盾構(gòu)機(jī)穿越京城鐵路橋的施工技術(shù)
關(guān)鍵詞:地鐵15號線,穿越,鐵路橋,盾構(gòu),施工技術(shù)
盾構(gòu)法是暗挖法施工中的一種全機(jī)械化施工方法，它是將盾構(gòu)機(jī)械在地中推進(jìn)，通過盾構(gòu)外殼和管片支承四周圍巖防止發(fā)生往隧道內(nèi)的坍塌，同時在開挖 面前方用切削裝置進(jìn)行土體開挖，通過出土機(jī)械運(yùn)出洞外，靠千斤頂在后部加壓頂進(jìn)，并拼裝預(yù)制混凝土管片，形成隧道結(jié)構(gòu)的一種機(jī)械化施工方法。北京地鐵15 號線一期工程施工中穿越國鐵京承線應(yīng)用此方法。
一、北京地鐵15號線一期工程概況
�。ㄒ唬┕こ趟诘氐貐^(qū)概況。
1、地鐵區(qū)間狀況。本工程全稱為北京地鐵15號線一期工程07標(biāo)段。工程跨越順義區(qū)府前西街段，其間需穿越國鐵京承線。
（1）盾構(gòu)區(qū)間。北京地鐵15號線區(qū)間工程包括兩段盾構(gòu)區(qū)間，俸伯站～順義站和順義站～石門站。其中，順義站為盾構(gòu)通過站，區(qū)間長度 1189.413米，該區(qū)間穿過京承鐵路橋、京承鐵路橋。盾構(gòu)在京承鐵路施工段里程為K41+515.38～K41+468.62，全長約 42.76m（共36環(huán)管片），該段區(qū)間隧道線間距為19.59m，隧道埋深為5～6m。
�。�2）穿越橋梁、橋墩。本工程盾構(gòu)隧道襯砌外徑與廂式橋涵左邊跨側(cè)橋墩基礎(chǔ)樁的距離為13.29m，橋涵基礎(chǔ)底部與隧道頂部的距離為 5.57m，隧道頂與行車路面距離為6.15m，隧道頂與列車軌面距離為14.51m，廂式橋涵的間距為30.62m，整體隧道穿越鐵路橋長度約為 43m。
（二）盾構(gòu)需穿越的鐵路設(shè)施基本情況。
1、鐵路線路情況�，F(xiàn)狀為6股道，其中京承正線兩股道為60Kg/m鋼軌，鋼筋混凝土枕，站線4股道為60Kg/m鋼軌,鋼筋混凝土枕。橋位處鐵路為直線，下部道床為碎石道床。采用電氣化牽引方式，橋上有接觸網(wǎng)桿；橋區(qū)內(nèi)還布置有電力電纜（桿）等設(shè)備。
2、框架式地道橋情況。該地道橋建成于2001年。道路與鐵路線路按正交設(shè)計，框構(gòu)橋頂面距軌底最小距離0.5m；設(shè)計活載按照“中－活載”，考慮列車制動力，列車沖擊力及活載土壓力。
�。ㄈ┫嚓P(guān)區(qū)域工程地質(zhì)條件
1、土層情況。本工程與廂式橋涵相交處土層以粉質(zhì)粘土為主。
2、水文地質(zhì)。根據(jù)實測資料，本段線路賦存三層地下水，地下水類型分別為上層滯水、潛水和層間水。上層滯水水頭埋深2.1～6.5m，水頭標(biāo)高 26.34～36.50m，含水層為粉土層；潛水水頭埋深11.5～19.5m，水頭標(biāo)高19.302～3.85m，含水層為細(xì)中砂；層間水水頭埋深 23.5～27.0m，水頭標(biāo)高7.39～13.60m，含水層為粉細(xì)砂層。
二、盾構(gòu)工程施工
�。ㄒ唬┣捌诩夹g(shù)保障及材料準(zhǔn)備。
1、人員配置。在人員配置上保證分工明確、各司其職，從而為工程順利實施提供組織保障、技術(shù)保障、管理保障和安全保障。
2、材料準(zhǔn)備。即物資保障。主要包括管片拼裝材料、軌道系統(tǒng)材料、螺栓及走道板、盾尾注漿材料、盾尾密封材料和土體改良材料。
3、機(jī)械準(zhǔn)備。主要有：①盾構(gòu)機(jī)。Φ6140mm鉸接式土壓平衡盾構(gòu)機(jī)，該盾構(gòu)機(jī)刀盤為輻條式。②龍門吊。50t+15t大龍門吊，用于渣土垂 直吊運(yùn)及大重型設(shè)備吊運(yùn)；16t小龍門吊，用于進(jìn)行鋼軌、油脂等材料、電瓶車電池及管片的垂直吊運(yùn)。③攪拌站。本工程配有一套1m3的攪拌站和新購一套 0.5m3攪拌站以供給壁后注漿。④運(yùn)輸列車。⑤通風(fēng)機(jī)。
�。ǘ┒軜�(gòu)實施。
1、工程重點。①盾構(gòu)穿越京承鐵路橋做為本工程的一個重點，其主要體現(xiàn)在區(qū)間隧道和廂式橋涵基礎(chǔ)距離非常近，施工時必須加強(qiáng)隧道軸線控制，確保 盾構(gòu)沿著設(shè)計軸線推進(jìn)以保證廂式橋涵安全。②盾構(gòu)施工時京承鐵路橋可能列車過往量大，因此對施工時的地面沉降控制提出了更高的要求。③為保證地鐵施工期間 及施工后既有京承鐵路的運(yùn)營安全，需在施工期間對地下盾構(gòu)施工采取特殊控制措施并在盾構(gòu)施工前在地上對既有軌道采用扣軌加固及鐵路路基注漿加固措施。④同 時為保證鐵路運(yùn)營的絕對安全，在整個施工過程中進(jìn)行監(jiān)控量測，隨時了解鐵路軌道及路基的變化情況。⑤加強(qiáng)施工監(jiān)控量測和環(huán)境監(jiān)控觀察，及時反饋信息。并根 據(jù)監(jiān)測結(jié)果，進(jìn)行二次補(bǔ)充注漿控制地層損失。⑥施工中出現(xiàn)滲漏水的部位要及時進(jìn)行處理，避免地下水流失引起的固結(jié)沉降。
基礎(chǔ)樁與區(qū)間隧道相對位置平面圖、剖面圖
2、具體施工方法。
（1）施工前對京承鐵路橋涵部、墩臺、廂式橋涵基礎(chǔ)進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查，對廂式橋涵破損部位、裂縫做詳細(xì)記錄并拍攝照片，對所有裂縫進(jìn)行編號，記錄裂縫大小、長度。
�。�2）在盾構(gòu)掘進(jìn)影響范圍外按照規(guī)范要求設(shè)置監(jiān)測基準(zhǔn)點，并記錄初始數(shù)據(jù)，在每個橋墩上布置兩個沉降觀測點，并使沉降觀測點和基準(zhǔn)點相聯(lián)
系。
3、主要施工措施。
（1）環(huán)節(jié)控制。掘進(jìn)過程嚴(yán)格控制盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)，減小蛇行糾偏值；嚴(yán)格控制土倉壓力，根據(jù)地層情況設(shè)定好土壓和出土量，保持土壓平衡模式掘進(jìn)。每一環(huán)掘進(jìn)時嚴(yán)格控制出土量，防止超挖造成地層損失。
�。�2）同步注漿。嚴(yán)格規(guī)范同步注漿操作，以注漿壓力和注漿量進(jìn)行雙控保證環(huán)形間隙填充質(zhì)量；注漿管路要保證順暢，嚴(yán)格執(zhí)行“掘進(jìn)與注漿同步，不 注漿不掘進(jìn)”的原則。保證環(huán)形空間及時飽滿的填充；如地表變形較大超過預(yù)警值時，應(yīng)立即進(jìn)行二次注漿施工，確保地表沉降控制在要求范圍內(nèi)，必要時還應(yīng)考慮 進(jìn)行地表注漿，對京承鐵路橋墩基礎(chǔ)進(jìn)行土體加固及糾編。
4、具體掘進(jìn)參數(shù)。
�。�1）合理設(shè)置土壓力值。盾構(gòu)推進(jìn)時，控制螺旋輸送機(jī)出土量與掘進(jìn)速度的關(guān)系，根據(jù)地面沉降監(jiān)測信息的反饋，及時調(diào)整土壓，從而科學(xué)合理地設(shè)置土壓力值及相宜的推進(jìn)速度等參數(shù)，防止超挖和欠挖，以減少對土體的擾動。
�。�2）刀盤轉(zhuǎn)速設(shè)定。降低刀盤轉(zhuǎn)速，刀盤轉(zhuǎn)速設(shè)定在1.1轉(zhuǎn)/min，減少刀盤對土體的擾動，防止地表沉降。（3）掘進(jìn)速度設(shè)定。穿越隧道時掘進(jìn)速度控制在10～20mm/min，防止掘進(jìn)速度過快造成刀盤扭矩過大。
三、注漿
工程下穿京承鐵路橋階段的管片壁后注漿是控制地表沉降的關(guān)鍵所在，其目的在于控制隧道變形，防止地表沉降，防止管片位移，提高結(jié)構(gòu)的抗?jié)B能力。
1、漿液。漿液采用單液水泥漿。水泥采用超細(xì)水泥（可以確保漿液的填充效果）。注漿材料選用可注性強(qiáng)、經(jīng)久耐用、結(jié)石體強(qiáng)度高，對地下水和周圍 環(huán)境無污染的水泥砂漿。盾構(gòu)機(jī)穿越前針對區(qū)間地層的地質(zhì)和水文條件，漿液配比設(shè)置為：水泥：砂：粉煤灰： 水=150（kg）：650（kg）：400（kg）：440(kg)。
2、注漿參數(shù)。注漿壓力是注漿施工主要的控制指標(biāo)。理論上對于自穩(wěn)性差的地層，注漿壓力應(yīng)與開挖面的水土壓力之和平衡。注漿壓力應(yīng)比理論值稍大，根據(jù)本段地質(zhì)和隧道的覆土厚度情況，注漿壓力控制在0.16～0.20MPa。
3、注漿方法。注漿采用φ48長導(dǎo)管，注漿孔沿線路縱向間距600mm，橫向間距600mm，梅花狀布置，管身設(shè)φ8溢漿孔，孔間距15cm，注漿順序采用跳孔注漿的方式，隔孔注漿，待漿液穩(wěn)定后再進(jìn)行回注，鐵路路基東西兩側(cè)的注漿孔位交叉布設(shè)。
4、注漿量。盾構(gòu)機(jī)的刀盤外徑為6230mm（隧道內(nèi)徑φ=5400mm米，管片厚=300mm，每環(huán)管片長L=1200mm），每環(huán)同步注漿 需求量為理論注漿量的150％～200％，計算得：Q=4m3～5.5m3。注漿量還應(yīng)根據(jù)隧道收斂監(jiān)測情況隨時進(jìn)行調(diào)整和動態(tài)管理。
3、注漿隱患處理。路基注漿應(yīng)與線路加固施工密切配合，發(fā)現(xiàn)線路沉降后，及時調(diào)整加固體系，以確保軌道的水平，高低，軌距等滿足技術(shù)規(guī)程的要求。在對線路進(jìn)行注漿加固施工期間，亦應(yīng)對鐵路路基及地面進(jìn)行嚴(yán)密的監(jiān)控量測，防止產(chǎn)生路基及地面隆起。
在地鐵15號線穿越地道橋施工過程中，對京承鐵路及府前西街地道橋?qū)嵤┆毩�、公正的監(jiān)測，通過現(xiàn)場安全監(jiān)測、現(xiàn)場安全巡視，掌握京承鐵路及府前 西街地道橋在地鐵施工過程中的沉降變形及受影響情況，為鐵路局等各相關(guān)單位提供參考依據(jù)，以便對施工過程實施全面監(jiān)控和有效控制管理，確保工程安全和運(yùn)營 安全。
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