马家园车辆段出入段线区间下穿铁路路基方案研究

徐 源

（中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北 武汉 430063）

1 概况

1.1 项目概况

该项目南起西善桥，北止仙新路，线路长约35.49km，设站27 座，采用地下敷设。其中出入段线区间下穿京沪铁路、南京东编组站咽喉区铁路。

1.2 出入段线概况

该项目出入段线区间依次下穿仙新路、天加空调地块、侧穿开闭所、下穿京沪下行线、南京东编组站咽喉区铁路、京沪上行线，在王子楼村出地面后接马家园车辆段（见图1）。区间采用矿山法、盾构法及明挖法等多种工艺。区间主要控制因素为京沪铁路、南京东编组站咽喉区多股铁路。

图1 区间线路平面示意图

1.3 工程地质情况

参考临近项目钻孔资料，下穿处岩土从上至下主要有①-1 杂填土、①-2 素填土、②-1b2-3 粉质黏土、②-2b3-4 粉质黏土、④-1b1-2 粉质黏土、④-2b2 粉质黏土、④-3b1 粉质黏土、J1-2xn-1 全风化细砂岩、粉砂质泥岩、J1-2xn-2 强风化细砂岩、粉砂质泥岩和J1-2xn-3p 中风化细砂岩、粉砂质泥岩。

2 区间下穿铁路路基方案研究

2.1 区间线路方案

区间出站后以200m 半径曲线下穿天加空调地块，侧穿开闭所，依次下穿军辅线、京沪下行线、峰下线、联络线、禁溜1 线、驼峰1 线、驼峰2 线、迂回线、机车入库线、机车出库线、沪宁三线、京沪上行线、环到线等铁路后向西以300m 半径下穿仙新路接马家园车辆段。下穿南京东编组站铁路段位于直线上，下穿京沪上行线段位于曲线上，曲线半径R=300m，与铁路最小夹角为58°。区间下穿驼峰线405、407 号道岔，距离东侧409、413 号道岔30.5m，距离西侧401、403 号道岔30m。区间线路采用V 字坡，最大纵坡34.943‰，区间覆土0 ～16.5m，区间设置一座废水泵房。

2.2 地基加固方案

通过总结国内相关工程经验及成果，参照相关下穿铁路的成功经验，结合该项目实际情况，穿越南京东编组站铁路及京沪铁路段地面加固方案采用旋喷桩止浆和袖阀管主、次注浆加固方案，旋喷桩加固φ800@600三管旋喷桩，袖阀管为φ50@1m×1m 斜管。

2.3 工程建议保护标准

项目的施工不可避免地将对京沪铁路、南京东编组站铁路路基带来一定影响，为了保证铁路的安全运营，该工程铁路线控制标准参考国内外相关工程经验及相关规定，建议的控制标准如下。

（1）普速铁路区段沉降控制值以《铁路线路修理规则》（铁运〔2006〕146 号）为标准进行控制，其沉降控制值采用10mm，隆起为0mm，道岔允许变形±1mm。

（2）无加固时，盾构掘进综合地层损失率为0.8%；采取加固措施时，非加固区段地层损失率为0.8%，加固区段地层损失为0.5%。

2.4 Peck 公式计算分析

对于盾构隧道施工引起地面沉降预测，采用Peck 公式计算。

盾构穿越建（构）筑物施工期间，需根据监测信息调整盾构推进及排土速度。本项目区间盾构穿越南京东编组站铁路路基范围内，盾构隧道位于④-1b1-2 粉质黏土、④-2b2 粉质黏土、④-3b1 粉质黏土中；盾构穿越京沪上行线铁路路基范围内，盾构隧道位于②-2b3-4 粉质黏土、④-1b1-2 粉质黏土、④-2b2 粉质黏土、④-3b1粉质黏土、J1-2xn-2 强风化砂岩中。非加固区盾尾地层损失率按照0.8%，加固区地层损失率按0.5%考虑。

由Peck 公式得到，盾构穿越南京东编组站铁路路基范围内，当地层损失率为0.8%时，单线贯通后地表最大沉降为11mm，双线贯通后地表最大沉降为16.2mm，不满足路基变形控制要求；当采取加固措施并且地层损失率为0.5%时，单线贯通后地表最大沉降为6.7mm，双线贯通后地表最大沉降为9.93mm，满足沉降控制10mm 的要求；盾构穿越京沪上行线铁路路基范围内，当地层损失率为0.8%时，单线贯通后地表最大沉降为12mm，双线贯通后地表最大沉降为16.1mm，不满足路基变形控制要求；当采取加固措施并且地层损失率为0.5%时，单线贯通后地表最大沉降为7.7mm，双线贯通后地表最大沉降为9.97mm，满足沉降控制10mm 的要求。

2.5 数值计算分析

（1）计算方法。根据区间隧道与南京东编组站铁路及京沪铁路的位置关系，采用GTS NX 建立三维模型，进行数值计算分析。该项目采用土体弹塑性摩尔-库伦本构模型，并对土体进行钝化来模拟隧道开挖，根据盾构隧道的实际工序来模拟隧道开挖。具体盾构施工的模拟过程：①激活土层、加固土体、边界约束条件。②“杀死”三个管片长度（3.6m）范围内的隧道土体单元模拟土体的开挖，土层释放系数在本部开挖后为0.15和0.85。③“激活”三个管片长度（3.6m）的盾构管片单元。④重复②～③的模拟步骤，直至完成整个盾构隧道的贯通。

（2）计算模型。①下穿南京编组站铁路路基段计算模型。此次计算运用GTS NX 进行三维影响分析，根据盾构隧道的实际工序来模拟隧道开挖，模型长、宽、高分别为237.145m×86m×45m。南京东编组站铁路列车荷载按照“中-活载”考虑（见图2）。

图2 计算模型

模拟过程中对两条盾构隧道分别进行开挖，此次计算假定先进行右侧隧道开挖，再进行左侧隧道开挖。分别考虑不采取加固措施及袖阀管注浆和旋喷桩加固两种工况。计算结果显示，下穿京沪下行线铁路路基段，不采取加固措施的情况下，右线隧道下穿铁路后路基最大沉降为4.85mm，左线隧道下穿铁路后路基最大沉降为7.06mm，满足铁路路基沉降控制要求。下穿南京东编组站驼峰线铁路路基段，当不采取地面加固措施时，右线隧道下穿铁路后路基最大沉降为10.28m，左线隧道下穿铁路后路基最大沉降为15.87mm，不满足铁路路基沉降控制值10mm 的要求。在采取加固措施的情况下，右线隧道下穿铁路后路基最大沉降为4.37mm，左线隧道下穿铁路后路基最大沉降为7.18mm，满足铁路路基沉降控制要求。

②下穿京沪上行线铁路路基段计算模型。模型长、宽、高分别为142m×140m×40m。模拟过程中对两条盾构隧道分别进行开挖，此次计算假定先进行左侧隧道开挖，再进行右侧隧道开挖。分别考虑不采取加固措施及袖阀管注浆和旋喷桩加固两种工况。计算结果显示，下穿京沪上行线铁路路基段，当工况一不采取地面加固措施时，右线隧道下穿铁路后路基最大沉降为7.57m，左线隧道下穿铁路后路基最大沉降为10.31mm，不满足铁路路基沉降控制值10mm 的要求。工况二在采取加固措施的情况下，右线隧道下穿铁路后路基最大沉降为4.31mm，左线隧道下穿铁路后路基最大沉降为5.02mm，满足铁路路基沉降控制要求。

2.6 区间紧临道岔处理

区间下穿南京东编组站驼峰线405#、407#道岔，区间隧道位于道岔正下方，盾构下穿时道岔位于区间沉降影响范围之内。道岔类型为50-12 型，该道岔位于南京东编组站内，为南京东编组站使用。经调查，该道岔为侧向道岔，在盾构掘进完成及工后沉降稳定时间段时间内可以临时钉闭。鉴于道岔沉降控制严格，避免盾构下穿时道岔沉降过大，不满足列车安全运营要求，建议在盾构下穿前后共4 个月时间内对405#、407#道岔道岔采取临时钉闭措施。

2.7 下穿铁路技术措施及建议

（1）盾构施工地层损失率控制。计算预测结果显示，盾构区间隧道施工过程中地层损失率在0.5%以内时可较好地控制地铁施工对铁路的影响。根据类似工程经验，通过加强施工控制，盾构区间穿越铁路段地层损失率需控制在0.5%以内，以有效控制轨道交通施工对铁路的影响。

（2）穿越段管片预留注浆孔。穿越段管片增设注浆孔以提高二次补充注浆效果，根据监测情况及时进行二次补充注浆，必要时可通过预留注浆孔对周边土体进行注浆加固以控制沉降与变形进一步发展。

（3）穿越段管片加强配筋。加强管片配筋设计：铁路线路下方及两侧各20m 范围内的钢筋混凝土管片采用加强型配筋，穿越段管片采用8.8 级螺栓进行加强。

（4）普速铁路地基加固。下穿普速铁路段采用旋喷桩止浆和φ50@1m×1m 袖阀管注浆加固方案，袖阀管梅花形布置。旋喷桩将需要加固的区域分隔成主加固区和次加固区。

3 结束语

经过分析论证，该项目采取的工程方案能够有效降低实施过程中对铁路路基及邻近道岔的影响。