摘要 為提升不良地質(zhì)環(huán)境中盾構(gòu)下穿既有鐵路的施工質(zhì)量，文章以某鐵路工程為例，介紹了盾構(gòu)施工工藝，并以此為基礎(chǔ)，通過某工程施工現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)測(cè)，評(píng)估了盾構(gòu)施工對(duì)既有鐵路的影響。監(jiān)測(cè)結(jié)果可知，地表位移小于?4.46 mm（單線）與?8.32 mm（雙線）；路基沉降小于?4.48 mm（單線）與?9.06 mm（雙線）；軌道位移小于?2.79 mm（單線）與?3.92 mm（雙線），表明盾構(gòu)施工對(duì)既有鐵路的影響較小，可保證既有鐵路的正常使用。

關(guān)鍵詞 不良地質(zhì)；盾構(gòu)技術(shù)；既有鐵路

中圖分類號(hào) U455 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2024）17-0062-03

0 引言

隨著中國鐵路建設(shè)的飛速發(fā)展，鐵路工程項(xiàng)目的規(guī)模與數(shù)量均不斷增加，為國民出行提供了諸多便利。在此過程中，鐵路工程施工面臨的環(huán)境也愈加復(fù)雜，例如部分鐵路在工程建設(shè)環(huán)節(jié)會(huì)遇到下穿既有鐵路的情況，在這種不良地質(zhì)環(huán)境中如何選用盾構(gòu)技術(shù)，成為保證鐵路工程質(zhì)量的關(guān)鍵。因此，針對(duì)不良地質(zhì)環(huán)境中盾構(gòu)技術(shù)對(duì)既有鐵路的綜合影響展開分析，科學(xué)選擇盾構(gòu)施工方案，將不良影響控制到最低，對(duì)鐵路工程正常開展具有重要意義。

1 工程概況

研究以某鐵路工程為例，著重分析不良地質(zhì)環(huán)境中盾構(gòu)技術(shù)對(duì)既有鐵路的影響。該工程呈東西走向，施工過程中下穿西北—東南走向的既有鐵路，案例工程與既有鐵路的方向夾角為43°。盾構(gòu)下穿區(qū)間與鐵路左右側(cè)線路之間的距離為10.5 m，下穿隧道與原路基的豎向距離為24 m。通過對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件的勘察可以發(fā)現(xiàn)，該區(qū)段穿越土層為<3-1-2>硬塑狀黏土，富水性較低，透水性較低，因而通過各種施工方法的綜合對(duì)比后，選擇盾構(gòu)施工技術(shù)。

2 盾構(gòu)施工工藝流程

根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件的勘察結(jié)果，結(jié)合相關(guān)規(guī)定要求，施工單位制定出下穿既有鐵路的盾構(gòu)施工工藝，具體如下：

2.1 路基加固

為確保后續(xù)施工作業(yè)的順利進(jìn)行，需先對(duì)路基進(jìn)行加固。在路基加固施工過程中，采用袖閥管注漿技術(shù)，根據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件，預(yù)埋直徑適當(dāng)?shù)男溟y管，通過袖閥管向路基土層注漿，以達(dá)到土層加固的目的。加固寬度為隧道外4.0 m，漿液水灰比控制在0.6～1.0范圍內(nèi)，初始階段注漿壓力控制在0.3～1.0 MPa范圍內(nèi)；注漿穩(wěn)定后的壓力控制在1.0～2.0 MPa范圍內(nèi)；加固體強(qiáng)度應(yīng)高于0.6 MPa。同時(shí)，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)施工現(xiàn)場(chǎng)的具體情況，并根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果實(shí)時(shí)調(diào)整加固注漿壓力參數(shù)[1]。

2.2 線路加固

由于盾構(gòu)區(qū)間位于既有鐵路下方，盾構(gòu)施工很容易對(duì)鐵路產(chǎn)生一定影響。因而為降低盾構(gòu)施工對(duì)鐵路的影響，還應(yīng)對(duì)既有鐵路進(jìn)行加固處理。盾構(gòu)施工前對(duì)既有鐵路進(jìn)行檢查，判斷鐵路線路的軌道材料是否為P43鋼，確保鐵路軌道材料符合施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，確認(rèn)無任何問題后，方可開通鐵路線路。鐵路列車通過后，還應(yīng)安排專人對(duì)加固區(qū)段進(jìn)行檢查，判斷鐵路是否出現(xiàn)松動(dòng)等問題，及時(shí)發(fā)現(xiàn)列車運(yùn)行時(shí)軌道出現(xiàn)的變形問題，并采取有效方式予以處理，以提升列車行駛的安全性[2]。

2.3 盾構(gòu)施工

完成路基與線路的加固處理后，可正式開展盾構(gòu)施工，施工流程如圖1所示：

（1）前期準(zhǔn)備。對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量，確定盾構(gòu)施工待穿越的地表中心線，并通過紅線作出標(biāo)記，同時(shí)根據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)具體情況，在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置適當(dāng)數(shù)量的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，用于后續(xù)施工時(shí)對(duì)既有鐵路沉降狀況的監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)沉降問題，并采取相應(yīng)方式予以處理。

（2）隧道管片調(diào)整。由于既有鐵路會(huì)對(duì)盾構(gòu)隧道頂部構(gòu)成荷載壓力，對(duì)施工構(gòu)成一定干擾，因此在盾構(gòu)施工中，應(yīng)根據(jù)管片內(nèi)的抗裂性檢測(cè)結(jié)果，制定合理的配筋方案，并布置適當(dāng)?shù)淖{孔。

（3）監(jiān)控測(cè)量。實(shí)時(shí)對(duì)盾構(gòu)隧道兩側(cè)40 m范圍內(nèi)的地表進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括地表沉降量、既有構(gòu)筑物沉降量、管線變形位移與鐵路線路幾何尺寸等。

（4）盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)。利用盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行盾構(gòu)施工，盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)速度控制在20～30 mm/min范圍內(nèi)，且應(yīng)勻速推進(jìn)，避免盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)對(duì)既有鐵路造成干擾。

（5）同步注漿。在盾構(gòu)隧道內(nèi)安裝管片，并同時(shí)開展注漿施工，過程中應(yīng)將注漿壓力控制在160～178 kPa。尤其是當(dāng)盾構(gòu)施工處于不良地質(zhì)段時(shí)，更應(yīng)時(shí)刻關(guān)注同步注漿的壓力數(shù)值，應(yīng)委派專門人員進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

（6）二次注漿。按照低壓、多孔、多次、少量與均勻性的原則開展二次注漿施工，二次注漿時(shí)的注漿壓力控制在192～250 kPa范圍內(nèi)。在二次注漿環(huán)節(jié)，也應(yīng)對(duì)注漿壓力進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而保證盾構(gòu)施工的整體質(zhì)量。

（7）管片組裝。以6塊預(yù)制鋼筋管片為一組進(jìn)行組裝，以得到寬度為1.2 m的管片支護(hù)，用于支撐隧道土層與地下水，以加強(qiáng)對(duì)盾構(gòu)隧道的保護(hù)。根據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件，應(yīng)將管片支護(hù)應(yīng)力控制在222～277 kPa范圍內(nèi)。

（8）掘進(jìn)參數(shù)優(yōu)化。通過對(duì)施工情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)千斤頂推進(jìn)速度、刀盤轉(zhuǎn)速與排土量，以提升整個(gè)盾構(gòu)施工的質(zhì)量與效率。

3 盾構(gòu)施工技術(shù)對(duì)既有鐵路的影響分析

3.1 監(jiān)測(cè)范圍與內(nèi)容

為準(zhǔn)確了解盾構(gòu)施工對(duì)既有鐵路的影響，需實(shí)時(shí)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)范圍與內(nèi)容主要包括：

（1）地表沉降量。在既有鐵路最外側(cè)90 m范圍內(nèi)，以15 m為間隔分別設(shè)置1個(gè)監(jiān)測(cè)面，共計(jì)12個(gè)監(jiān)測(cè)面，在各監(jiān)測(cè)面內(nèi)分別布置13個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，相鄰兩測(cè)點(diǎn)距離在5～15 m范圍內(nèi)，共計(jì)156個(gè)地表沉降量監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

（2）軌道幾何變形。以15 m為間隔，將軌道劃分成13個(gè)監(jiān)測(cè)面，在各監(jiān)測(cè)面內(nèi)分別布置8個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，相鄰兩測(cè)點(diǎn)距離在5～15 m范圍內(nèi)，總計(jì)104個(gè)軌道幾何監(jiān)測(cè)點(diǎn)且均位于軌道上。

（3）鐵路路基監(jiān)測(cè)。以13 m為間隔，將既有鐵路路基劃分成13個(gè)監(jiān)測(cè)面，在各斷面內(nèi)分別布置5個(gè)測(cè)點(diǎn)，相鄰兩測(cè)點(diǎn)的間距在5～15 m范圍內(nèi)，總計(jì)65個(gè)路基測(cè)點(diǎn)。在監(jiān)測(cè)過程中應(yīng)建立聯(lián)動(dòng)監(jiān)控機(jī)制，實(shí)時(shí)收集變化數(shù)據(jù)，及時(shí)傳達(dá)有效消息，正確處理緊急情況[3]。

地鐵盾構(gòu)施工所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置情況如表1所示：

3.2 監(jiān)測(cè)周期

根據(jù)相關(guān)規(guī)定要求，結(jié)合案例工程盾構(gòu)段具體情況，應(yīng)設(shè)置合理的監(jiān)測(cè)周期，如表2所示。同樣，主要圍繞路基、軌道以及地表等三方面展開，將監(jiān)測(cè)位置設(shè)在盾構(gòu)施工挖掘面的臨近股道、挖掘面的通過股道以及鐵路股道的正下方，根據(jù)盾構(gòu)挖掘面與鐵路最外側(cè)的距離，提出相應(yīng)的監(jiān)測(cè)頻率方案。

3.3 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

3.3.1 地表橫向位移分析

根據(jù)研究提出的監(jiān)測(cè)方案，對(duì)案例工程盾構(gòu)施工段進(jìn)行監(jiān)測(cè)，最終得到地表橫向位移的分析結(jié)果，具體如表3所示。在監(jiān)測(cè)面中任取6個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，具體為DB1～DB6，獲取地表監(jiān)測(cè)面的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。由表3可知，越靠近軸線，地表出現(xiàn)的橫向位移越低，而與軸線距離越遠(yuǎn)，則地表橫向位移越大，且軸向兩側(cè)的地表橫向位移基本呈對(duì)稱分布。施工結(jié)束后，軸線處的沉降量在?4.46～?4.24 mm范圍內(nèi)，DB3的沉降量最大（?4.46 mm），DB4的沉降量最小（?4.24 mm），但差異并不大。同時(shí)，通過Midas GTS NX軟件模擬分析與Peck理論分析后可知，案例工程周邊地表橫向位移的變化趨勢(shì)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果基本相同，峰值位于軸線處，模擬分析結(jié)果為?3.96 mm，Peck理論分析結(jié)果為?3.77 mm，與實(shí)測(cè)結(jié)果的差異較小。

當(dāng)雙線施工結(jié)束后，軸線處的沉降量在?8.05～?8.32 mm范圍內(nèi)，DB4的沉降量最大（?8.32 mm），DB2的沉降量最?。?8.05 mm），但差異并不大。同時(shí)，通過Midas GTS NX軟件模擬分析與Peck理論分析后可知，案例工程周邊地表橫向位移的變化趨勢(shì)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果基本相同，峰值位于軸線處，模擬分析結(jié)果為?7.54 mm，Peck理論分析結(jié)果為?7.15 mm，與實(shí)測(cè)結(jié)果的差異較小。

由此表明，盾構(gòu)施工對(duì)既有鐵路周邊地表的影響較小，出現(xiàn)的沉降量較小（≤±10 mm）且在規(guī)定范圍內(nèi)，能夠保證既有鐵路的后續(xù)安全使用。

3.3.2 路基位移分析

同樣，根據(jù)研究提出的監(jiān)測(cè)方案，對(duì)案例工程盾構(gòu)施工段進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可得到路基位移的分析結(jié)果。根據(jù)分析結(jié)果可知，不論是單線施工結(jié)束還是雙線施工結(jié)束后，越靠近軸線，路基的位移量越小，而與軸線距離越遠(yuǎn)，則路基位移越大，且軸向兩側(cè)路基位移基本呈對(duì)稱分布。其中，單線施工結(jié)束后，軸線處的沉降量在?4.48～?4.16 mm范圍內(nèi)，L5的沉降量最大（?4.48 mm），L2的沉降量最?。?4.16 mm），但差異并不大。同時(shí)，通過Midas GTS NX軟件模擬分析可知，案例工程路基位移的變化趨勢(shì)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果基本相同，峰值位于軸線處，模擬分析結(jié)果為?3.95 mm，與實(shí)測(cè)結(jié)果的差異較小。

雙線施工結(jié)束后，軸線處的沉降量在?9.04～?7.92 mm范圍內(nèi)，L5的沉降量最大（?9.04 mm），L2的沉降量最?。?7.92 mm），差異較大。同時(shí)，通過Midas GTS NX軟件模擬分析可知，案例工程路基位移的變化趨勢(shì)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果基本相同，峰值位于軸線處，模擬分析結(jié)果為?7.87 mm，與實(shí)測(cè)結(jié)果的差異較小。

由此表明，盾構(gòu)施工對(duì)既有鐵路周邊路基的影響較小，出現(xiàn)的沉降量較?。ā堋?5 mm）且在規(guī)定范圍內(nèi)，能夠保證既有鐵路的后續(xù)安全使用。

3.3.3 鋼軌位移分析

根據(jù)研究提出的監(jiān)測(cè)方案，對(duì)案例工程盾構(gòu)施工段進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可得到鋼軌位移的分析結(jié)果。由監(jiān)測(cè)結(jié)果可知，鋼軌位移分布情況與地表、路基基本相同。其中，單線施工結(jié)束后，軸線處的沉降量在?2.88～?2.79 mm范圍內(nèi)，G4的沉降量最大（?2.88 mm），G2的沉降量最?。?2.79 m），但差異并不大。同時(shí)，通過Midas GTS NX軟件模擬分析可知，鋼軌位移的變化趨勢(shì)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果基本相同，峰值位于軸線處，模擬分析結(jié)果為?3.95 mm，與實(shí)測(cè)結(jié)果的差異較小。

雙線施工結(jié)束后，軸線處的沉降量在?3.92～?3.45 mm范圍內(nèi)，G2的沉降量最大（?3.92 mm），G4的沉降量最?。?3.45 mm），差異較小。同時(shí)，通過Midas GTS NX軟件模擬分析可知，路基位移的變化趨勢(shì)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果基本相同，峰值位于軸線處，模擬分析結(jié)果為?4.13 mm，與實(shí)測(cè)結(jié)果的差異較小，說明預(yù)期方案推導(dǎo)計(jì)算的準(zhǔn)確性較高。

由此表明，盾構(gòu)施工對(duì)既有鐵路鋼軌位移的影響較小，出現(xiàn)的沉降量較?。ā堋?5 mm）且在規(guī)定范圍內(nèi)，能夠保證既有鐵路的后續(xù)安全使用。此外，應(yīng)針對(duì)區(qū)間盾構(gòu)隧道下穿施工段的各種潛在風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行歸納總結(jié)，采取多項(xiàng)有效措施與方法，才能科學(xué)控制路基的沉降量，發(fā)揮現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的作用與價(jià)值[4]。

4 結(jié)束語

綜上所述，不良地質(zhì)條件下的既有鐵路下穿施工過程中，盾構(gòu)施工技術(shù)具有良好的應(yīng)用效果。該文結(jié)合具體工程案例，發(fā)現(xiàn)采取對(duì)路基、鐵路線路的加固及管片支護(hù)構(gòu)建的方式，可顯著提升鐵路周圍土體結(jié)構(gòu)、路基及軌道線路的穩(wěn)定性，研究成果如下：采用研究提出的盾構(gòu)施工方案，地表位移小于?4.46 mm（單線）與?8.32 mm（雙線）；路基沉降小于?4.48 mm（單線）與?9.06 mm（雙線）；軌道位移小于?2.79 mm（單線）與?3.92 mm（雙線），證明盾構(gòu)施工對(duì)既有鐵路的影響較小，可保證既有鐵路的正常使用，驗(yàn)證了盾構(gòu)施工技術(shù)的應(yīng)用效果。

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