盾构机穿越京城铁路桥的施工技术
关键词:地铁15号线,穿越,铁路桥,盾构,施工技术
盾构法是暗挖法施工中的一种全机械化施工方法，它是将盾构机械在地中推进，通过盾构外壳和管片支承四周围岩防止发生往隧道内的坍塌，同时在开挖 面前方用切削装置进行土体开挖，通过出土机械运出洞外，靠千斤顶在后部加压顶进，并拼装预制混凝土管片，形成隧道结构的一种机械化施工方法。北京地铁15 号线一期工程施工中穿越国铁京承线应用此方法。
一、北京地铁15号线一期工程概况
（一）工程所在地地区概况。
1、地铁区间状况。本工程全称为北京地铁15号线一期工程07标段。工程跨越顺义区府前西街段，其间需穿越国铁京承线。
（1）盾构区间。北京地铁15号线区间工程包括两段盾构区间，俸伯站～顺义站和顺义站～石门站。其中，顺义站为盾构通过站，区间长度 1189.413米，该区间穿过京承铁路桥、京承铁路桥。盾构在京承铁路施工段里程为K41+515.38～K41+468.62，全长约 42.76m（共36环管片），该段区间隧道线间距为19.59m，隧道埋深为5～6m。
（2）穿越桥梁、桥墩。本工程盾构隧道衬砌外径与厢式桥涵左边跨侧桥墩基础桩的距离为13.29m，桥涵基础底部与隧道顶部的距离为 5.57m，隧道顶与行车路面距离为6.15m，隧道顶与列车轨面距离为14.51m，厢式桥涵的间距为30.62m，整体隧道穿越铁路桥长度约为 43m。
（二）盾构需穿越的铁路设施基本情况。
1、铁路线路情况。现状为6股道，其中京承正线两股道为60Kg/m钢轨，钢筋混凝土枕，站线4股道为60Kg/m钢轨,钢筋混凝土枕。桥位处铁路为直线，下部道床为碎石道床。采用电气化牵引方式，桥上有接触网杆；桥区内还布置有电力电缆（杆）等设备。
2、框架式地道桥情况。该地道桥建成于2001年。道路与铁路线路按正交设计，框构桥顶面距轨底最小距离0.5m；设计活载按照“中－活载”，考虑列车制动力，列车冲击力及活载土压力。
（三）相关区域工程地质条件
1、土层情况。本工程与厢式桥涵相交处土层以粉质粘土为主。
2、水文地质。根据实测资料，本段线路赋存三层地下水，地下水类型分别为上层滞水、潜水和层间水。上层滞水水头埋深2.1～6.5m，水头标高 26.34～36.50m，含水层为粉土层；潜水水头埋深11.5～19.5m，水头标高19.302～3.85m，含水层为细中砂；层间水水头埋深 23.5～27.0m，水头标高7.39～13.60m，含水层为粉细砂层。
二、盾构工程施工
（一）前期技术保障及材料准备。
1、人员配置。在人员配置上保证分工明确、各司其职，从而为工程顺利实施提供组织保障、技术保障、管理保障和安全保障。
2、材料准备。即物资保障。主要包括管片拼装材料、轨道系统材料、螺栓及走道板、盾尾注浆材料、盾尾密封材料和土体改良材料。
3、机械准备。主要有：①盾构机。Φ6140mm铰接式土压平衡盾构机，该盾构机刀盘为辐条式。②龙门吊。50t+15t大龙门吊，用于渣土垂 直吊运及大重型设备吊运；16t小龙门吊，用于进行钢轨、油脂等材料、电瓶车电池及管片的垂直吊运。③搅拌站。本工程配有一套1m3的搅拌站和新购一套 0.5m3搅拌站以供给壁后注浆。④运输列车。⑤通风机。
（二）盾构实施。
1、工程重点。①盾构穿越京承铁路桥做为本工程的一个重点，其主要体现在区间隧道和厢式桥涵基础距离非常近，施工时必须加强隧道轴线控制，确保 盾构沿着设计轴线推进以保证厢式桥涵安全。②盾构施工时京承铁路桥可能列车过往量大，因此对施工时的地面沉降控制提出了更高的要求。③为保证地铁施工期间 及施工后既有京承铁路的运营安全，需在施工期间对地下盾构施工采取特殊控制措施并在盾构施工前在地上对既有轨道采用扣轨加固及铁路路基注浆加固措施。④同 时为保证铁路运营的绝对安全，在整个施工过程中进行监控量测，随时了解铁路轨道及路基的变化情况。⑤加强施工监控量测和环境监控观察，及时反馈信息。并根 据监测结果，进行二次补充注浆控制地层损失。⑥施工中出现渗漏水的部位要及时进行处理，避免地下水流失引起的固结沉降。
基础桩与区间隧道相对位置平面图、剖面图
2、具体施工方法。
（1）施工前对京承铁路桥涵部、墩台、厢式桥涵基础进行详细的调查，对厢式桥涵破损部位、裂缝做详细记录并拍摄照片，对所有裂缝进行编号，记录裂缝大小、长度。
（2）在盾构掘进影响范围外按照规范要求设置监测基准点，并记录初始数据，在每个桥墩上布置两个沉降观测点，并使沉降观测点和基准点相联
系。
3、主要施工措施。
（1）环节控制。掘进过程严格控制盾构机姿态，减小蛇行纠偏值；严格控制土仓压力，根据地层情况设定好土压和出土量，保持土压平衡模式掘进。每一环掘进时严格控制出土量，防止超挖造成地层损失。
（2）同步注浆。严格规范同步注浆操作，以注浆压力和注浆量进行双控保证环形间隙填充质量；注浆管路要保证顺畅，严格执行“掘进与注浆同步，不 注浆不掘进”的原则。保证环形空间及时饱满的填充；如地表变形较大超过预警值时，应立即进行二次注浆施工，确保地表沉降控制在要求范围内，必要时还应考虑 进行地表注浆，对京承铁路桥墩基础进行土体加固及纠编。
4、具体掘进参数。
（1）合理设置土压力值。盾构推进时，控制螺旋输送机出土量与掘进速度的关系，根据地面沉降监测信息的反馈，及时调整土压，从而科学合理地设置土压力值及相宜的推进速度等参数，防止超挖和欠挖，以减少对土体的扰动。
（2）刀盘转速设定。降低刀盘转速，刀盘转速设定在1.1转/min，减少刀盘对土体的扰动，防止地表沉降。（3）掘进速度设定。穿越隧道时掘进速度控制在10～20mm/min，防止掘进速度过快造成刀盘扭矩过大。
三、注浆
工程下穿京承铁路桥阶段的管片壁后注浆是控制地表沉降的关键所在，其目的在于控制隧道变形，防止地表沉降，防止管片位移，提高结构的抗渗能力。
1、浆液。浆液采用单液水泥浆。水泥采用超细水泥（可以确保浆液的填充效果）。注浆材料选用可注性强、经久耐用、结石体强度高，对地下水和周围 环境无污染的水泥砂浆。盾构机穿越前针对区间地层的地质和水文条件，浆液配比设置为：水泥：砂：粉煤灰： 水=150（kg）：650（kg）：400（kg）：440(kg)。
2、注浆参数。注浆压力是注浆施工主要的控制指标。理论上对于自稳性差的地层，注浆压力应与开挖面的水土压力之和平衡。注浆压力应比理论值稍大，根据本段地质和隧道的覆土厚度情况，注浆压力控制在0.16～0.20MPa。
3、注浆方法。注浆采用φ48长导管，注浆孔沿线路纵向间距600mm，横向间距600mm，梅花状布置，管身设φ8溢浆孔，孔间距15cm，注浆顺序采用跳孔注浆的方式，隔孔注浆，待浆液稳定后再进行回注，铁路路基东西两侧的注浆孔位交叉布设。
4、注浆量。盾构机的刀盘外径为6230mm（隧道内径φ=5400mm米，管片厚=300mm，每环管片长L=1200mm），每环同步注浆 需求量为理论注浆量的150％～200％，计算得：Q=4m3～5.5m3。注浆量还应根据隧道收敛监测情况随时进行调整和动态管理。
3、注浆隐患处理。路基注浆应与线路加固施工密切配合，发现线路沉降后，及时调整加固体系，以确保轨道的水平，高低，轨距等满足技术规程的要求。在对线路进行注浆加固施工期间，亦应对铁路路基及地面进行严密的监控量测，防止产生路基及地面隆起。
在地铁15号线穿越地道桥施工过程中，对京承铁路及府前西街地道桥实施独立、公正的监测，通过现场安全监测、现场安全巡视，掌握京承铁路及府前 西街地道桥在地铁施工过程中的沉降变形及受影响情况，为铁路局等各相关单位提供参考依据，以便对施工过程实施全面监控和有效控制管理，确保工程安全和运营 安全。
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