关键词： 盾构隧道；穿越铁路；加固；保护性施工
一、工程概况
大毛坞～仁和大道供水管道工程为输水通道工程，上接杭州市第二水源输水通道工程九溪线、城北线共用段输水隧洞，通过隧洞和管道输水至杭州祥符水厂和余杭仁和水厂，同时预留嘉兴域外配水工程（杭州方向）的输水规模，本工程为大毛坞~仁和大道供水管道工程Ⅳ标，其施工内容主要包括：G4、G5两个盾构井；G3～G4、G4～G5两个盾构区间；G4、G5盾构井内及G3～G4、G4～G5盾构区间内管道、设备的采购及安装。
二、宣杭老线保护性施工准备措施
1铁路加固
按照设计要求，在盾构下穿铁路范围内进行地基加固处理，加固方案采取分块加固，即分为主加固区、旋喷桩加固区、次加固区。
主加固区采用劈裂注浆加固，次加固区采用加密注浆加固，主加固区和次加固区中间选用三排φ800@600的高压旋喷桩加固，采用跳打加固形式。下穿范围内加固时先施工高压旋喷桩加固，待旋喷桩加固强度达到设计要求后进行主加固区的加固，最后进行次加固区的加固。
加固平面范围由盾构隧道外径向两侧4m；主加固区和次加固区注浆范围加固深度⑤2-1粉质粘土层，共20.0m。高压旋喷桩加固区为宣杭老线中心线外侧各10.0~12.0m范围，由3排?0.8m的高压旋喷桩相互搭接形成，搭接量为20cm，加固宽度2.O，加固深度与主加固区底部平齐，有效桩长为21.5m。
2管片增加注浆孔
按照设计要求，在盾构下穿宣杭老线范围内共60环管片每环增加10个（3块标准块，2块邻接块各增加2个）注浆孔（如图1），在盾构下穿过程中如监测数据显示地面出现较大沉降时，则通过增加的注浆孔对管片壁后进行多方位的二次注浆，及时对壁后的空隙进行填充，控制地面的沉降，降低对铁路的影响。
图1 管片增加注浆孔位置示意图
三、宣杭老线保护性施工关键措施
1土体改良
根据盾构穿越的地层条件，通过盾构机的自身配置向刀盘面、土仓、螺旋输送机内有选择的适当注入泡沫剂、膨润土、水、聚合物等添加剂，以改良仓内土质，使其保持一定程度的流塑状态，防止盾构机刀盘发生结泥饼，提高盾构机刀盘切削土体和螺旋机出土的效率等。
在G4~G5区间推进时渣土改良选用泡沫剂进行改良，水：泡沫剂=450:2，在此配合比下能有效的改善土体特性，使渣土具有良好的流塑性，同时，泡沫的加入可以起到防水作用，防止盾构发生喷涌和突水事故。当泡沫注入后，可以将螺旋输送机回缩，控制好盾构推力，将盾构刀盘进行空转，使泡沫与士仓内的渣土充分拌和，使泡沫剂在改善渣土性状和止水方面发挥最大的功效。
泡沫剂通过泡沫系统由螺杆泵泵送泡沫剂与一定比例的水混合液，经过泡沫发生器，高压空气吹压发泡，产生大量的泡沫，通过管路将泡沫输送到刀盘前面、土仓及螺旋输送机中，并与渣土充分混合。泡沫具有如下优点：由于气泡的润滑效果，减少了渣土的内摩擦角，提高了渣土的流动性，从而降低了刀盘的扭矩，改善了盾构作业参数；减少渣土的渗透性，使整个开挖土传力均匀，工作面压力变动小，有利于调整土仓压力，保证盾构掘进姿态，控制地表沉降；减少黏土的黏性，使之不附着于盾构机刀盘上，有利于出土机构出土；泡沫无毒，在2h后可自行分解消失，对土壤环境无污染。
盾构通过向开挖面注入泡沫，使开挖土获得良好的流动性和止水性，并保持开挖面稳定，扭矩明显下降。而在粘性土层中，由于其内摩擦角小，易流动，泡沫只起到活性剂作用，防止土黏在刀具和土仓内壁上，减少对刀具的磨损，提高出土速度和掘进速度。
2壁后注浆
壁后注浆分为同步注浆和二次注浆。同步注浆与盾构掘进同步进行，二次注浆根据施工监测数据反馈，地面沉降情况和周边环境的保护要求决定是否进行。
2.1同步注浆
同步注浆是在盾构掘进的同时通过盾构机的注浆管进行壁后注浆的方法，其目的是填充管片与土体之间产生的建筑空隙，尽可能较少盾构施工对地面的影响。
针对本区间砂性土及淤泥质软土地层中，我方将采用厚浆，商品浆1立方的配比暂定如表1-2所示，在施工过程中将根据实际施工情况对浆液配比进行调整。
表1同步注浆材料配合比
表2 注浆材料主要性能指标参考值
同时在浆液放入浆车时加入一定量的水泥（约35kg/m3），并进行充分搅拌，保证水泥的搅拌均为，降低浆液的初凝时间，在完成注浆后能更早的进行凝固与管片和地层形成整体，进而控制隧道的上浮。
盾构机掘进过程中同步注浆通过盾构壳体4个注浆点进行压注，确保了浆液压注后的分布均匀性。
注浆可根据需要采用自动控制或者手动控制方式。自动控制方式即先设定注浆压力，由控制程序自动调整注浆速度，当注浆压力达到设定值时，自动停止注浆。手动控制方式则由人工根据掘进情况随时调整注浆流量、速度和压力。
注浆结束后在一定压力下关闭浆液分配系统，同时打开回路管，停止注浆。待注浆管路内压力降至零后拆下管路进行清洗。盾构工作面的注浆管路清洗将形成一定的废浆，对工作环境造成污染，应采用编织袋将废浆集中处理后运输到隧道外。
2.2二次注浆
下穿施工二次注浆分为控制管片上浮二次注浆和隧道沉降变化较大二次注浆，其中控制隧道管片上浮二次注浆在管片脱出盾尾后6环开始，每2~3环进行一次压注，注浆量为0.6m3，注浆压力控制在0.8Mpa。
施工中应根据实际情况以及沉降监测数据反馈信息调整二次注浆压力、注浆量，以达到控制沉降、提高管片抗渗性能的目的。
3推进轴线控制
在盾构施工中根据不同土质和覆土厚度，配合地面监测信息的分析，结合推力、推进速度和出土量三者的相互关系，保持推进坡度相对的平稳，控制一次纠偏的量，减少对土体的扰动。同时根据推进速度、出土量和地层变形的监测数据，及时调整注浆量，从而将轴线和地层变形控制在允许范围内。在盾构下穿铁路前完成盾构的纠偏施工，下穿时尽量不采取纠偏。
盾构推进轴线控制分为：“平面”控制、“高程”控制。
4盾尾油脂压注
本工程中选用的盾构机盾尾设置了三道钢丝刷，盾尾油脂压注孔2×8个，采用进口优质油脂，利用一台油脂泵进行压注。
盾尾油脂压注应定期、定量、定位压注，根据以往施工经验每环的压注量初定为36kg。当发现盾尾有少量漏浆时，应对漏浆部位及时进行补压盾尾油脂。
5管片拼装
本工程管片拼装采用弯螺杆错缝拼装，必须重视管片拼装质量，规范拼装操作。管片拼装前须将盾尾积水及垃圾清理干净，并对上一环衬砌环面进行清理，对管片防水材料粘贴情况进行检查；拼装时根据管片位置和拼装顺序，逐块依次拼装成环，防止管片及密封防水条损坏；拼装完成后，脱出盾尾后对螺栓进行复紧，并对成型的衬砌环进行椭圆度的抽检。
在盾构掘进过程和管片拼装中采取以下措施，提前为管片拼装创造一个良好的作业环境，进一步保证管片拼装的质量。
（1）、盾构掘进中
A．盾构出洞时要确保基准环环面平整，且与设计轴线垂直；根据盾构报表中高程和平面的偏差值和盾壳与管片四周的间隙，严格控制盾构姿态，避免盾构卡住圆环管片。
B．合理控制盾构推进轴线，减少不必要的盾构推进纠偏，且每次纠偏量必须掌握在允许范围内。
（2）、管片拼装时
A．整个拼装过程中，直线情况下应贯彻左转、右转相间隔布置的原则；平面曲线情况下，应及时根据当前盾构姿态、管片超前量等数据。
B．在拼装过程中要清除盾尾处拼装部位的垃圾和杂物，同时必须注意管片定位的正确，尤其是第一块管片的定位会影响整环管片成环后的质量及与盾构的相对位置的良好度。
考虑到盾构旋转后会影响第一块管片的定位，每环拼装前，应检测管片与盾壳的相对转动尺寸，合理修正每环管片的定位，为隧道施工质量提供保障。
C．每环管片拼装要精心，尽量做到管片接缝密贴，环面平整。
D．拼装时，要确保“T”字接头平整。
E．严格控制环面超前量。施工中经常测量管片圆环环面与隧道设计轴线的垂直度，当管片超前量超过控制量时，及时调整管片旋转角度，从而保证管片环面与隧道设计轴线的垂直度。
F．每环封顶块插入前，必须测量邻接块之间的开口，避免开口过小导致封顶块插入后碎裂或者开口过大封顶块插入口纵缝较大。
G．圆环管片由纵、环向弯螺栓连接而成，其连接的紧密度将直接影响到隧道的整体性能和质量。管片每安装一片，先人工初步紧固连接螺栓；安装完一环后，对所有管片螺栓进行紧固；管片脱出盾尾后，用扭力扳手对管片螺栓进行复紧。
H．每一块管片拼装结束后，伸出千斤顶并控制到所需的顶力，再进行下一块管片的拼装，这样逐块进行，完成一环的拼装。
I．拼装后及时调整千斤顶的顶力，防止盾构姿态发生突变。
J．由于采用弯螺栓连接管片，因此在拼装时管片必须精确定位，确保螺栓的连接。
四、结论
目前盾构已完成下穿完成宣杭老线时间约3个月，各项累计监测数据变量较小，监测数据均已稳定，下穿及后期均未超过控制值，现场实际调查铁路情况和隧道质量良好，未发现明显的异常情况，宣杭老线及其他附属设备运行正常，满足要求，验收合格，因此本文所论证的相应技术措施能够满足类似工况条件下盾构下穿运营铁路相关要求。
参考文献
[1]高健，地铁隧道下穿铁路联络线路基安全影响分析[J].居舍,2017,0(20):136-136.
[2]钱晓华，砂性地层中轨道交通盾构穿越既有城际铁路大直径隧道施工技术[J].中国市政工程,2019,0(3):20-23.
[3]胡金泉，苏州地铁3号线盾构隧道下穿铁路桥桩加固方案研究[J].科学技术创新2017
论文作者:袁涵
论文发表刊物:《建筑实践》2019年第38卷第13期
论文发表时间:2019/12/3
标签：管片论文; 盾构论文; 注浆论文; 泡沫论文; 隧道论文; 渣土论文; 轴线论文; 《建筑实践》2019年第38卷第13期论文;