地鐵盾構(gòu)隧道下穿鐵路站場技術(shù)分析

地鐵盾構(gòu)隧道下穿鐵路站場技術(shù)分析

Summary：本文以廣州地鐵十一號線天河?xùn)|站~廣州東站盾構(gòu)區(qū)間下穿廣深鐵路廣州東站場為例，對區(qū)間下穿站場段施工過程進行了三維數(shù)值模擬。數(shù)值計算結(jié)果表明，盾構(gòu)施工引起的既有鐵路沉降值在規(guī)定范圍內(nèi)，同時施工過程中各項監(jiān)測數(shù)據(jù)均正常，為同類工程施工控制提供了技術(shù)參考。Keys：盾構(gòu)隧道

鐵路站場

施工監(jiān)測三維數(shù)值分析

隨著城市軌道交通線網(wǎng)的的延伸，地鐵線路與既有鐵路線路的交叉已愈加頻繁[1]。盡管盾構(gòu)施工技術(shù)不斷提高，但仍然難以避免的對周邊環(huán)境造成一定擾動，引起周圍地層損失、路基沉降[2]。對于運營鐵路線路，對變形沉降敏感[3-4]，尤其是道岔群區(qū)段，電務(wù)信號多，一旦出現(xiàn)接觸不良就有可能造成鐵路信號的中斷，影響行車安全[5-6]，必須降低地鐵盾構(gòu)掘進施工過程中對既有鐵路路基擾動，確保地鐵盾構(gòu)掘進過程中運營鐵路線的安全[7-8]。

1、工程概況天河?xùn)|~廣州東區(qū)間出天河?xùn)|站后，下穿石牌涌，下穿天河北隧道，側(cè)穿江河大廈.然后下穿省水科院，珠委大院，廣州市公安局黨校和廣州東站鐵軌區(qū)后進入廣州東站。天河?xùn)|站~廣州東站區(qū)間長1.526公里，區(qū)間采用盾構(gòu)法施工，隧道內(nèi)徑為5.4m，外徑為6.0m。下穿位置為廣深鐵路廣州東站東端站場的部分，相交里程為Z(Y)DK11+477~Z(Y)DK11+780，穿越長度約280m，共下穿約20處股道、7處道岔、42處信號機、34處立柱等。隧道與鐵路交角約為30度，隧道頂距鐵路軌底覆土約18~26m，其中拱頂覆蓋微風(fēng)化巖層厚度7~12m。隧道處于R=450m的平曲線段，隧道縱向坡度為27.5‰。圖1天廣區(qū)間下穿廣州東站場示意圖圖2天廣區(qū)間下穿廣深鐵路平面圖

圖3天廣區(qū)間盾構(gòu)下穿廣深鐵路工程縱斷面圖2、設(shè)計及施工措施（1）道岔區(qū)設(shè)備運營狀態(tài)調(diào)查廣州東站場內(nèi)設(shè)備在長時間運營使用過程中可能產(chǎn)生一些既有變形、沉降、銹蝕、磨損等病害。在盾構(gòu)下穿廣州東站場前，需對下穿范圍內(nèi)道岔區(qū)設(shè)備運營使用狀態(tài)進行調(diào)查，尤其對于道岔轉(zhuǎn)轍機如發(fā)現(xiàn)病害，需提前進行病害整治。（2）鐵路路基加固設(shè)計根據(jù)盾構(gòu)隧道掘進的施工經(jīng)驗，天廣區(qū)間下穿鐵路段盾構(gòu)機已在微化風(fēng)巖層中穿越，隧道埋深18~26m，暫先不對鐵路進行預(yù)注漿加固，但需加強沉降監(jiān)測，采用自動化檢測，控制掘進速度、加強背后注漿等措施。出現(xiàn)沉降超限及其它險情時，應(yīng)立即停止盾構(gòu)掘進分析原因，排除險情后方可再次掘進；如出現(xiàn)路基沉降有報警的情況時，應(yīng)立即對路基進行注漿、扣軌保護等應(yīng)急措施。（3）盾構(gòu)試驗段設(shè)計為取得合理的注漿液的配合、注漿壓力等參數(shù)，為后期下穿廣州東站場注漿作為參考，在盾構(gòu)下穿廣州東站場前選取50m掘進段作為實驗段。盾構(gòu)通過地層主要為<9-1>微風(fēng)化礫砂巖，隧道埋深18~26m。根據(jù)盾構(gòu)通過地層、地下水及隧道埋深情況，試驗段掘進過程中實時監(jiān)測地面沉降，通過監(jiān)測結(jié)果判斷掘進參數(shù)合理性，并根據(jù)試驗段數(shù)據(jù)調(diào)整掘進參數(shù)。（4）盾構(gòu)開倉換刀設(shè)計地鐵天廣盾構(gòu)區(qū)間主要穿越微風(fēng)化砂巖、礫巖，天然強度20~25MPa，切削礫石顆粒與刀盤摩擦大，易造成刀盤（刀具）磨損嚴重，配置高強度、耐沖擊、耐磨損的刀具。下穿廣州東站場范圍盾構(gòu)區(qū)間平面拐彎半徑450m，為保證掘進連續(xù)性及減小對土體的擾動，提前制定開倉檢查換刀方案，加大施工掘進過程中對刀具的檢查頻率（必要時根據(jù)地質(zhì)情況可在穿越段進行檢查刀具），保證刀具完好前提下順利下穿大鐵曲線掘進。（5）加強監(jiān)測為保證廣深鐵路的運營及施工安全，施工期間需在地鐵盾構(gòu)外邊線2倍隧道埋深范圍內(nèi)主要設(shè)施進行全方位、自動化實時監(jiān)測（其中廣深正線釆用自動行實時監(jiān)測，其余釆用人工監(jiān)測），根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)及時調(diào)整各項施工參數(shù)，實行信息化施工。表1監(jiān)測精度、預(yù)警值、控制值表序號監(jiān)測項目監(jiān)測精度預(yù)警值控制值變化速率備注1鐵路路基及接觸網(wǎng)柱沉降監(jiān)測0.3mm7mm10mm2mm/d全站儀2鐵路路基及接觸網(wǎng)柱水平位移監(jiān)測0.7mm4.2mm6mm2mm/d全站儀3機車整備場結(jié)構(gòu)柱沉降監(jiān)測0.3mm3.5mm5mm2mm/d全站儀4機車整備場結(jié)構(gòu)柱傾斜監(jiān)測-0.35%0.5%-傾角儀/全站儀表2監(jiān)測工期及監(jiān)測頻率表觀測階段觀測頻率備注施工準備階段10次/3天初始值采集于鄰近施工開始前完成，三天內(nèi)不少于10次，取平均值為初始值下穿施工期間8~12次/天根據(jù)現(xiàn)場施工工況適當(dāng)調(diào)整完工一個月內(nèi)2~4次/天根據(jù)監(jiān)測情況適當(dāng)調(diào)整完工一個月后—根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)收斂情況確定是否繼續(xù)監(jiān)測（6）其他施工注意事項(1)注漿鉆孔時先探明地下管線的位置，鉆孔位置可根據(jù)管線位置進行調(diào)整。(2)在非廣深正線的線路段提前進行試驗注漿，試驗段長度50m，取得合理的注漿液的配合、注漿壓力等參數(shù)，為后期廣深正線注漿作為參考。(3)下穿前后50m范圍內(nèi)，列車建議限速45km/h行駛。(4)下穿前后50m范圍內(nèi)，對地面沉降進行加密監(jiān)測，調(diào)整盾構(gòu)施工控制，調(diào)整到最佳狀態(tài)下穿廣深鐵路。（5）施工及監(jiān)測隊伍需具有鐵路施工相關(guān)資質(zhì)。優(yōu)先委托鐵路原監(jiān)測維保單位實施。（6）監(jiān)測數(shù)據(jù)平臺共享。3、數(shù)值模擬采用midasgts進行三維有限元數(shù)值模擬，模型三維尺寸400m（長）*280m（寬）*60m（深）。圖4盾構(gòu)隧道與鐵路股道關(guān)系圖圖5盾構(gòu)隧道施工后鐵路股道豎向位移圖隨著盾構(gòu)隧道的施工，隧道上方鐵路股道豎向沉降逐步增加，當(dāng)左右線盾構(gòu)完成穿越鐵路股道后，股道最大沉降0.623mm，滿足規(guī)范要求。4、現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果天廣區(qū)間盾構(gòu)下穿廣州東站場第三方監(jiān)測，從2022年1月開始，2022年7月地鐵隧道盾構(gòu)下穿完成后延續(xù)監(jiān)測至2022年10月結(jié)束，歷時210天，累計監(jiān)測1365次。（1）路基、接觸網(wǎng)柱、整備場柱沉降受盾構(gòu)工程下穿施工的影響，沉降累計變化在-3.22mm~2.87mm內(nèi)，未達到預(yù)警值。下穿完工后，沉降變化速率在-0.90mm/月~0.84mm/月內(nèi)，沉降趨于穩(wěn)定。（2）路基、接觸網(wǎng)柱、整備場柱水平位移受盾構(gòu)工程下穿施工的影響，縱向水平位移累計變化在-2.86mm~2.97mm內(nèi)，橫向水平位移累計變化在-2.38mm~2.45mm內(nèi)，均未達到預(yù)警值。下穿完工后，縱向位移、橫向位移趨于穩(wěn)定。（3）結(jié)構(gòu)柱傾斜率受盾構(gòu)工程下穿施工的影響，結(jié)構(gòu)柱縱向傾斜累計變化在-0.03%~0.09%內(nèi)，結(jié)構(gòu)柱橫向傾斜累計變化在-0.04%~0.11%內(nèi)，均未達到預(yù)警值，下穿完成后傾斜趨于穩(wěn)定。5、結(jié)論本文結(jié)合實際工程，分析提出了地鐵盾構(gòu)隧道下穿運營鐵路站場設(shè)計及施工措施，包含既有病害調(diào)查處理﹑盾構(gòu)試驗段設(shè)計、下穿前開倉換刀設(shè)計、下穿施工掘進控制﹑加強變形監(jiān)測及跟蹤加固、過站列車限速等。通過三維有限元數(shù)值模擬分析、現(xiàn)場實施過程實際監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，盾構(gòu)隧道下穿站場引起的各類變形均控制在預(yù)警值內(nèi)，下穿完工后變形均趨于穩(wěn)定，表明下穿范圍站場達到穩(wěn)定狀態(tài)。本工程的成功實施為類似工程提供技術(shù)支持與經(jīng)驗。Reference：[1]彭向偉.濱海軟土地區(qū)盾構(gòu)下穿鐵路站場沉降控制分析[J].施工技術(shù),2015,v.44(S2):388-391.[2]賀斯進,藺云宏.地鐵盾構(gòu)區(qū)間穿越鐵路站場設(shè)計與施工分析[J].現(xiàn)代隧道技術(shù),2012,v.49;No.344(03):166-170.[3]范明猛.軟土地層下盾構(gòu)穿越高速鐵路技術(shù)探究[J].天津建設(shè)科技,2018,v.28;No.158(05):43-47.[4]朱亦墨,丁華光,楊光武.盾構(gòu)重疊地鐵隧道長距離下穿鐵路軌道施工監(jiān)測技術(shù)[J].四川建筑,2020,v.40;No.193(03):217-219.[5]付艷軍,魏百術(shù),楊光武.疊線盾構(gòu)隧道下穿準高速鐵路站場軌道群施工技術(shù)[J].云南水力發(fā)電,2017,v.33;No.166(06)