（中铁三局集团第四工程有限公司 北京 102300）
【摘 要】2014年6月7日中午12时，由中铁三局承建的北京地铁十四号线00标段陶然桥站～永定门外站区间，右线隧道吉祥二号盾构机成功穿越京津城际铁路、京沪铁路，解除了本盾构区间最大的风险源，实现了国内首次盾构机穿越高铁，取得阶段性突破。因此，本文通过对该区间施工过程进行汇总、分析，从而作出总结。
【关键词】地铁盾构；下穿高铁；综合技术
【中图分类号】U455.43 【文献标识码】A 【文章编号】1002-8544（2017）18-0155-03
1.工程概况
1.1 工程概况
本文以中铁三局承建的北京地铁十四号线00标段即永定门外陶然桥站为例，该线路右线总长833.809米，设计里程从K19＋424.284至K20+258.093；左线总长851.229米，设计里程从K19＋424.285至K20+270.28。区间路轨面高程为21.705米至22.497米至19.671米，轨面埋深19.8米到21.7米之间；区间左、右线平面分别为R=310m、R=360m及R=330m、R=400m的曲线和直线构成。该线路施工使用的盾构法，在永定门外站的西边设置盾构始发井，路段区间设有一个单独的联络通道，陶然桥站东边设置接收井。
由盾构法施工的区间隧道结构断面为圆形，主要为单层的拼装式钢筋混凝土预制管片，其管片外径为6000毫米，内径5400毫米，厚300毫米，环宽1200毫米，每环有6块。管片和管片间用M24的弯螺栓链接，要求环向弯螺栓12个，纵向16个。起始站洞门口预埋钢环，洞门直径为6.7米。
1.2 水文、地质情况
区间隧道距离土层表面大概16.5米，从永定门外站开始出发下穿至铁路范围内，隧道洞身主要由粉2层细砂、1层中粗砂及卵石组成，顶板以上组成为2层细砂，厚度为0.7到2.3米。区间往下穿越京津城际铁路、京沪铁路段潜水水位大约高于结构底1米。
1.3 盾构隧道与铁路平面关系
陶然桥站～永定门外站隧道盾构左线由K20+246.484至K20+169.686，右线由K20+227.093至K20+147.893，从永定门外站北面向西56°往下穿越京津城际铁路，距区间结构上方16.5米为京沪铁路，隧道中心间隔距离约为14.6米，盾构区间穿越铁路的线路位置在左线330米，右线310米的曲线段。与轨道交叉的几股铁路轨道都是每米60千克的钢轨，其基为碎石道床或整体道床，盾构区间结构交叉段位于碎石道床，而京津城际路基为碎石道床和整体道床两种。为了增加铁路的安全性，京津城际铁路的路基在整体道床部位施工时加了4.5米到8.5米长的CFG桩加固地层在西边40米处，现状铁路的两侧均有与铁路连通的电缆，地面上有电气化接触网杆。
1.4 盾构隧道与铁路剖面关系
图1-2 铁路与隧道剖面图
2.铁路加固措施
2.1 加固扣轨
（1）在加固扣轨前首先要分散部分没有缝隙线路的应力，同时用为长木枕代替要加固的范围内的混凝土枕。
（2）本案例中铁路采用的钢轨是每米58千克的规格，道路中心扣轨和扣轨等距离排放，同时为了防止通电，在主轨和扣轨腰中间需有隔离的木头；扣轨施工完后在其两端以临时木梭头来顶固，钢轨接头应错开距离不少于1米。
（3）为了保证列车的通行安全，轨道施工期间对来往线路轨向、轨距、高低、水平、轨距及扭曲需严格要求，并仔细检查轨道各细微部分，如每个部分的螺丝都不能有松动，一旦发现问题，及时的整改。
（4）扣轨施工完成后要及时的捣固道床，确保其稳定性，随后就可以拆除扣轨正常运营。
2.2 加固注浆
在盾构施工前及时的对铁路路基地下层进行注浆加固处理是一道重要的施工程序，对京津城际铁路一边原有的道路基层外施工做临时的竖井和通道，在通道里面设置夯管，通过临时做的竖井和通道对路基注浆；京沪铁路的路基注浆施工则直接对其中一侧在地面对下部分进行，并要加固线路；这样充分结合了施工现场的实际条件，更加有利于注浆施工和改善注浆效果，也能及时排除注浆造成的不利因素。
图2-2 注浆加固剖面图
3.盾构施工
3.1 试验段掘进参数控制
当我们在对于试验段开展掘进施工时，总结了关于盾构掘进的参数和地表的沉降状况，并分析了掘进作业对土体的扰动作用，对沉降槽进行了确定，对于推进的力度与速度、刀盘的扭矩与转速、螺旋机转速和控制土压力进行调整；对于注浆的数量（同步注浆、二次注浆）和压力以控制盾尾通过时因建筑空隙而产生的沉降进行调整。
当我们掘进试验段的过程中，对适合本区间地层的土压及沉降控制、姿态调整的方法及规律进行了有效掌握。对土体进行了改良，对施工经验进行了有效总结，为接下来进行穿越铁路段的掘进参数设定打下铺垫。
3.2 穿越铁路段盾构施工
3.2.1 严格控制土压力
依照掘进参数数据，在土层中确保土压力的稳定，让正常掘进时。附近的监测点沉降不超越要求的范围，盾构在穿越铁路的过程中，土压力要保持在0.1~0.15Mpa。
3.2.2 土体改良
（1）运用优质膨润土浆液和进口泡沫添加剂。
（2）在进行盾构的推进时，若姿态控制不当，会导致盾尾处漏浆，地表沉降超标，所以在盾构下穿“京津”、“京沪”线期间，盾尾四周一定要保证间隙均匀，盾尾油脂的注入压力进行有效控制，将盾尾油脂压注入量提高，来避免出现浆液通过盾尾流失的状况，并全部采用CONDAT油脂。将密封油脂注入量提高，确保刀盘及铰接密封系统在运转中的可靠性和稳定性。
3.2.3 对出土量进行有效控制
在进行掘进时，一定要对于出土量进行有效控制，理论上，出土量要控制在35.9m3每环，在开展掘进时必须添加泥与泡沫，系数在1.15，实际控制出土量39m3/环～41m3/环。若在此过程中产生问题，马上对于土体进行恰当的改良。
严禁多出，保持土仓压力，以免因超方和塌方造成沉降超标。
3.2.4 严格控制盾尾同步注浆
参照地面监测情况，对同步注浆的注浆量（设计注浆量为2.06m3做好控制工作，平均注浆量3.6m3,达到设计注浆量的180%）、注浆压力(0.25mPa)、浆液配合比 (初凝时间保持在6h)。
3.2.5 严格控制二次注浆
二次补浆要每隔3~5环管片进行开展，注浆孔在隧道顶部两侧管片处，二次补浆量为2.0m3，补浆压力0.4MPa，以注浆压力控制为准。二次注浆浆液采用同步注浆剩余在浆液箱中的浆液。进行盾构施工时，要基于隧道上方的地表沉降速率，对补浆的时间、位置做好精确控制，若监测环节里，地表某监测点的沉降速率＞0.2mm/d，要马上对监测点对应的地下隧道管片两侧各5环的管片作补浆处理(配比同二次补浆)，其注浆量的标准，为浆压力达到0.35MPa~0.45MPa时。每24小h补一次浆，直到该管片对应的地表监测点的沉降速率＜0.2mm/周为止。
3.2.6 对盾构姿态做好控制
在进行掘进时，对千斤顶的行程、油压和油量的控制工作是其重点环节，要基于最新测量结果，对盾构和管片在位置及姿态上进行调整，依据“勤纠偏、小纠偏”的思路，以精确计算对于各千斤顶的行程量进行准确的选择与控制，让盾构和隧道轴线沿设计轴线的平缓推进不超过容许的偏差范围值。
3.2.7 对浆液质量做好控制
对同步注浆浆液拌合全程控制，对每罐浆液做好取样、记录。对其凝固时间做好观察记录。24小时都必须有人值班，下班期间也必须有人值守。严格依据配合比做好浆液控制，对每罐浆液进行取样，初凝时间及结实率进行观察。
3.2.8 深孔注浆的手段
基于现有的经验，为了保证铁路下穿安全，运用了深孔注浆的手段，让地层稳固而扰动较少。详细做好对于注浆量和压力的记录。运用1:1比例的水泥、水玻璃双液浆开展深孔注浆，其位置位于盾尾倒数5~10环之内，每环都要开展深孔注浆，范围在隧道拱顶180°范围内，浆液扩散半径可达1m，打孔深度为3米。还要加固隧道拱顶土体，形成“自然拱”，使隧道上部土体承载力得到提升，让盾构在掘进时因对于土体产生的扰动作用而形成的沉降大大降低。
3.2.9 对管片选型做好控制
在进行管片拼装后，对每环量盾尾间隙进行控制，基于盾尾间隙选确定管片型号，确定合适点位进行拼装，楔形量最大点位于盾尾间隙的最小部位。
管片连接螺栓的型号为C级M24，力学等级在8.8级，完成管片拼装后，彻底落实初紧、复紧、三紧制度，以用力矩扳手进行检查，确保拧紧力矩处于651-868N.m的范围内，让拼装质量得到保障。
3.2.10 对施工环节做好控制
穿越铁路阶段，我们要严格控制好盾构施工的环节：
（1）会同监理单位开展对管片拼装每环质量的验收。
（2）认真记录每环出土量，不得超挖。确保出土量在39~41m3之间。
（3）进行开始掘进后，确保土体改良的效果，以泡沫和膨润土系统来改良渣土。
3.2.11 现场管理
（1）先以左线盾构下穿铁路施工为重点，在结束左线下穿作业后，重点放在右线盾构下穿施工方面。对施工和盾构掘进参数，全力加强控制，确保盾构安全穿越特级风险源。此期间，制定奖励措施，使工人更加积极地面对工作。保质保量保工期的完成右线下穿任务。
（2）确保不同工序的顺畅，让不同的环节都做到无缝衔接，让任何的循环（推进、拼装、出渣、下料）不超出3小时，保证每个班掘进3~4环，每天6~8环。
（3）保持盾构姿态规律性调整，姿态自始至终要合适，盾尾间隙合理；对管片拼装做好控制工作，使成型隧道做到质量可靠。
（4）对注浆浆液的量与配比、时间与注浆压力做好全程控制，使深孔注浆的效果符合要求。
（5）全程管控好掘进参数，对控制土的压力、出土量做好控制，及时的调查、汇总、分析出土情况，以具体状态为参照，必要时对掘进参数进行调整。
（6）将前后两台盾构机的距离进行有效控制，避免其对于地层的叠加扰动过大，让盾构机能够在通过下穿铁路区域时保持匀速性和连续性，确保铁路运行的安全性。
3.2.12穿越铁路段盾构掘进参数总结
上图是左边线路穿越铁路区间施工的时候，全程控制施工过程取得的参数，施工过程中这些参数体现了施工的质量和问题，一旦出现报警值，就随时调整作业；根据沉降数据情况，同时结合提前设定的挖掘参数和该区间的地下层掘进来总结沉降规律，从而分析出盾构挖掘施工对上层铁路路基造成的不利因素。为保证上层铁路的安全运行，要保证盾构通过下穿铁路区域隧道时是匀速和连续的，这就要求施工时两台盾构机的前后距离控制的刚刚好，最大限度的控制对地层的双重扰动，可以用左边线路的施工参数作为右边线路的施工参数的参照。
3.结语
北京地铁十四号线00标段陶然桥站～永定门外站区间作业的顺利完成，实现了国内首次盾构机穿越高铁，取得阶段性突破，为今后穿越铁路盾构施工奠定了扎实的基础，提供了大量的作业经验。该工程项目的成功，代表着我国盾构施工领域的进步，为今后的工程设计、施工提供了指导性的意义。
参考文献
[1]张立阳.地铁盾构下穿高速铁路高架线变形分析及风险控制研究[D].道路与铁道工程：北京交通大学,2012.
[2]田海波，宋天田.轨道交通9号线下穿铁路工程风险及对策研究[J].地下空间与工程学报,2007（02）.
论文作者:马锋
论文发表刊物:《建筑知识》2017年18期
论文发表时间:2017/9/19
标签：盾构论文; 管片论文; 铁路论文; 注浆论文; 浆液论文; 隧道论文; 区间论文; 《建筑知识》2017年18期论文;