙均勻。（2）管片選型。管片按埋深分為P1、P2、P3三類管片（淺埋、中埋、深埋環(huán)），該工程中管片選用P3深埋增加預(yù)埋注漿孔襯砌環(huán)。管片選型控制盾尾間隙偏差（相對理論間隙）在15mm以下，注意管片拼裝的橢圓度，防止尾刷與管片碰撞導致盾尾密封與鉸接密封損壞以及管片變形。

4.3 同步注漿及二次注漿

同步注漿根據(jù)不同的地質(zhì)條件及控制標準確定各個注漿管的注漿壓力與注漿量。管片脫出盾尾5環(huán)后及時進行二次注漿，通過管片預(yù)留注漿孔對隧道洞內(nèi)進行全斷面注漿加固處理，加固圈厚度為2m。

4.4 輔助施工措施

（1）盾體外側(cè)徑向注漿。掘進過程中將克泥效水溶液材料（常用濃度為400～500kg/m3）與塑強調(diào)整劑（水玻璃40be）兩種液體以體積比10∶1～20∶1的比例混合，注入開挖面與盾體之間的間隙中，注入率為130%，壓力控制在0.2～0.3MPa。（2）營業(yè)線路線行車限速。在盾構(gòu)施工通過鐵路隧道前后30m影響范圍內(nèi)進行鐵路路線限速。

5 施工監(jiān)測技術(shù)

5.1 監(jiān)測方法及精度

施工單位采用多功能3D全站儀自動監(jiān)測+人工監(jiān)測方式及時監(jiān)測地表沉降、軌道變形、橋梁墩臺沉降、其他設(shè)施設(shè)備變形等。沉降觀測測量精度為±0.1mm，水平位移觀測測量精度為±1.0mm。

5.2 監(jiān)測控制值

施工監(jiān)控量測管理基準值如表1所示。

表1 監(jiān)控量測管理基準值表

6 施工效果

（1）既有線路變形工況模擬分析情況。通過數(shù)值模擬計算峰福鐵路路基最大沉降為6.21mm。（2）既有線路變形監(jiān)測情況。峰福鐵路路基豎向最大位移為-1.7mm，軌道豎向最大位移為0.3mm。

7 結(jié)論

通過盾構(gòu)下穿既有鐵路線路施工，總結(jié)出以下幾點結(jié)論：（1）在穿越鐵路線盾構(gòu)掘進期間，沉降主要發(fā)生在刀盤、盾體通過路基以及盾尾通過路基后，其中盾尾通過路基后的累計沉降大約占整個變形的60%。（2）加強碴土改良、保持合理土倉壓力、進行充分的同步注漿是盾構(gòu)順利穿越鐵路的基本手段。計算土壓力時，將路基荷載簡化為以45°向外均布傳遞的模型可滿足土壓力設(shè)定及路基荷載影響范圍的要求。（3）在盾殼外部注入漿液可以減少盾構(gòu)穿越過程中的地層沉降，選擇速凝、結(jié)實率高的漿液并保持飽滿的同步注漿數(shù)量是控制后期沉降的主要手段。（4）采用自動化監(jiān)控量測能及時進行信息反饋，有利于盾構(gòu)施工的沉降控制。