中铁十四局集团有限公司 山东省济南市 250014
摘要：通过地层加固、调整盾构机掘进参数和现代化监测手段成功穿越京沪高铁，解除了本盾构区间最大风险源，此工程为济南首次盾构机穿越高铁，为盾构机在城市交通轨道交通中广泛应用积累了施工经验。
关键词：盾构 下穿 京沪高铁 沉降
一、工程概况
1.1项目概况
济南地铁某区间线路出王府庄站后沿刘长山路向东走行，然后向北转至党杨路，沿党杨路向北到达大杨庄站。
盾构区间在“京沪高铁里程DIK424+385.43～DIK424+490.29”处下穿京沪高铁连续梁桥。
1.2地质概况
区间盾构下穿京沪高铁连续桥梁段主要穿越地层从上往下依次为：①1杂填土层、⑦黄土、⑧粉质黏土、⑩粉质黏土、⑪粉质黏土，详见图1。
图1 下穿高铁段地质断面图
1.3水文条件
水位埋深11.20~17.80m，水位标高24.18~30.24m，主要接受降水补给和山区地下水径流补给，以侧向径流、人工开方式排泄。
1.4盾构隧道与铁路位置关系
盾构区间左、右线均由104号与105号桥墩间斜穿京沪高铁高架桥桩。区间隧道左线距离京沪高铁高架桥104号桥墩桩基最小净距为10.45m；右线距离京沪高铁高架桥105号桥墩桩基最小净距为10.84m。具体位置关系见图2、3。
图2 高铁连续梁桥与隧道平面位置关系图
图3 高铁连续梁桥与隧道剖面位置关系图
二、隔离桩施工
盾构下穿前，打设隔离桩，采用Φ800@1000钻孔灌注桩，限制桩外土体变形，并起到竖向承载作用，将桩内外土体竖向变形隔断，从而减少对桩基的影响。考虑地下水对桥梁沉降的影响和降低盾构施工难度，对隔离桩间中、细砂层及卵石层的采取袖阀管处理措施。采用直径40mm袖阀管后退式分段注浆。加固范围内注浆材料采用水泥、水玻璃双液浆。主要施工地点范围红线见图4。隧道下穿影响范围=隧道边线外10m×（下穿前30m+下穿距离+下穿后10m）。
图4 施工红线位置关系图
三、盾构施工控制
3.1盾构施工控制原则
综合考虑该区间隧道的埋深、地质情况以及与京沪高铁的空间关系，制定本段盾构下穿施工的指导思想为：“均衡、连续、匀速、饱满原则”，并确立“模式正确、土压合理、快速掘进、保证注浆、避免停机、严密监测、快速反馈”的施工原则。
3.2试验段掘进参数控制
在试验段掘进作业过程中，对盾构掘进参数及地表沉降情况进行总结，对掘进作业对土体扰动进行分析，确定沉降槽，适当调整推力、推进速度、刀盘扭矩、刀盘转速、螺旋机转速以控制土压力；调整注浆量（同步注浆、二次注浆）、注浆压力以控制盾尾通过时因建筑空隙而产生的沉降。
3.3穿越段盾构施工
3.3.1控制土压
根据实际土层参数和隧道埋深，计算得到相应的左线土仓压力约为1.09MPa，右线土仓压力约为0.77MPa。在实际施工中，土压力的设定比理论计算值略高，即一般取1.1~1.2倍的静止土压力。即左线盾构下穿京沪高铁时，土仓压力设定值在1.09MPa～1.31MPa之间；右线盾构下穿京沪高铁时，土仓压力设定值在0.77MPa～0.92MPa之间。
3.3.2做好碴土改良
为了改良土体，防止出现喷涌和掌子面发生坍塌，在穿越过程中向盾构机土仓内注入适当的膨润土和泡沫改良土体，有效的改善碴土的和易性、止水性，确保螺旋机的出土顺畅，有效地调节土仓内的压力。
（1）采用优质膨润土浆液和进口泡沫添加剂；
（2）盾构推进过程中盾构姿态控制不好易造成盾尾处漏浆，地表沉降过大，因此在盾构下穿京沪高铁期间，应确保盾尾四周间隙均匀，控制好盾尾油脂的注入压力，通过加大盾尾油脂压注入量来防止浆液通过盾尾流失。加大密封油脂的注入量，确保刀盘及铰接密封系统可靠。
3.3.3控制出土量
掘进过程中严格控制出土量，每环理论出土量为42m3，掘进过程中需要加泥，加泡沫，按1.1～1.15倍松散系数考虑，实际控制出土量为46.2～48.3m3/环。
严禁多出，保持土仓压力，避免超方、塌方，导致沉降过大。
3.3.4重视同步注浆及二次注浆
在盾构施工中，通过同步注浆施工使管片和土体形成稳定的整体，可以抑制地层沉降，防止管片变形和上浮，防止管片间隙、盾尾的渗漏水。
对同步注浆浆液拌合全程控制，对每罐浆液取样、记录。观察浆液凝固时间。安排24h有人值班，下穿期间岗位做到不离人。严格按照配合比进行浆液控制，对每罐浆液进行取样，观察初凝时间和结实率。
由于同步注浆无法完全满足沉降控制要求，需要同步注浆的基础上注入水泥-水玻璃双液浆来控制地面沉降。二次注浆一般在盾尾脱出5~10环后进行，注浆量可根据现场沉降监测资料动态调整。
3.3.5保持好的盾构姿态
按“勤纠偏、小纠偏”的原则，通过严格的计算合理选择和控制各千斤顶的行程量，从而使盾构和隧道轴线沿设计轴线在容许偏差范围内平缓推进。
3.3.6合理深孔注浆
根据以往施工经验，为保铁路下穿安全，采用了深孔注浆措施，确保地层稳固，减少对地层的扰动。对注浆量、注浆压力进行详细记录。深孔注浆采用1:1比例的水泥、水玻璃双液浆，注浆位置在铁路影响范围内前后30环以内，每环全部进行深孔注浆，注浆范围为隧道拱顶180°范围，浆液扩散半径可达1m，打孔深度为3m。
3.3.7严格控制管片选型
管片拼装完成后做到每环量盾尾间隙控制，针对盾尾间隙选择管片型号，同时拼装时选择合适的点位，把模形量最大点放在盾尾间隙最小处。
（1）特殊部位选型要求。
（2）不同外界环境选择不同类型的管片。
（3）盾构机油缸行程与盾尾间隙。
（4）盾构机相对设计轴线的位置关系，特别是盾构机的水平及垂直方向上相对于设计轴线的偏差及趋向。
3.3.8把握过程控制
（1）安排项目领导24h监控室值班，对掘进作业进行全程监控，负责对掘进作业情况进行收集、汇报、沟通、传达、解决。
（2）安排洞内值班技术，12h换班制，对洞内盾构推进、拼装、出土、注浆、维修等作业进行全程监控。监督、记录掘进参数、出土量、管片拼装质量，并及时与监理报检。
在盾构下穿铁路施工中，对整个施工作业进行全程管控，并作出了以下重点管控方针：
①加强施工管理，及盾构掘进参数全力控制，确保盾构安全穿越特级风险源。此期间，制定奖励措施，充分调动工人的积极性。
②保证各工序顺畅，每一道环节衔接有序，确保每一个循环（推进、拼装、出渣、下料）控制在一个合适的时间范围（3h）以内，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，确保姿态良好，盾尾间隙合理；严格控制管片拼装，确保成型隧道的质量。
④对注浆浆液配比、注浆量、注浆时间、注浆压力进行全程控制，确保注浆效果达到要求。
⑤对掘进参数进行全程管控，严格控制土压力、出土量，并对沉降情况进行及时的调查、汇总、分析，根据实际情况适当调整掘进参数。
⑥控制好两台盾构机的前后距离，尽量减小对地层的叠加扰动，确保盾构机匀速、连续通过下穿铁路区域，保障铁路的运行安全。
四、监控量测
穿越铁路段监测由自动监测和人工复测两部分组成；自动监测主要是通过建立的实时自动监测系统，对关键监测点进行实时自动监测，实现自动采集、远程传输、实时分析和预警预报，为相关单位及时提供监测结果。
人工监测主要是利用铁路天窗时间对变形监测点进行人工测量。人工监测结果可全面反映整个监测范围内的线路变形情况，并对自动监测起到校验作用。
五、结论
盾构顺利穿越京沪高铁，为穿越高铁桥桩工程施工技术奠定了坚实的基础，积累的丰富经验，在盾构施工领域又上了一个新的台阶，该工程的成功穿越，对以后类似工程设计和施工具有重要的指导意义。
参考文献
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[2]马伟斌，付兵先，杜晓燕.地铁隧道下穿铁路桥施工变形分析及处理措施[J].地下空间与工程学报,2013,9(4)：896-901.
[3]李冀伟.地铁隧道盾构下穿既有隧道的影响研究[D].西安：西安科技大学,2012,：62-63.
论文作者:梁成博
论文发表刊物:《基层建设》2018年第8期
论文发表时间:2018/5/25
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