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盾构隧道下穿既有铁路防护的设计与施工
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内容提示：随着城市建设的发展，地铁下穿既有铁路的工程越来越多。为防止盾构在推进过程中，造成既有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，采取在推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配筋的钢纤维硅管片，以及在盾构推进时实行信息化反馈施工并进行信息分析，及时调整井下掘进施工参数，保持盾构开挖面的稳定和管片脱出盾尾时及时采用同步注浆、二次注浆来填充盾尾建筑空隙，
1前言
随着城市建设的发展，地铁下穿既有铁路的工程越来越多。为防止盾构在推进过程中，造成既有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，采取在推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配筋的钢纤维硅管片，以及在盾构推进时实行信息化反馈施工并进行信息分析，及时调整井下掘进施工参数，保持盾构开挖面的稳定和管片脱出盾尾时及时采用同步注浆、二次注浆来填充盾尾建筑空隙，并由铁路部门及时对线路进行养护等措施，以保工程和铁路行车安全。上海轨道交通9号线下穿沪杭铁路进行防护的设计与施工实践证明，以上措施既安全又经济，达到了预期目标。（参考《建筑中文网》）
2地理环境和地质环境
2.1地理环婉
上海轨道交通9号线在DK20 664处下穿沪杭铁路线(铁路里程约DK31 820)，线路呈西东走向，为上、下行线及东出人段线三线。选用Ф6340mm的土压平衡盾构推进。铁路为双线铁路(路基宽约13m)，位于隧道上方，与隧道基本正交(相交角约880 ) 。隧道顶埋置深度约8m。
2.2地质环境
根据详细勘察工程地质报告，平行、立交段的地层情况自上而下为:填土褐黄色粉质粘土、灰色粉砂、灰色粉质粘土、灰色粘土等，其中区间段隧道通过的地层主要为上部灰色粉质粘土，下部灰色粘土。各主要土层参数参见表
表1土层物理力学性质参数表
场地地基土属较弱场地土类型，建筑场地类别为N类;场区抗震设防烈度为七度，设计基本加速度为。.1g，设计地震分组为第一组。通过静力触探试验成果进行液化判断，场地深度20.0m范围内不存在液化层。本场区明洪、明塘发育，且分布有较多的暗浜。
3设计
路基中列车产生动应力沿深度是逐渐衰减的，衰减的程度与土层的物理力学性质以及列车动载大小等许多因素有关，根据实测资料，一般认为动应力的影响深度约4-7m。但是，当基床下部有构筑物时，动应力的传播将发生较大的变化。
再则，隧道的施工必然会引起地面变形，由此引起的线路不平顺将加大轮轨间的冲击力，使路基内动应力加大，从而使隧道结构受到的附加动应力增大;其次，由于5次大提速，沪杭线的列车行驶速度及行车密度均大大提高，目前沪杭铁路日行车约8090对，其中客车约5。对，其余为货车，客车的行车速度为140km/h，货车为70km/h，今后货车将提速至80km/h。车速的大幅提高，同样会加大列车动载作用。
故沪杭线行车与地铁的相互影响应该从地铁施工期以及长期运营两个方面综合考虑。首先，在地铁隧道施工过程中，应同时保证南新线上行驶列车的行车安全以及地铁施工的安全性，而后者又将直接影响列车行车安全;其次，在地铁长期运营期间应能保证其结构变形不至引起南新线的轨道不平顺过大，从而保证列车行车安全。
为减小沪杭线行车与地铁的相互影响，应从两方面着手:一，采取措施以减小列车动荷载对盾构隧道结构的影响，从而从外因上减小盾构管片的变形;二，加强管片的强度和刚度，从内因上提高抵抗变形的能力。
盾构管片结构的配筋量以裂缝宽度满足0.2mm要求控制。由于隧道施工时引起的轨道面不平顺增加，沪杭铁路列车运行在盾构顶产生的动荷载增大，因此在此影响范围内的管片所需的配筋量比正常地段增加。本工程钢筋砼管片在沪杭铁路中心线左右两侧各30m范围内的配筋为受拉钢筋4Ф22和4Ф25，受压钢筋为4Ф20和6Ф12;配筋比原设计的配筋量增加31 %-44 %。
所以，设计采取盾构周围土体加固的措施，以减少沪杭铁路运行传下来的动荷载，并增加土体抗力，以减小管片内力;同时加强隧道管片的配筋，控制其结构变形、保证安全。
4.1铁路线路预加固
根据运营中的铁路对地铁隧道的影响，对该区域进行分块加固，即下穿区域线路两侧设4.2m厚旋喷桩两排，桩间范围内路基注浆加固。施工过程为先实施线路两侧的旋喷桩，其次为A1,A2区域的注浆加固。施工期内，建议客车限速至80km/h-100km/h，货车不限速;具体如下:
其中:A1区为主加固区，注浆加固，要求P>1.0Mpa; A2区为次加固区，注浆加固，要求P=1.0Mpa; Al-A2加固要求逐渐降低，在强度和刚度上形成过渡。B区为旋喷加固区，由四排直径为1.2米的旋喷桩相互咬合形成，桩间咬合量为0.2米，qu > 1.2Mpa，起加固、隔断和控制变形的作用。
沿铁路两侧的旋喷桩加固施工，应控制施工速度，以减小施工对沪杭铁路的影响，旋喷桩施工期必须对铁路进行监护和监测，根据监测结果调整施工参数，并让铁路部门自己对线路进行及时养护。
为了保证铁路的安全，线路下部主加固区的注浆工艺采取以下措施:
①采用分层注浆加固，实施第一层斜孔注浆，注浆孔与地面的夹角为300,并建议采用复合浆液，缩短胶凝时间，以控制注浆压力和扩散范围，减小注浆对基床的影响。注浆时的施工温度不得超过(或低于)无缝线路的锁定轨温±100C。
②第一层斜孔注浆完成后，进行下部深层注浆加固，注浆压力和注浆速度应根据线路变形的监测数据进行调整。注浆引起的隆起量控制在2mm以内。线路外侧的过渡区，应根据地形和地表建筑物情况，进行适当的注浆加固。
4.2盾构推进施工
三条盾构隧道穿越铁路的施工顺序易先施工上、下行线，后出人段。为减少盾构施工对铁路线路和周围环境的影响，在施工中严格控制土仓推力、顶进速度及隧道偏移量，尽可能减少对周围土体的扰动，确保盾构开挖面的稳定，并在管片脱出盾尾时及时采用同步注浆、二次注浆来填充盾尾建筑空隙。对同步注浆的浆液质量、注浆量、注浆压力严格控制。
4.3施工现场监测和信息反馈
盾构下穿既有铁路的过程中必然引起铁路基床的变形，并对线路两侧电力、通信等管线带来影响。故必须加强盾构推进过程中的监控测量，及时向设计、施工方反馈周边环境的动态变化信息，使之能迅速调整、优化施工方法，确保工程和铁路行车安全。
主要监测项目:地表沉降、线路沉降与方向偏移、线路深层土体沉降、隧道内沉降、地下管线、地下水位、管片围岩接触压力和砼应力。
监测结果表明，地基加固对地表及线路的影响为:C区压密注浆对线路影响很小;B区旋喷加固是引起变形的关键因素，地面累计隆起量表现出中间大、而靠加固区两端相对较小的规律。
4.4铁路线路监护
按规定在邻近车站设驻站联络员和在现场设防护员，掌握列车运行时刻，有效利用列车间隔时间组织施工，提醒、监督线路上施工作业人员及时下道让车。
所有施工机具、设备、车辆在任何情况下不得侵人铁路限界。
安排铁路专业人员定时检查线路轨矩、方向、水平、高低等几何状态，出现异常时立即采取相应措施。
4.5施工抢险应急预案
穿越既有铁路，存在一定的施工风险，针对有可能发生的一些突发事件，从管理、技术和组织等方面分析，制定相应的应急预案。
(1)城立以项目经理为首的应急领导小组，组建以专业应急处理突击队。
(2)配备足够的抢险机动设备、材料。
(3)变形达到警戒值危及行车时，立即停止施工，及时与铁路运营部门联系，同时配合铁路养护单位，尽快减缓变形，调整线路设备达到通车条件后，方可放行列车。
5结论
通过上海轨道交通9号线下穿沪杭铁路进行防护的设计与施工实践证明:
(1)采用旋喷桩及压密注浆并用的方法，可以达到控制减少地表沉降的效果。
(2)在列车不同的影响范围内，根据隧道结构裂缝控制要求，设置不同的配筋，既能保证安全，又经济、合理。
(3)在施工过程中，正确贯彻设计意图，合理安排施工步序、强化现场监测和信息反馈是工程安全的保证。
原文网址：http://www.pipcn.com/research/200810/9089.htm
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