盾构下穿京广既有铁路线的沉降控制技术

摘要：本文以实际工程长株潭城际铁路下穿京广线为背景，探讨盾构隧道在下穿既有线铁路施工时控制地面沉降的一些措施，并对其监测结果进行分析，以总结一些经验供相关工程参考借鉴，同时对既有铁路在施工期间的安全具有重要意义和经济价值。

关键词 盾构隧道 下穿铁路 地面沉降控制

Abstract： On the bases of the practical engineering regarding to the inter-city railway linked Changsha with Zhuzhou and Xiangtan which cross Beijing-Guangzhou line， the thesis researches the methods of keeping ground subsidence as shield tunneling is contracted under railway， and analyses the monitoring results to sum up experiences which can be used as a reference for some related constructions. The thesis also has great significance in safety and economics during the construction against existing railways.

Keyword shield tunnel cross railway ground subsidence control

1、引言

随着城市发展，以及更多的轨道交通的兴建，导致某些新建线路会交叉下穿既有铁路，不可避免对既有的铁路线造成影响，因此采取合理的施工措施以控制地面沉降，以降低盾构施工下穿破坏既有铁路的风险。分析盾构下穿既有铁路产生影响的原因，由此提出合理的施工优化方案，对保障列车安全运营以及工程顺利进行具有重要意义。

2、工程背景

2.1工程概况

长株潭城际铁路树木岭隧道进口至树木岭车站采用盾构法施工（里程范围DK1+780至DK4+360），隧道全长2.580km，为左右双线设计。采用Ф9.33m的土压平衡盾构施工，盾构管环外径9.0m，内径8.1m，管环厚度45cm，平均宽度1.8m，双边楔形量32mm，C50砼，抗渗等级P12，管片壁后空隙采用同步注浆进行充填。盾构隧道左、右线各5次共10次下穿既有铁路线（主要为京广线）。其中京广上、下行线下穿区段列车时速130km/h。盾构隧道埋深约为18.40～32.35m，穿越段地质均为泥质粉砂岩，平均覆土25m。

2.2工程重点、难点

因本工程盾构隧道下穿既有线路多，影响范围大，而且京广铁路是中国最重要的一条南北铁路干线，所以本工程对地面沉降控制要求很高，按照铁路线路（160km/h≥V>120km/h）轨道静态几何尺寸保养标准容许偏差水平、高低、轨向均为6mm，三角坑为5mm。

而且不同于其它工程的是，此次盾构穿越既有线铁路范围广，次数多，在客观上不具备地面注浆加固条件，只能在盾构下穿过程中通过加强盾构自身参数设置、加强地面监控量测等技术措施，严格控制地面沉降，确保铁路列车安全运行。

我们知道盾构法隧道施工过程中，总会不可避免产生土体扰动，这种扰动效应传导到地面便形成了地面沉降。地面沉降一般分为两个方向发生，即地面横向沉降和地面纵向沉降。其中地面横向沉降即盾构机通过处土体横向断面的沉降，其沉降槽分布近似正太分布，主要表现在沉降的横向影响范围。当双线隧道后行盾构通过时应考虑对铁路的二次影响。而地表纵向沉降则反映盾构机不同部位对地层的作用，也是本工程穿越既有线需要重点考虑的问题。地表纵向沉降在盾构施工中可分5个阶段发生：（1）盾构到达前地面隆起或沉降；（2）盾构到达时地面沉降；（3）盾构通过时地面沉降；（4）盾尾脱出空隙引起的地面沉降；（5）后期固结沉降。

2.3下穿既有铁路采取的主要措施

针对盾构掘进可控参数与地面沉降关系分析，并结合本工程的实际情况，在盾构下穿既有线铁路的过程中本工程主要采取以下几方面措施：

2.3.1、盾构掘进参数设定

1、土仓压力取值

设定合适的土仓压力能确保开挖面的稳定，关系到盾构施工效率和工程环境安全，所以必须控制地层压力与土仓压力的差值在一定范围内，将土仓压力波动控制在最小幅度，以控制地面沉降。而土仓压力的设定，有采用开挖面地层的主动土压力、静止土压力或松弛土压力的方法等作为上限值。本工程考虑控制地面沉降为主要因素，故土仓压力上限值按照静止土压力进行计算。同时考虑增加土仓压力是减小地表沉降的有效手段。所以在实际取值时采用1.0～1.1倍的静止土压力作为土仓压力，同时结合地面监测数据及时动态调整压力值。

2、掘进速度的选定

盾构的掘进速度是土压平衡盾构施工过程中一个重要的环节，掘进速度过快或过慢均会造成地面沉降，掘进速度过慢，盾构停留时间过长，盾构机自重对隧道下卧层施压都会引起地层竖向位移，而掘进速度过快，由于盾构刀盘对土体扰动增大，不可避免会使地面沉降加大。所以在保证盾构稳定掘进和同步注浆能及时跟上的前提下，保持掘进速度的稳定性也是避免盾构超挖、减小地层损失的重要保证。所以结合本工程的地质情况，穿越铁路期间掘进速度拟定为30～35mm/min。

2.3.2、渣良

土压平衡式盾构，其特点是用开挖出的土作为支撑开挖面稳定的介质，因此要求作为支撑介质的土砂具有良好的塑性变形、软稠度、内摩擦角小及渗透率小。由于一般土壤不能完全满足这些特性，所以要进行改良，其技术要点是在刀盘前部和泥土仓中注入水、膨润土泥浆、粘土、聚合物或泡沫等混合添加材料，经强力搅拌，改善开挖的土砂塑性、流动性，降低渣土的透水性。渣良系统已成为盾构法施工的一个重要组成部分，其功效主要表现为以下几个方面：