地铁施工中盾构下穿铁路技术控制

【摘要】本文对北京地铁昌平线二期5标十三陵景区站～西关环岛中间风井盾构区间下穿京通铁路施工进行了分析。在该施工过程中，根据现场实际情况，采取多种措施共同确保既有线运营安全，达到了减小盾构掘进施工对铁路运行影响的目的，以便今后类似工程借鉴。

【关键词】地铁盾构施工；盾构下穿既有线；扣轨加固；径向深孔注浆加固

正 文

一、引言

在城市地铁盾构區间下穿既有铁路施工中，控制掘进中的地表沉降量是盾构掘进施工的关键，对铁路线路采用扣轨加固，同时对线路限速45km/h，确保既有线运营安全；盾构隧道穿越铁路段及前后各20环范围， 每环管片上设置16个注浆孔，待盾构机通过后进行二次深孔注浆加固，对管片背后进行回填，并使土体凝固，提高土体的自稳能力，是盾构区间下穿既有线控制沉降量的有效办法。

二、工程概况

北京地铁昌平线二期5标十三陵景区站～西关环岛中间风井盾构区间，右K2+744～K2+792（左K2+746～K2+794）下穿京通铁路，其中右线盾构隧道通过铁路路基处埋设有一处圆管涵（直径1m，埋深1m），京通铁路为碎石道床单线非电气化铁路，区间隧道下穿段铁路路基高度约3m，宽度约11m，京通铁路昌平站～昌平火车北站段通行列车较少。

三、主要施工方法

（一）扣轨加固

为确保既有线运营安全，对线路采用扣轨加固，同时对线路限速45km/h；铁路扣轨加固范围沿铁路方向根据隧道开挖的破裂角确定，线路扣轨长度50m，两端伸出盾构边墙以外不小于15m。

线路加固采用3-5-3扣轨加固，加固段全部换成长木枕，并在轨底增设垫板，以加固轨面。扣轨、枕木联接大样见图1：

（二）路基圆管涵加固

（1）加固范围

为保证盾构隧道施工期间铁路圆管涵正常运营，对圆管涵下方地基进行注浆加固。注浆加固范围沿地铁隧道方向上向路基两侧各延伸2m，总长16m；宽度为圆涵两侧各延伸3m，总宽6.96m；埋深为地面以下2m，注浆层厚度2m，注浆范围内主要为中粗砂、粉质粘土。

（2）注浆施工工艺

①钻孔。采用地质钻机进行钻孔，钻杆顶进时，注意保护管口不受损、变形，以便与注浆管路连接。

②下管。钻孔钻至设计位置后，插入直径60mm，t=4mm钢管。钢管在注浆段长度开φ6mm小孔，孔间距15cm。

③注浆。将注入材料施加压力，实现渗透效果。注浆顺序应先注周边，后注中间，并应间隔钻孔注浆。注浆压力控制在0.2～0.5Mpa，注浆压力以水泥浆液能顺利注入为原则，尽可能采用较小的注浆压力，减小路基顶面冒浆的可能性，靠近路基面的第一排注浆管注浆压力控制在0.2Mpa，并适当减少浆液的注入率。

④注浆结束标准。采用双指标标准，即注浆压力达到设计压力或注浆压力未达到设计压力，但注浆量达到设计注浆量，即可停止注入。

（三）设置试验段，优化施工参数

穿越前100m即K2+644～K2+744段设置掘进试验段，取得最优施工参数，主要包括盾构掘进姿态、总推力、扭矩、土舱压力、碴土改良、注浆量及出碴量和沉降变形数据等，并形成总结报告，为盾构下穿铁路施工提供参考。

（四）设备全面检修

在铁路北侧协调占地，通过地表注浆加固地层，在穿越铁路前在区间隧道内开仓对盾构机刀盘、刀具进行全面检查维修，更换磨损严重的刀具；对盾构机推进系统、泡沫系统、运输设备等进行全面检修，确保盾构机以最佳机况穿越铁路。加固方式采用旋喷桩加固，每个加固宽度为隧道两侧各1m，加固长度为4m，加固深度为隧道顶部以上6m至隧道底部以下1m共13m，钻孔按500×500mm梅花形布置。

（五）径向深孔注浆加固

盾构隧道穿越铁路段及前后各20环范围，采用增设预埋注浆孔衬砌环。下穿铁路段管片采用钢筋加强型管片，且每环管片上每22.5°设置一径向注浆孔，即每环设置16个注浆孔，待盾构机通过后进行二次深孔注浆加固。二次深孔注浆平面范围见图2：

（1）注浆加固范围

二次深孔注浆加固范围为隧道上部180°，注浆形成有效厚度不小于2m的注浆圈。具体如图3。

（2）注浆方式

预埋的16个注浆孔材料同管片吊装孔材料，注浆时将孔底部打穿。径向补注浆为水泥浆，水灰比为1：1，具体做法为：

①先将与管片注浆孔配套外有螺纹长50cm的钢管安装在管片吊装孔中，钢管安装时螺纹处用生料带缠绕，钢管外露10cm并接上单向球阀；

②采用风钻进行钻孔，钻杆顶进时，注意保护管口不受损、变形，以便与注浆管路连接；

③钻孔过程中每循环钻进50cm便进行注浆加固，加固成型后再进行钻进施工，如此循环钻孔和注浆，逐步深入，直至钻孔、加固至隧洞外径向2m。

④注浆导管采用直径42mm、长度2m、壁厚3.5mm的钢管。

⑤下穿段注浆量Q=πR2Lnαβ=π（52-32）*48*0.4*0.8*1.15=443.9方

L—加固段长度（m）

n—地层空隙率（按地质报告取40%）

α—地层填充系数（0.8）

β—浆液消耗系数（1.15）

每环注浆量Q1=Q/40=443.9/40=11.1方

对隧道上部8个预留孔进行注浆，每孔注浆量Q2=Q1/8=11.1/8=1.38方

⑥注浆压力

注浆压力不大于0.5Mpa，以避免对管片造成损坏。

（3）注浆结束标准

采用双指标标准，即注浆压力达到设计压力或注浆压力未达到设计压力，但注浆量达到设计注浆量，即可停止注入。

结 语

通过扣轨加固、线路限速、径向深孔注浆加固、圆管涵加固等一系列措施在本施工中的实践，减少了盾构掘进施工带来的地表沉降，确保了既有铁路线路的正常安全运营，为今后类似施工积累了宝贵的经验。

参考文献

[1]《十三陵景区站-昌平站区间盾构下穿京通铁路加固专项设计》（中铁工程设计咨询集团有限公司，2014年10月）.

[2]《十三陵景区站～昌平站盾构区间线路平纵断面及盾构端头井加固》（上海市城市建设设计研究总院，2014年4月）.

[3]京铁师【2013】731号 北京铁路局关于印发《北京铁路局路外工程建设管理办法》的通知.

[4]《北京市轨道交通工程盾构施工管理规定》.

[5] 京通铁路前期调查资料.

作者简介：王栋（1988～ ），男，助理工程师，从事地铁工程技术，2011年毕业于石家庄铁道大学，工学学士。