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摘要：盾构隧道施工期间，往往不可避免地需要从铁路桥下方穿越，从而对铁路桥的稳定性构成影响。为此，如何优化地铁盾构穿越铁路桥施工技术意义重大。本文结合实例探究了盾构穿越铁路桥之后出现沉降的机理以及特征，并提出合理科学地组织施工以及控制施工参数等用以保证地铁穿越铁路桥施工质量。
关键词：地铁隧道；盾构；铁路桥
城市环境当中，城市铁路桥数量不断增加，其多以桩基基础为主。而因为受到线路以及地下空间等多方面限制，盾构隧道往往需要自桩下、侧方穿越。尽管近些年我国盾构技术发展取得一定成果，但在实际施工中依旧存在引发附近土体移动的问题。随着土体移动对桩基的影响，可能造成桩附加变形或形成内力，进而影响桩的稳定程度与安全性。因此，如何提高地铁盾构穿越铁路桥施工技术质量成为许多施工企业关注的重点。
一、工程实况
某地铁工程中某两站之间为盾构法施工区间，该段总长807.05米。下方穿过某铁路桥。该铁路桥结构为箱型框架结构，桥基底部与隧道顶部之间相距6.9m。按照钻探结果显示，本标段地层结构均具体包括如下土层：第一，第四系全新人工填筑土层；第二，第四系全新统浑河高漫滩与古河道冲积土层；第三，第四系上更新统浑河老扇冲洪积土层；第四，第四系中更新统冲洪积土层与冰水沉积层。
二、盾构施工产生沉降的机理分析
盾构施工期间，因为设备刀盘针对开挖面土体进行切削以及挖掘，而导致土体原有应力的平衡状态受到挠动破坏，使得土体单元应力得到增加，从而引发附近底层位移。故而，盾构施工所造成的地标沉降变形属于一种不断累积的过程。如果以轴线地表点纵向时变位曲线为例，则可以将地表点地层位移过程分为如下五个阶段：
第一，先期沉降。盾构尚未达到时，挖掘期间土仓压力以及出土量直接决定了地表变形幅度，如果土仓压力较出土量更大，则地表开始出现沉降状现象。相反，则地表出现隆起现象。
第二，开挖面前部发生下沉现象。盾构到达后，地表开始呈阶段性变形，且变化速度较快。该阶段也是地表隆起或是沉降的峰值。
第三，通过时发生下沉现象。通常情况下，盾构通过期间，地表必然会出现不同幅度的沉降变化，如果施工单位灌浆及时，且灌注量饱满，充填率不低于250%时，则地表会出现隆起现象。
第四，盾构尾部孔隙。盾构尾部通过时，最为容易出现突然沉降的问题，沉降量可达到30mm。如果施工单位灌浆及时，且灌注量充足，可解决突沉问题，甚至可能令地表隆起。但是，由于浆液凝固以及收缩，将再次发生下沉现象。
第五，后续下沉。盾构尾部通过之后，地表沉降速度不断减缓，沉降曲线也随之变得更为稳定。后期发生沉降的主要原因在于土体出现固结沉降以及次固结沉降，通常情况下，沉降时长较长，但沉降幅度并不明显。
三、沉降控制方式
（一）科学合理组织施工
盾构挖掘至铁路桥方圆20m中，便处于下穿铁路桥延伸影响范围之内。因此，当盾构挖掘位置与铁路桥距离为100m时，施工单位需要构建试掘进段：第一，在试掘期间，施工单位需按照工程实际地质情况确定土压力，并基于地质有关数据设计推进速度以及推动力等盾构推进有关参数。第二，检测盾构以及配置设备是否可以正常运行，确保盾构与配置设备保持正常的运行状态。第三，合理安排施工人员工作，确保施工人员数量充足，且可以高质量完成自身施工环节。
（二）合理调节施工参数
需要调节的施工参数具体包括如下内容：
第一，土仓压力。为了确保盾构在穿越铁路桥过程中不会出现沉降或是隆起问题，施工单位需将盾构设定为土压平衡自动控制模式，之后将土仓压力值P、静水压力值、刀盘区域地层土以及P0设定为与平衡相近，数值设定可根据实际情况或是以往施工经验进行适当的调整，如土压力设定数值可较理论计算结果稍高。施工期间，施工人员需依照盾构设备所在区域、土层实际情况以及地表检测所得数据调节土压力，确保土压力控制同地面监测系统之间的协同性。
第二，出土量。通常情况下，盾构每一环掘进长度约为1.2m，以此为标准，从理论角度而言，一环的出土量约为37m³。按照盾构施工经验以及本区间土质实际情况，依照1.3倍至1.35倍系数予以计算，则每环需要输送的土方量处于46m³至48m³，需要结合当前推进实际距离时刻观测渣土箱接土量，确保盾构不会发生超挖或是欠挖的问题。
第三，推力与速度。推进期间，盾构设备司机需尽可能保持匀速，避免速度发生急剧变化，减少其对附近土体的影响。本工程区间推进速度设计为30mm/min。施工人员需确保推进速度与灌浆速度相符合。盾构的推进力应处于2800t至3000t之间。
（三）灌浆
灌浆需注意如下方面内容：
一是灌浆的同步性。当盾构不断向前推进，脱离盾盾构尾部的管片与土地之间形成间隙，该间隙便需要通过同步灌浆以填充。施工单位应选用和易性良好的浆液，且保证浆液的泌水性较小。就本工程而言，建议施工单位采用下表浆液配合比：
表1 同步灌浆浆液配合比（kg/m³）
二是同步灌浆量设定。按照理论计算方式，盾构尾部所产生的间隙空间容量为V1=1.2×π×（6.362-6.22）/4=1.894m³，因为压入管片北侧浆液可能出现失水收缩固结，或是一定量浆液劈裂至附近地层内的问题，使得实际工程对灌浆量的需求多于理论计算结果。因此，施工单位需要借助经验公式予以计算。通常情况下，每环灌浆量应为建筑间隙的2倍或是2.5倍，即一环同步灌浆量处于3.32m³至4.14m³之间，建议设定为3.5m³。灌浆位置设计为上、下共四个灌浆位置，按照试掘进试验结果显示，上、下部分灌浆孔灌浆之间比例应设定为3：1.
三是浆液灌注时长。浆液灌注应在盾构尾部与管片完全分离之后开展，保证浆液灌入时间与管片脱离盾构一致，盾构在经过铁路桥时，保证掘进与灌浆的开始时间和终止时间保持同步。
四是二次灌浆。施工人员须在管片脱离盾构尾部五环之后，于隧道拱顶120°之内，借助管片吊装孔再次进行灌浆，浆液以水泥、水玻璃双液浆为主，灌浆压力控制在0.3MPa至0.5MPa之内。二次灌浆需结合地面检测状况予以动态调节，具体配比情况如下所示：
表2 二次灌浆浆液配合比
（四）施工监测
第一，关于沉降基准点的埋设。技术人员可以交桩企业供应的GPS首点以及精密高程首点为平面以及高程的基点，设计不少于三个的水平变形工作基点，同时与业主供应的GPS首点以及精密导线点搭配确定复合精密导线点。用以监测地面沉降的工作点是将业主供应的精密水准点首点做含为基础，结合场地实际情况于目标区域周围的布置加密沉降工作点。控制点埋设深度必须在冻土线以下，且于冻土线相距不少于1.5m。若在建筑物上布设，则所选建筑物必须地基稳定。
第二，铁路地表沉降监测。施工人员对地表沉降测点进行标准埋设，需在地面钻孔，孔径在 
100mm至 
150mm之间，并置入顶部已经打磨为椭圆形、规格为 
22mm的圆钢筋，长度值不应小于冻土线深度，之后利用细砂填充标志钢筋周围。观测方式运用精密水准测量方式，借助已知水准控制点实现对各个测点的监测。
结束语：
地铁盾构穿越铁路桥在地铁施工中较为常见，作为施工企业应明确盾构推进期间地表与建筑物沉降的激励，并可以熟练解决这一问题，从而确保盾构可以顺利经过铁路桥。
论文作者:陈宣通
论文发表刊物:《建筑模拟》2018年第10期
论文发表时间:2018/7/31
标签：盾构论文; 铁路桥论文; 浆液论文; 地表论文; 管片论文; 土层论文; 尾部论文; 《建筑模拟》2018年第10期论文;