盾构隧道下穿既有铁路路基的加固措施

　　摘 要：以洛阳市城市轨道交通2号线刘富村出入线区间近距离下穿洛宜、焦柳铁路为工程背景，综合考虑工程的经济性、安全性以及工期，提出相应的铁路钢轨、路基和接触网立柱加固保护方案;采用现场监测证实了该方案的优势及可行性，解决了既有铁路钢轨、路基以及接触网变形控制的施工难题。

　　关键词：洛阳地铁;盾构隧道;近距离下穿;接触网立柱;施工控制技术

　　0引言

　　近年来，我国城市配套的轨道交通重大工程开始了大规模建设，地铁、高铁、公路线路纵横交错，难以避免出现一些新建地铁隧道近距离下穿既有建(构)筑物的是高风险问题[1-3]。尤其当盾构隧道与铁路基础间距较近时，不仅对铁路轨道结构的安全性、平整性等提出了严标准，也对施工队伍的技术水平提出了高要求。目前，国内针对盾构隧道下穿公路、铁路施工的研究方法主要有理论分析、数值计算及现场测试。在理论分析方面，胡长明等[4]以西安地铁某区间盾构穿越富水砂层为背景，结合现场实测数据，采用线性回归方法对原始Peck公式进行修正;谭文辉、王靖等[5-6]采用回归分析法对隧道开挖引起的地表沉降监测数据，与Peck公式预测地表沉降进行对比分析。

　　验证Peck公式的适应性;程巧建[7]以厦门地铁2号线下穿厦深线高速铁路路基工程为背景，利用Peck公式和PLAXIS-2D等有限元软件，探讨盾构施工对高速铁路路基与轨道变形影响的时空分布规律，并通过现场试验段选取合理的盾构推进参数以控制路基沉降;彭华等[8]结合数值模拟及现场实测，对盾构下穿施工中铁路道床沉降的时程变化规律及沉降槽发展趋势进行分析，探究沉降规律与盾构施工参数的关系。

　　陈聪等[9]运用ANSYS分别对不加固、注浆加固、隔离桩防护3种工况，隧道下穿铁路桥梁桩基工程进行数值模拟，得到隔离桩防护措施的控制效果更显著的结论。在施工技术应用方面，彭江[10]针对盾构隧道一次下穿广深铁路多股道的情况，提出袖阀管注浆加固路基的方案;王建国、孙斌等[11-12]就具体的盾构隧道下穿既有铁路项目，从位置关系与地质条件入手，提出盾构机穿越该区段前后的施工措施及监测控制要点，以保证铁路沉降值不超限。

　　总的来说，针对盾构隧道下穿既有铁路等相关问题的研究日益完善，极大地丰富了工程建设的理论依据，对施工过程中铁路沉降的控制也有一些有效的方案措施被提出并应用到实践中。但目前在盾构隧道近距离穿越铁路路基的工程中针对铁路路基及接触网的加固措施研究尚属少数。本文依托洛阳市轨道交通2号线刘富村出入线区间盾构隧道，近距离穿越铁路填方路基及接触网，经由专家、设计、供电段、业主、施工单位等多方共同商讨，结合现场施工条件，提出对既有铁路填方路基及接触网的加固措施，大大缩短了工程的成本及工期。通过对该工程施工实践的分析，以期为类似近距离下穿既有路基工程项目提供借鉴。

　　1工程概况

　　1.1工程简介

　　洛阳市城市轨道交通2号线刘富村出入线区间采用盾构法施工，盾构管片外径6.20m，隧道下穿洛宜、焦柳铁路路基，下穿段长约68.00m。区间与铁路的夹角约36°～49°。下穿段坡度为3.1‰，左右线间距为12.50～13.20m。其中，焦柳铁路为双线电气化铁路线，主要为客、货两运铁路(客车每天52列，货车每天123列)。该区段与两条既有铁路的平面位置关系。

　　区间右线主要从接触网立柱#125处下穿，区间中线距#125接触网立柱最小水平距离为0.89m，左线从接触网立柱#126处下穿，区间中线距#126接触网线杆最小水平距离为1.13m;接触网立柱地下埋深3.50m，地上高12.00m，电压27.5kV，盾构隧道结构距接触网立柱最小竖向距离为8.48m。

　　1.2工程地质条件

　　区间右线隧道中心线(1-1'剖面)的纵向地质剖面，由上至下地层主要分为杂填土、黄土状粉质黏土和卵石土，隧道穿越的主要地层为卵石层。其中杂填土呈杂色，土质松散不均，由粉质黏土、粉砂土、建筑垃圾组成;黄土状粉质黏土呈褐黄-褐灰色，土质较均匀，针状孔隙发育，含少量氧化铁斑点、碳沫等。含零星钙质结核，局部在层底富集成层，不具湿陷性;卵石为杂色，饱和，密实。岩性主要为安山岩、玄武岩、石英砂岩，中风化，磨圆度中等，多呈亚圆形，在钻孔中揭示一般粒径2～8cm，最大粒径超过15cm。

　　1.3水文地质条件

　　区间地下水类型主要为第四系卵石孔隙潜水，水位埋深约16m。卵石孔隙潜水的分布不稳定，受大气降水及地表水的补给，以蒸发、人工开采及河流排泄为主，地下水埋藏较浅。

　　2施工控制技术标准

　　盾构近距离下穿洛宜、焦柳铁路施工中，对既有铁路钢轨、填方路基及接触网均存在诸多风险和不稳定性的因素，一旦施工控制不当，不仅会大大影响施工进度，增加施工成本，还会波及既有铁路钢轨的平整，影响钢轨等结构的服役安全，从而严重影响运营列车的行驶安全。因此，根据规范[13-14]，针对区间近距离穿越铁路路基段列出了控制标准：轨面沉降值≤10mm;轨距偏差值不得超过−6mm、+12mm。

　　相邻两股钢轨水平高差≤10mm;路基最大沉降值≤15mm，地面最大沉降值≤20mm;接触网线最大沉降值≤30mm，接触网支柱按接触线导线高度作为沉降观测依据≤6mm，接触网立柱横线路方向倾斜允许偏差0.5%，支柱顺线路方向倾斜允许偏差0.5%。3加固方案设计盾构施工前，由专家、设计、供电段、业主、施工单位多方研究，结合现场施工条件，提出针对既有铁路路基及轨道周边接触网立柱的加固方案。

　　3.1铁路钢轨架空

　　铁路路基方位内敷设有电力、通信、信号等多条光电缆，在盾构下穿铁路前，对既有铁路轨道进行架空并对路基注浆加固，以防止局部沉降拉断电缆。钢轨架空范围。预先采用D24型便梁架空加固线路，沿线路方向加固长约49.0m，D24型便梁桩基直径1.5m，区间左、右线间桩长18.5m，区间侧边桩长12.0m。路基加固也可有效防止接触网立柱倾覆，加固示意。钻孔间、排距均为2.0m×2.0m，呈梅花形布设，下插角5°，钻孔长10.0～15.0m;采用ϕ42×5mm钢花管，沿管壁间隔0.2m钻孔，呈梅花形布设，孔径60～80mm。注浆采用1∶1水泥-水玻璃双液浆，注浆压力0.2～0.4MPa。

　　3.2路基及接触网立柱加固方案

　　盾构下穿铁路施工中，接触网立柱迁改和原位加固两种方案，经比选采用原位方案。迁改即在避开隧道结构一定距离后设置临时立柱，接触网连接到临时网杆上，待沉降稳定后回迁。优点是可确保接触网安全，缺点是施工手续办理复杂，需要专业施工队伍，施工周期长，需要接触网停电，邻近铁路两侧均需有汽车吊(履带吊)占位场地，否则需专用轨道吊进行立柱吊装作业。原位保护即保持接触网立柱原位不动，采取一定的加固保护措施，不需要占位场地或专用轨道吊。优点是施工方便快捷，可保证铁路正常运营，避免相关手续办理，节省工期，缺点是施工中需要供电段的密切配合，占用铁路抢修资源。

　　3.2.1接触网立柱基础加固

　　盾构穿越前，竖向打设3排ϕ42×5mm钢花管，压注1∶1水泥-水玻璃双液浆，注浆压力和注浆量根据现场注浆试验进行确认和调整，注浆压力建议0.2～0.4MPa。注浆时须由供电段安排专人旁站，并由施工监测人员进行实时监测。接触网基础注浆加固。

　　3.2.2接触网立柱上部路基加固

　　为防止立柱倾斜，在沿线路大小里程侧分别设置拉线，在远离区间侧设置斜撑(杉木材质)，在杉木杆下方搭设支架。正常情况下拉线和斜撑均不受力，当监测发现接触网立柱发生倾斜需要调整时，则拉紧与倾斜方向相反的拉线，如接触网立柱向远离区间侧倾斜，则顶紧斜撑。接触网立柱加固。

　　接触网立柱原位加固，应做好监测，与供电段保持密切联系，及时报送监测数据。现场准备抢修网杆，抢修人员24小时现场待命。本次施工为钢轨架空，不具备临时立柱固定条件，需提前加工能够快速固定在架空设施上的临时立柱基座。

　　3.3洞内注浆加固

　　盾构下穿焦柳铁路过程中，在管片上增设注浆孔(预埋注浆管)，根据地质及掘进情况，对隧道周边3m范围内的地层进行注浆加固。注浆材料采用双液浆，注浆参数经现场试验确定;注浆施工结束后注浆孔采用微膨胀水泥封堵。二次深孔加强注浆加固采用双液浆，注浆遵循“多点、低压、多次”原则。

　　4监控量测及加固效果

　　4.1监控内容盾构下穿铁路施工期间，须对线路进行加密监控，并实时巡查，做好相关记录。

　　4.2监测点布设施工过程中监测点必须能及时反馈施工影响，并遵循铁路运营部门的相关规定。下穿区段沉降监测点布设平面。

　　4.3工程实施效果左线盾构机于2019年12月11日凌晨刀盘进入接触网杆#126位置，于12月17日凌晨刀盘进入接触网杆#125，施工过程中，施工单位和第三方监测单位4个月内监测到立柱累计沉降值为21.99mm，各方向倾斜均没有超过0.3%，路基最大沉降值及钢轨的轨面沉降、水平高差均小于变形控制标准，施工过程中均未对行车造成影响。

　　5结语

　　洛阳市轨道交通2号线刘富村出入线区间近距离下穿洛宜、焦柳铁路，为解决工程中所面临的既有铁路钢轨、路基及接触网变形控制等问题，采用相应的铁路路基加固措施，并通过现场监测证实了该方案的优势及可行性。

　　(1)当区间盾构隧道近距离下穿既有铁路时，应对铁路路基段进行加固保护。加固措施包括在盾构隧道通过前对铁路钢轨进行辅助架空，对路基进行注浆加固，在隧道掘进通过该区段时从洞内对周围地层进行注浆加固以及对轨道周边接触网立柱进行加固。

　　(2)为保证铁路正常运营的同时保证工期，选择对接触网立柱进行原位加固保护。对接触网基础进行注浆预加固，对接触网杆采用拉线和支架支撑的方式进行辅助加固，防止倾斜。

　　(3)实际施工过程中的接触网立柱沉降监测数据表明：接触网立柱的加固措施是可行的，且具有施工工作量小，对行车影响小、费用低、安全系数高等优点，相对于迁改，加快了施工进度，节约了施工成本。

　　参考文献(References)：

　　[1]刘新军.地铁隧道下穿高速铁路联络线路基安全影响分析[J].铁道标准设计,2017,61(6):131−136.LIUXJ.Analysisofinfluenceofsubwaytunnelingunder-passinghighspeedrailwayconnectinglinesubgrade[J].RailwayStandardDesign,2017,61(6):131−136.

　　[2]王先明,鲁茜茜,蹇蕴奇,等.盾构隧道下穿既有铁路路基及框架箱涵地表沉降分析[J].路基工程,2020(2):119−124.

　　作者：丁延昌