李 媛

(中铁十六局集团地铁工程有限公司 北京 101116)

1 引言

铁路作为国家重要基础设施和关键交通运输工具，已遍布祖国大江南北。近些年，随着城市轨道交通的快速发展，势必面临大量下穿既有运营铁路的情况，为此，众多学者对地铁隧道下穿既有运营铁路做了大量理论分析和现场实践工作。

杜虎[1]采用理论和现场实践结合的方法，分析盾构下穿既有铁路变形规律，提出合理控制方案。孙连勇等[2]采用数值计算的方法对盾构隧道近距离下穿铁路进行变形分析，提出钻孔灌注桩的加固方案。王坤[3]通过数值模拟对盾构穿越铁路区域进行沉降变形规律分析，提出软土地区盾构下穿铁路路基控制方法。韩学芳[4]提出采用混凝土+钻孔桩+CFG桩联合加固措施，实现有效控制盾构隧道下穿城际铁路路基沉降变形的目的。郑余朝等[5]采用经验公式和数值模拟，提出一种地铁隧道安全下穿铁路的变轨控制方法。郭波[6]通过分析盾构施工过程中对高铁桥墩的变形特征，提出隧道周边的加固措施。张坚等[7]通过分析地铁车站穿越桩基础的位移变形规律，提出桥桩地面预注浆加固方案。

然而，高速铁路的快速发展和兴建，铁路线路逐渐呈多股并行形态，地铁隧道也将面临短距离内连续下穿多股铁路的施工难题，受铁路运营、变形要求、沉降控制等影响，城市轨道交通施工难度越来越大、面临的风险越来越高、要求也越来越严格。

本文以成都地铁17号线人民塘站～航天路站盾构区间连续下穿四股运营铁路为背景，提出行之有效的地层预处理技术方案并得到成功应用，为以后类似工程提供施工借鉴。

2 工程概况

成都地铁17号线人民塘站～航天路站盾构区间从人民塘站始发，经成华大道，三环路到达航天路站接收。盾构区间隧道在100 m范围内连续下穿牛龙路三线特大桥、东环道岔特大桥、城际动走下行路基段和西城客专北湖道岔特大桥。区间下穿段线路中心线间距为27.64 m，线路纵坡26‰，穿越段线路为缓和曲线和直线段，与铁路线路斜交约56°角，与桥桩最小平面净距约3.2 m。下穿路基段隧道顶埋深约21.2 m，隧道主要位于强风化和中风化泥岩地层。

区间隧道分别从牛龙路三线特大桥第14＃、15＃、16＃桥墩之间穿过，从东环道岔特大桥第80＃、81＃、82＃桥墩之间穿过，从西成客专北湖道岔特大桥第153＃、154＃桥墩、155＃桥台之间穿过，见图 1所示。

图1 区间隧道与多股铁路平面图

牛龙路三线特大桥为动车运行铁路桥，东环道岔特大桥为普通列车运行铁路桥，两座桥上部结构为预应力砼简支T梁，采用碎石道床；下部结构为摩擦型钻孔桩基础，桩径为1.25 m；城际动走下行线为动车运行线路，采用路基碎石道床；西成客专北湖道岔特大桥为动车、高铁运行铁路桥，整体道床下部结构采用摩擦型钻孔桩基础，桩径为1 m。上述四条铁路均处于正常运营状态。

3 施工重难点

(1)沉降要求高。区间隧道在有限范围内连续下穿四股既有运营铁路，涉及铁路运营部门多，对盾构施工引起的沉降要求严格，尤其高铁运营线路对沉降要求极高。

(2)影响范围大。区间隧道与四股既有运营铁路小角度交叉，穿越距离长，影响范围大。

(3)工期紧、任务重。对牛龙路三线特大桥、东环道岔特大桥、城际动走线、北湖道岔特大桥地层的防护措施均在铁路运营期间进行，为了确保盾构区间隧道贯通的计划目标，工期紧、任务重。

(4)环境复杂。区间隧道下穿铁路的地层主要为全风化泥岩、强风化泥岩、中风化泥岩，地质条件和周边环境复杂，增加了穿越过程中地层沉降量的控制难度。

4 地层预处理方案

为了确保既有铁路运营安全，最大限度减少区间隧道盾构掘进对既有铁路运营干扰，减少地面沉降，对四股铁路采用表1所示的地层预处理措施。

表1 下穿段地层预处理措施

4.1 牛龙路三线特大桥地层处理方案

对牛龙路三线特大桥第14＃、15＃、16＃桥墩桩基础外1.5 m处采用单排共16根φ299 mm@500钢管隔离桩，间距0.5 m，加固深度为31.25 m。隔离桩采用潜孔钻机成孔，φ299钢花管与成孔同步实施，采用水泥浆液压浆填充，共计61根，见图2所示。

图2 牛龙路三线特大桥第14＃、15＃、16＃桥墩地层处理

4.2 东环道岔特大桥地层处理方案

对东环道岔特大桥第80＃、81＃、82＃桥墩桩基础外1.5 m处采用单排共16根φ299 mm@500钢管隔离桩，间距0.5 m，加固深度为31.18 m。隔离桩采用潜孔钻机成孔，φ299钢花管与成孔同步实施，采用水泥浆液压浆填充，共计64根，见图3所示。

图3 东环道岔特大桥第80＃、81＃、82＃桥墩地层处理

4.3 城际动走线路基地层处理方案

对盾构通过城际动走线前，在地层进行加固，加固方式采用68根φ80袖阀管(排间距为1 m，相邻两根间距为0.5 m)对路基松散和稍密卵石层进行注浆加固，泥浆液配合比、注浆压力等参数执行先试后做原则，见图4所示。

图4 城际动走线路基地层处理

4.4 西成客专北湖道岔特大桥地层处理方案

对西成客专北湖道岔特大桥第153＃、154＃、155＃桥墩桩基础外1.5 m处采用单排共9根φ299 mm@500钢管隔离桩，间距0.5 m，加固深度为30.8 m。隔离桩采用潜孔钻机成孔，φ299钢花管与成孔同步实施，采用水泥浆液压浆填充，共计64根，见图5所示。

图5 西成客专北湖道岔特大桥第153＃、154＃、155＃桥墩地层处理

5 地层预处理技术

5.1 钢管隔离桩施工技术[8-9]

(1)钻孔

钻机采用HM90型，根据设计图在工作面上用油漆标定钻孔位置，调整钻杆，移动钻机至钻头对准孔位处。按照隔一钻一的顺序钻孔，逐渐加密注浆并根据钻孔情况，及时调整注浆参数，加快施工效率。钻孔的同时做好孔号、进尺、起讫时间、地层裂隙发育情况、出现涌水位置、涌水量和涌水压力的记录。

(2)制备水泥浆液

采用PC42.5R早强型复合硅酸盐水泥作为压力灌浆材料，制浆机制备水灰比0.6～0.8的均匀浆液，随搅随用，并在浆液初凝前使用完。

(3)绑设压浆管

采用抗压大于3 MPa的高压缠丝橡胶压浆管，压浆接头保持密闭，不漏浆不泄浆，绑设牢固不脱落。

(4)压浆

采用压浆泵压浆，压浆开始时用清水或稀浆走孔，结束时用浓浆封孔，灌浆压力控制在0.2～0.5 MPa左右，当发生压力急剧上升或压浆管剧烈抖动时，压浆立即停止，迅速打开回浆筏门，以免漏浆、爆管。

(5)场地清理

封孔完成后进行场地清理，主要是人工作业，对残留材料清除出场，场地平整、夯实。

5.2 路基地层处理技术[10-12]

(1)施工准备工作

钻孔。依据钻孔位置图确定偏差不大于50 mm的孔位，钻孔过程中随时检查钻孔偏差度，需不大于1%。

插入袖阀管。采用φ48，分节长度2 m的袖阀管。依次放袖阀管到孔底，堵头封闭第一节袖阀管底部，套箍联接相邻两节袖阀管。安装深度与钻孔深度一致，最大误差不大于20 cm，袖阀管接至地面以上0.3 m后用彩条布包裹孔口，孔口0.7～1.0 m范围内用普通硅酸盐水泥掺加3%的速凝剂封堵，防止注浆时浆液窜至地面。

(2)注浆过程

①注浆参数

注浆采用水泥浆。主要参数见表2所示。

表2 注浆主要参数

②配制浆液

按1∶1的水灰比进行至少5 min的浆液搅拌，使水泥充分溶解，浆液达到良好的可泵性、和易性、保水性，同时在注浆过程中要不停缓慢搅拌。

③注浆

注浆顺序为先外围、后内部。施工时要跳孔间隔注浆以防止窜浆和提高钻孔利用率。压注浆液时要缓慢、均匀、连续加压至设计值，并保持稳压2 min以上。

④注浆结束标准

外围孔注浆控制以限制注浆量为主，结合注浆压力终压及稳压状态综合判断，内部孔无法注入为止。注浆后及时用清水清孔，清除袖阀管内残留浆液，以用于下次跟踪注浆。

(3)跟踪注浆施工工艺

当地表监测发现异常或出现超挖时，要迅速做好地表跟踪注浆。一般采用纯水泥浆浆液，压力控制在0.3～0.4 MPa，注浆过程中还应做好注浆压力和地表变形的观测，预防地表隆起的发生。

6 结论

(1)成都地铁17号线人民塘站～航天路站盾构区间在连续下穿四股铁路地层预处理施工过程中，针对不同的铁路基础形式，采用钢管隔离桩和路基注浆进行预处理，可以在保证铁路正常运营的情况下，有效控制地面沉降，实现了较好的地层预处理效果。

(2)盾构隧道穿越铁路过程中，同时要做好轨道沉降、下穿区外地层和桥台结构监测，以便根据实际情况对既定的地层处理方案做出及时调整，保证盾构隧道下穿施工安全。