地铁隧道下穿铁路桥梁施工技术刍议

梁家启

（中铁三局集团华东建设有限公司，江苏 南京 211106）

0 引言

地铁隧道项目较为复杂，对施工技术要求较高，尤其是地铁隧道下穿铁路桥梁施工，要求工程建设质量要达到行业领先标准。桥梁隧道是支撑地铁运行的重要保障，需要对桥梁方案进行设计，分析其中存在的力学方式，并应用合适的加固技术，对隧道进行超前支护，只有这样才能使隧道施工安全可靠，达到全面提升施工质量的目的。

1 盾构施工技术

1.1 项目概况

某市拟新建一条地铁线路，该线路全长30km，中途停靠车站数量为25个，横跨该市5个行政区。本项目概况见表1：

表1 某市新增地铁线路概况

地质勘察结果表明，项目所在区域地形相对平坦，地表覆盖层为素填土，由砖块、黏性土和砂石混碎土构成，隧道上部为沥青路面，XX段下穿铁路既有桥梁。

1.2 地铁隧道下穿铁路桥梁方案

1.2.1 模拟开挖过程

隧道开挖采用方法为矿山法，上下台阶的间距约为4m，设计人员利用数值模型对开挖过程进行模拟，模拟过程以上台阶开挖为开端，由下台阶开挖工作告一段落结束，获得示意图如图1所示。

图1 上下台阶开挖示意图

1.2.2 确定施工方案

地铁隧道施工要着重考虑两个方面内容，其一是如何保证施工质量，其二是是如何减小施工给周围建筑物及既有铁路桥梁带来的影响[1]。近几年，诸多城市均引入了下穿铁路桥梁的施工模式，围绕其展开研究成为大势所趋。

下文根据专家所规划设计方案，分阶段对施工方案进行了总结。第一步，由于项目具有较大施工难度，遂决定利用盾构机进行施工，与此同时，结合项目情况细化部署内容，对地铁时速、停靠站数量等参数加以确定。第二步，本项目较易被外界因素所影响，设计人员以专家所提出相关建议为落脚点，结合情况引入大棚导管作为支撑，施工流程也发生了相应的变化，即先对土层进行挖掘，再利用大棚导管对挖掘后土层加以固定。第三步，由于地铁隧道施工项目性质较为特殊，因此，设计人员强调将孔桩灌注作为核心技术，要求施工人员严格控制隧道施工涉及管桩的长度与支撑距离，其长度以8～10m为最佳，支撑距离应处于1.25～1.35m范围内。在上述设计规划尘埃落定后，由施工单位组织专业队伍，按照施工方案内容及要求，对地铁隧道进行高效建设。

1.3 施工要点探究

1.3.1 改良土体

由地质勘察结果可知，项目施工隧道下部有微乘压水层及粉砂土层存在，对多方因素加以考虑后，施工人员决定利用盾构机刀盘，对加孔注浆环节进行完成，这样做的目的是改良土体，使土层泡沫及表现出流动性更加符合项目需求。

项目施工所用盾构机，主要分为刀盘/盾体/电气系统等部分。设计人员出于提高盾构挖掘注浆质量的考虑，遂决定在最后一节台车上，对注浆设备进行加设，真正做到在不停机的前提下，使注浆要求得到最大程度满足。

事实证明，改良土体的积极作用，主要可被归纳为：其一，提高测算土层压力的准确性；其二，通过盾构机积压的方式，加快填充盘土层旋转并沉降的速度。对本项目而言，改良土体的初衷是严格控制出土量，避免由于出土量不符合预期，而引发不必要的问题[2]。

1.3.2 计算分析

地铁隧道穿越铁路桥梁，不仅会增加铁路桥梁出现沉降问题的可能性，还会给其运营带来影响。在前期准备阶段，技术人员应对上述情况进行系统且深入的分析，根据项目情况确定切实可行的施工技术，最大程度减小施工给铁路桥梁运营的影响。通过实地勘察可知，隧道顶部覆土约18m，底部埋深约24m，对其进行挖掘时，土舱压力控制值由静止土压力决定，其计算公式为：

在利用上述公式对静止土压力进行计算后，施工人员便可按部就班的开展改良土体与径向注浆作业，结合自动监测所反馈数据，对施工方案加以调整，确保土压始终处于合理范围内。

1.3.3 径向注浆

回填注浆是项目施工不可缺少的环节，通过浇注空隙和未浇实区域的方式，对混凝土结构的整体性进行凸显，另外，这样做还能使土体更加稳定，从根本上解决混凝土泄露等问题。基于地铁隧道桥梁开展转换作业，通常需要用到径向注浆技术，本项目也不例外。在实际施工时，施工人员考虑到环境给项目带来的影响，遂决定将重心放在控制注浆方向上，这是因为只有以项目施工所提出需求为依据，对注浆分布曲线加以调整，才能使其优势得到充分发挥。

利用盾构机开展注浆作业，可为注浆沉降效果提供有力保障。要想使盾构顺利通过，关键是借盾构机之手，对盾构系统进行相应的注浆处理，在落实相关工作时，施工人员应确保注浆压力值始终处于0.3～0.4MPa，注浆压力值过大或过小，均会给施工安全性带来不利影响。

2 其他适用技术及施工要点

在对穿越铁路桥梁的地铁隧道进行施工时，施工人员应以设计方案所提出要求为依据，结合项目情况有选择性的利用相关技术，例如，超前支护，在保证施工质量的基础上，缩短工期并提高施工效率。

2.1 加固隧道顶部

研究表明，一旦隧道施工出现突发情况，上方路面必然会产生沉降变形，要想避免类似情况出现，最有效的方法便是加固土体，在确保上部土体具有理想强度的基础上，对砂土液化问题加以解决。

在开发隧道时，如果存在土体扰动、岩层节理/裂隙/爆破等问题，不仅岩层出现掉块/崩解/塌方情况的几率会大幅增加，还会加剧隧道变形幅度，在阻碍施工继续进行的基础上，给施工人员及群众安全带来威胁。实地勘察结果表明，洞顶土层以砂层、粉质粘土层为主，其中，砂层具有较易液化和透水性强的特点，因此，对多方因素加以考虑后，设计人员提出利用旋喷桩/搅拌桩做加固处理，而加固处理的目的，不仅是为了强化土体稳定性，避免出现塌方问题，还需要实现止水效果，这点应当尤为注意[3]。

2.2 超前支护隧道

地铁隧道下穿前期施工技术的代表为超前支护，要想使该技术的优势得到充分发挥，关键是通过注浆的方式，对隧道断面做加固处理，这是因为隧道开挖必然会损坏岩层，这一情况无法避免，只有使全断面得到加固，才能使岩层原有物力特性发生变化，随着岩层稳定性持续增强，项目施工自然更加稳定且安全。

本项目用来进行注浆加固的主要工具为钢管，其规格为Φ108，通过牢固埋设孔口管的方式，为其止浆作用的最大程度发挥奠定基础。另外，用来加固全断面的材料为水泥浆液，按照1:1的水灰比，利用硅酸盐水泥配置所得，在开展注浆作业时，施工人员应对压力进行严格控制，根据实际情况选择混合式注浆、前进式注浆或其他方法。等到注浆环节告一段落，通过打孔的方式全面检查注浆效果，如果孔吸水量满足1.0L/min×m的条件，便可开展后续工作，若注浆效果没有达到预期，则要及时补充注浆，在注浆效果与项目要求相符的基础上，利用水泥砂浆对检查孔进行封堵，为隧道开挖等环节的顺利推进提供支持。

2.3 隧道初期支护

对地铁隧道项目而言，初期支护主要是指安装钢架、锚杆及混凝土施工。在安装钢架时，施工人员应科学选择安装地点，通过预留原岩空间的方式，为钢架挖槽等环节的高效开展做铺垫，与此同时，施工人员还要确保钢架平面与隧道中线垂直，无论是倾斜度，还是安装存在的偏差，均应处于合理范围。而砂浆锚杆的施工要点，可被归纳如下：其一，仔细检查注浆设备质量是否达标，按照要求截取砂浆锚杆，在测量放线的基础上，利用红漆对钻孔位置进行准确标注；其二，均匀搅拌施工所需砂浆，再按部就班的完成注浆、插锚杆等环节。如果浆液由一次拌和所得，施工人员应在浆液初凝前，尽快利用其完成相关作业，通过不断搅拌的方式，避免浆液沉淀给项目质量带来不必要影响。网喷混凝土主要分为喷射混凝土和网片施工，前者着重强调喷射作业，要求施工人员以分段分片和自上而下原则为指导，在对钢筋壁面与格栅进行喷射的前提下，仔细喷射钢筋格栅[4]。后者需要施工人员以设计方案为依据，先对首层钢筋网进行铺设，再利用混凝土覆盖首层钢筋网，并对第二层钢筋进行平整铺设。

2.4 台阶施工技术

台阶施工分为上台阶支护与下台阶支护，下文将分别对施工及管理要点进行介绍，供相关人员参考。

2.4.1 上台阶支护

等到开挖作业告一段落，结合挖掘隧道桥梁情况，在内部设置相应格栅，确保环向内核心距离不超过100cm，事实证明，只有科学设置格栅，才能使台阶支护得到有效管理，其优势自然可以获得充分发挥。对本项目进行施工时，施工人员应给予台阶上层支护足够的重视，通过综合利用管桩与格栅的方式，确保台阶上层支护及相关工作的固有间隔性和稳定性能够得到凸显，为后续管桩支护等环节的顺利开展提供支持[5]。

2.4.2 下台阶支护

受外界环境影响，本项目存在土层改变、台阶下层渗水的问题，要想避免问题所带来影响的进一步恶化，为项目安全性提供保证，施工人员应对下层台阶支护引起重视，有针对性的引入螺栓管理相关技术，通过增加螺栓数量等方式，确保下层台阶能够获得专门支护，随着下层台阶固有稳定性得到强化，后续施工质效自然能够得到相应保证。

3 结论

上文根据本区间隧道开挖与施工全过程，对施工方案进行了明确，重点分析了隧道施工中力学结构关系，并对施工方案的科学性与可行性进行了研究。此外，在地铁隧道施工中，重点研究了隧道下穿铁路桥梁适用技术，例如，隧道顶部加固、对隧道开挖工序中的不稳定部分进行超前支护，并通过改良土体、径向注浆和台阶施工等方式，对施工技术进行了强化，确保地铁隧道施工有序开展。