天津国际工程建设监理公司 天津 300061
摘要：下穿铁路施工容易对地层造成不同程度的扰动而引起地表沉降、开裂等危害，如何合理选择穿越加固方案，将直接影响隧道施工和铁路结构的安全。针对地铁穿越铁路的研究成果已有很多，其中尤以变形、沉降为主；结合工程经验提出以旋喷桩加固为主的穿越加固措施，取得了良好的效果；通过数值模拟找出盾构穿越和地层变之间的关系，为盾构施工提供了必要参数；根据有砟轨道和无砟轨道施工对比，指出盾构穿越对有砟轨道的影响更严重，需加以重视。本文依托地铁5号线上下重叠盾构隧道分别下穿普速铁路津山线，详细介绍下穿铁路关键施工监理安全管理措施。
关键词：地铁；盾构下穿；铁路；关键技术
引言
总结某地铁站下穿施工的关键技术，建议在盾构穿越过程中要分成盾构进入前、穿越过程中、盾尾脱离后三个阶段进行沉降控制。其中盾构进入前的超前沉降控制一般通过调整盾构参数来实现，施工时日沉降量建议控制在0.2mm以下；穿越过程中的沉降以总沉降量和日沉降量结合控制，总沉降量不应该大于4mm；盾尾通过后的沉降主要为滞后固结沉降，控制方法主要采用二次补浆，期间日沉降量应不大于0.6mm。
1工程背景
1.1工程概况
成林道站至津塘路站区间，为左右线上下重叠设置，全长1349m，区间线路最小平面曲线半径为350m。区间线路出成林道站后，右线以3‰的坡度下坡，4‰、24.579‰的坡度上坡到达津塘路站，左线以11.3‰、3‰的坡度下坡，4.1‰、11.761‰的坡度上坡到达津塘路站，区间结构顶部覆土厚度约5.16～11.2m，两隧道结构净距为2.28～9.17m。盾构从津塘路站始发，成林道站接收。左线盾构隧道洞身穿越土层主要以粉质黏土为主；右线盾构隧道洞身穿越土层主要以粉质粘土、砂质粉土为主。
1.2主要施工参数
本工程采用3台盾构机，其中两台海瑞克（S756/S757）Ф6410mm复合式土压平衡盾构机，盾构机开挖直径6430mm。主机由刀盘、前盾、中盾、盾尾、拼装机及螺旋运输机组成，后配套由连接桥、5个台车、管片吊机和皮带运输机等组成，刀盘开口率为37%。盾构采用通用管片，由封顶块、两块邻接块和三块标准块构成，采用错缝拼装。采用直线环、左转弯楔形环和右转弯楔形环3种形式，转弯环管片楔形量为46.5mm。管片混凝土强度等级C50，抗渗等级P10；钢筋采用HRB400、HPB300型钢筋，上下重叠段管片加强配筋，内外侧主受力筋均采用HRB400Φ28型；重叠段每环管片预留16个注浆孔，随时根据监测及下部隧道的变形情况进行深孔注浆。
1.3穿越铁路情况及影响
下穿津山铁路咽喉区6股道，上下区间结构净距6.62m，上部盾构区间覆土为11.35m；该段区间线路部分位于半径500m曲线上；区间右线穿越部分粉土层、粉砂层。下穿津秦客专、京津城际延伸线共4条轨道，上下区间结构净距6.62m，上部盾构区间覆土为10.03m；高铁下方预留通道，有盖板，设置防护桩，区间结构与盖板下工程桩最小水平净距约1.68m。
盾构穿越铁路范围内影响的设备包括：总计10股道，4根接触网杆（离区间边缘线最近8.6m）、2根双柱钢接触网杆（离区间边缘线最近14.5m）、3组道岔（下穿）、2组
2盾构下穿铁路关键施工措施
2.1穿越施工总体规划
结合前人研究成果，在盾构穿越津山铁路、津秦客专线及京津城际延伸线时，将盾构穿越铁路施工分为刀盘进铁路范围前5天、穿越期间、盾构脱离轨道下方5天内、盾构脱离影响区后10天等4个施工阶段进行重点控制。从 盾构施工引起地面沉降的规律出发，将通过合理设定盾构掘进参数，做好施工各项保障措施，对施工重点环节进行严格控制，保证盾构施工不影响铁路列车行车安全。施工中严格遵循“技术领先、设备先进、施工科学、组织合理、措施得力、突出重点、预案在先、规避风险、安全通过”的原则。
2.2刀盘进入铁路范围前控制措施
根据盾构施工引起地表沉降顺序，在盾构刀盘进入铁路范围之前，铁路范围内土体可能已经因扰动而出现超前沉降，所以在刀盘进入铁路范围内5天之前需要调整盾构机掘进参数，以控制超前沉降。通过控制盾构机土仓内平衡压力将前期沉降控制在1mm以内，日沉降量控制标准为0.2mm/d。
2.3穿越期间的沉降控制
盾构穿越阶段是指盾构刀盘推进至铁路股道正下方直到盾尾脱离铁路正下方阶段，这期间是控制沉降的最关键阶段。
该阶段沉降控制在4mm以内，沉降控制标准为0.8mm/d（高速铁路控制标准为0.6mm/d）。主要利用同步注浆及二次补浆进行控制，确保盾构和周围土体的建筑间隙填充密实、饱满。
2.4盾构脱离轨道下方后
盾构通过后，扰动土体并未完全恢复初始平衡状态，随着扰动的结束，土体固结沉降开始随后发生，所以扰动土体的固结沉降控制是盾尾脱离轨道下方后沉降控制的关键，该阶段沉降主要通过二次补浆进行控制。沉降控制在7mm（高速铁路控制在5mm）以内，日沉降控制目标为0.6mm/d。
2.5盾尾脱离铁路影响区后10天
本阶段地层沉降占最终累计沉降的比重较小，但也作为控制地面沉降的重点阶段。本阶段沉降控制在8mm（高速铁路控制在7mm）以内，日沉降量控制目标为0.1mm/d。
2.6盾构掘进参数和掘进姿态控制
盾构施工时纵向地层不均匀性强，变化大。施工掘进参数控制困难，盾构掘进到铁路之前已经掘进了一段距离，对地层参数、掘进控制条件等有一定程度的了解，在通过铁路时，主要在原有条件基础上控制掘进速度，根据实际情况把掘进速度控制在正常地段的1/2左右。盾构掘进姿态的控制主要是掘进方向和及时纠偏。本项目采用SLS-TAPD导向系统进行盾构方向控制，人工每两天进行一次辅助测量，避免因机械故障、人为失误等造成掘进方向误差。在穿越时采用分区操作推进油缸控制掘进方向：在上坡段掘进时，适当加大盾构机下部油缸的推力和速度；在下坡段掘进时，则适当加大上部油缸的推力和速度；在左转弯曲线段掘进时，则适当加大右侧油缸推力和速度；在右转弯曲线掘进时，则适当加大左侧油缸的推力和速度；在直线平坡段掘进时，则应尽量使所有油缸的推力和速度保同步注浆和二次注浆是盾构控制地表沉降和地层变形的关键措施，在穿越铁路时这两个措施对保证铁路运营安全尤为重要。根据地层条件和论证结果，穿越铁路时同步注浆采用水泥砂浆，配合比为水泥：粉煤灰：膨润土：砂：水等于120：600：195：200：600；土压力+0.1～0.2MPa；注浆
量为4.68～6.24m3；注浆速度与掘进速度匹配；浆液凝结时间为3～10h。同步注浆的结束标准以注浆量、注浆压力双重控制为准，建议以注浆量为主，注浆压力为检验手段。二次注浆可以有效补充同步注浆不足，提高地层整体性。本项目二次注浆采用双液浆或超细水泥浆，注浆采用1台双液注浆泵、浆液拌合筒及其配套线路组成；注浆压力为0.4～1.2MPa；在管片脱出盾尾5环后进行，同一环管片严格按“先拱顶后两腰，两腰对称”的方法注入。二次注浆之后根据后期地表及洞内监测情况，对重要部位和危险性较大的部位及局部二次注浆效果不理想部位进行补充注浆。补充注浆之前，根据实际情况并结合试验选择浆液类型，确保补充注浆效果安全可靠。
2.7铁路轨道加固
下穿津山铁路主要采用扣轨法进行加固，加固具体措施如下：把加固区的混凝土枕木抽掉，按照设计好的长度和间距替换为普通的枕木，为保证安全，需要在钢轨处安装绝缘垫板。采用P50钢轨进行扣轨加固，加固范围为50m，两侧各超出盾构影响长度5m。扣轨横梁采用I45C钢横梁，插入时接头错开不少于2m，施工过程中应保证水平穿入横向工字钢之后，铁路规定标高不发生变化。穿入的横梁要与铁路线垂直，先穿入中间横梁，后穿入两侧横梁。横梁穿入完成后，顺铁路方向穿入纵梁。在铁路线两侧采用2根I65C钢并列成一个，距离轨道中心线4.5m进行安装，工字钢之间的接头采用夹板焊接，同时必须保证接头之间相互错开2m以上。安装好的枕木、纵横梁等采用U型螺栓进行连接，并在螺栓下设置绝缘垫，保证连接牢固并做到安全绝缘。
3结论
盾构穿越铁路施工风险高、难度大，对施工措施及工艺进行总结，得到以下几点结论：
在盾构刀盘进入铁路范围内5d前需要调整盾构参数，以便控制超前沉降，掘进时沉降量不能超过0.2mm/d。盾构穿越铁路期间是控制沉降的关键阶段，这个时期主要通过同步注浆、二次注浆和扣轨加固的方式控制沉降，穿越时期的总沉降量应控制在4mm以内。盾尾通过后的沉降以固结为主，该阶段沉降量主要通过二次补浆控制，日沉降量宜控制在0.6mm以内。盾构姿态控制及渣土改良都是保证沉降控制及安全掘进的关键，因此在施工过程中要根据反馈信息及时调整掘进参数及注浆参数，只有这样才能更好的保证施工安全和质量。
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