地铁盾构下穿既有铁路施工控制技术探讨

总结这种地层中适当的盾构掘进参数，确保盾构安全通过铁路。

由此可见，施工的重点难点仍然归结于地表沉降的控制。

3 地表沉降预测及分析

3.1 沉降预测

地铁施工引起地层位移与变形的预测方法很多，主要是以经验公式为主，普遍使用的是 Peck 教授在 1969 年国际土力学会议提出的 Peck 公式：

式（1）中，Vs 为地层损失；i 为沉降槽宽度系数；Z 为地面至隧道中心的深度；为土的内摩擦角；Smax 为隧道中心线处最大地面沉降；x 为距隧道中心线的距离；S（x）为距离隧道中心线处的地表沉降 。

根据 Peck 公式（1）预测 2 条隧道影响范围叠加沉降值，单洞顶部施工地表最大沉降量估算值约为31 mm。从预测值看，地表沉降偏大，无法满足运营铁路地表沉降不得大于 20 mm 的要求。另外，从其他临近施工合同段一般盾构段的施工监测看，沉降值从 6 mm到 23 mm 不等，也难以满足运营铁路地表沉降的要求。

3.2 沉降分析及控制

地铁盾构施工引起的变形分为盾构到达前地表变形、盾构到达时地表变形、盾构通过时地表变形、盾构通过后地表变形、后期固结变形等 5 个阶段，各阶段变形特点及原因见表 1。

（1）本标段地下水位位于盾构腰部位置，地下水位下降造成的先期沉降不明显，不属于本案中控制重点。

（2）开挖面前部变形主要因土压力不平衡造成。根据穿越西户线前试验段掘进确定合适的土压力，并在穿越时有效保证土压力平衡，减少压力平衡的波动，可以有效控制开挖面前部变形。不同土仓压力情况下，地表变形分布规律一致，但微小的土仓压力变化可以导致变形的绝对值发生较大的变化，甚至会导致变形量的成倍增长。由此可见，适度地增大土仓压力并保持稳定，对盾构下穿铁路线的变形控制有利，但过度的增大土仓压力会导致地面隆起甚至过大隆起。如何确定一个合理、相对于一般段适度增大的土仓压力，是试验段应该重视的问题。

（3）盾构穿越时沉降和盾尾空隙沉降是沉降总量中占比最大的部分，持续时间长，从监控量测数据统计看，会从距离测点 3 倍洞径施工开始发生，一直持续到越过测点 4 倍洞径距离终止，其数值占到沉降总量的80%～90%，是施工中应该着重控制的重点。有效的渣土量管理可以减少地层损失率，有效减少该部分沉降。另外，采用合理适度的注浆手段对地层损失进行补偿，也可以抵消部分甚至完全消除该部分沉降。但由于岩土施工的波动性以及地层的差异性，并不能准确地预判地层损失率精确值，所以在盾构穿越铁路线时适度地增大注浆量有利于控制沉降，注浆量偏大导致的地层微小隆起变形可以在施工完成后逐渐消除。

（4）后期沉降属于无法避免的沉降，其沉降增长较缓慢，根据以往施工经验，沉降绝对值较小，约占沉降总量的 4%～5%，且沉降会持续到盾构穿越 5～6 倍甚至8～9 倍洞径距离之后。从目前的研究资料和监控量测情况看，沉降跟时间和空间均有关系。

综合以上分析，从施工实践考虑，可以从机械设备本身、铁路轨道加固、盾构施工参数管理、地层注浆调整等 4 个方面来调整技术方案，减少沉降。其中，盾构设备本身需保证盾构总推力大于验算的土压力值，并具有一定的储备。

4 控制技术措施

在盾构穿越铁路的区间范围内，确立“模式正确、土压合理、平稳掘进、保证注浆、避免停机、严密监测、快速反馈”的施工原则，施工中采取以下措施。

（1）试验段掘进施工参数。及时总结、摸索、掌握试验段盾构掘进参数对地层的影响，为盾构通过铁路时积累经验，确定合理的盾构掘进参数。

（2）严格控制掘进速度。盾构穿越铁路前，按一般区间盾构施工掘进速度的 1/3～1/2 掘进，并严格控制速度的均衡性，从时间和空间保障注浆、管片拼装、环箍注浆的衔接紧密。

（3）严格进行压力管理。穿越铁路前 3～4 倍洞径范围内，根据试验段确定的数值适度增大土仓压力，严格控制土仓压力的稳定，禁止出现过大的土仓压力波动。

（4）严格进行渣土管理，确保不超挖。盾构出土做到进尺量与出土量均衡，严禁出土超量。一旦发现问题，立即排查原因，采取措施处理，严格控制地层损失率不超过计算采用的数值。

（5）盾尾同步注浆方案调整。同步注浆初凝时间缩短到一般段同步注浆的 1/3，1 天强度提高 2～2.5 倍，注浆压力达到设计值的 1.1 倍，注浆浆液在不漏浆的基础上必须达到设计值的 150% 以上。

（6）洞内环箍注浆。盾构施工不可避免地要扰动周围土体，施工中采取环箍注浆洞内加固措施。例如，可以在盾构台车过后，通过钻孔、埋管，在洞内进行较高压力注浆，对基础土体进行微量顶升、加固，控制盾构过后的后期沉降，恢复基础的前期沉降。另外，在盾构机头过一段后，及时对隧道上方土体进行深孔注浆，挤密、劈裂受扰动的土体，有效地控制地面的最终变形，使铁路的最终沉降控制在设计允许的范围内，必要时在洞内采取管片新增注浆孔注浆。

（7）加强施工监测，及时调整参数。在穿越铁路施工期间应按设计要求加强施工监测，及时反馈信息，并根据检测结果调整盾构机的各种参数，真正做到信息化施工。

（8）二次补强注浆加固地层，减少后期沉降。

5 工程效果监测分析

图 2、图 3 给出了盾构一般施工段典型断面洞顶沉降监测曲线和穿越西户线盾构施工段左线洞顶沉降监测曲线。从图 2、图 3 中可以看到：

（1）一般施工段典型斷面监测点最大沉降速率约为盾构穿越西户线测点的 2 倍，最终沉降量约为盾构穿越西户线测点的 1.5 倍。从绝对值看，其数值满足运营铁路路基沉降规范要求。

（2）一般段由于土仓压力较接近平衡值，测点隆起不明显，隆起最大 0.6 mm，而穿越西户线段落由于采用了较大的土仓压力，监测点隆起最大值为 2.3 mm，差异明显。这是否抵消了一部分后续施工沉降，值得工程界同仁研究。

（3）通过强化注浆要求，本次注浆均提高了注浆压强及短日龄浆液强度要求的控制，并加大了注浆量，使得在监测曲线上可以看到明显的地层相对隆起变形，该断面在环箍注浆及二次注浆后单次相对隆起值达到 1.3 mm，但后续的沉降发展及趋势未发生明显变化。由此可以判定，加强注浆可以有效抵消一部分地层损失导致的沉降，对沉降控制有利。但由于经济代价较高，且地层隆起的过程也需要密切观测，是否可以在一般段推广，需要谨慎考虑。

（4）变形速率显著减小，有效降低地下隧道工程施工风险。

6 结束语

综上所述可见，本工程制定施工措施合理有效，可以作为后续类似工程的借鉴经验。当然，从工程实践看，每个工程各有差别，比如该工程受地下水的影响不明显，所采取的工程措施及其他方面的措施也千差万别，在借鉴时选取适合工程实践的技术措施是保证工程顺利进行的关键。

参考文献

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[5] 白廷辉，尤旭东，李文勇. 盾构超近距离穿越地铁运营隧道的保护技术[J]. 地下工程与隧道，2000（3）.

收稿日期 2017-10-24

责任编辑 朱开明

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