李斯

1.中国铁道科学研究院集团有限公司 铁道建筑研究所， 北京 100081； 2.北京铁科特种工程技术有限公司， 北京 100081

高速铁路对无砟轨道线路平顺性有极高的要求［1］，盾构隧道下穿时高速铁路路基的沉降变形控制至关重要。针对盾构隧道下穿高速铁路路基段有一些研究。宋月光［2］通过数值计算和现场监测得出，北京地铁某区间下穿京张高速铁路路基工程时，注浆加固能有效控制路基沉降。张飞［3］以石家庄地铁4 号线盾构区间下穿京石高速铁路路基段为例，通过数值模拟分析得出隧道双线间距越小，地表沉降越大。刘新军［4］通过数值模拟分析南京地铁4 号线盾构隧道施工对京沪高速铁路的影响，得出考虑列车荷载，地层损失率为8‰时，单线、双线贯通时线路最大沉降分别为8.54、9.57 mm。张飞［5］以青平城际轨道交通下穿潍莱高速铁路工程为研究背景，采用FLAC 3D 软件进行仿真分析得出，随着隧道开挖，隧道拱顶沉降逐渐增大。李宜霖等［6］以北京地铁27 号线暗挖隧道下穿地铁13号线与京张高速铁路工程为例，分析开挖施工完成后地铁钢轨和高速铁路钢轨竖向位移的变化规律。白阳阳、王立新等［7-8］以西安地铁1 号线三期盾构隧道下穿徐兰高速铁路为工程背景，通过数值模拟分析得出，采用地面袖阀管注浆和管幕工法加固能有效控制轨道和路基沉降。曹小平等［9］以福州地铁5 号线盾构隧道下穿在建福厦高速铁路高填方路基为工程背景，通过监测分析发现，采用桩板结构进行地基处理后，盾构下穿时路基不同位置处仅发生微小沉降。曹佳宁［10］研究发现南京地铁4号线隧道下穿京沪高速铁路软土路基时，沉降主要发生在工后，沉降稳定时间较长，沉降槽深度和宽度均较大。

既有研究分析了不同工况下盾构隧道对铁路轨道或路基的影响及应对措施。本文以西安地铁1号线秦宝（秦都站—宝泉路）区间盾构隧道下穿徐兰高速铁路无砟轨道路基段为工程背景，对盾构下穿期间徐兰高速铁路轨道沉降和路基不同层位进行实时监测，从空间和时间两个维度分析不同穿越阶段高速铁路轨道和路基沉降规律，并给出自动化监测预警管理阈值和红色预警后的应对措施。

1 工程概况

徐兰高速铁路采用双块式无砟轨道，秦宝区间盾构隧道近于正交下穿徐兰高速铁路（图1），交角91° ～93°。徐兰高速铁路为东西走向，从南向北依次是Ⅲ、Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ股道。盾构隧道为双线圆形隧道，隧道直径6.0 m，左右线中线间距19.28 m。盾构隧道右线、左线依次穿越徐兰高速铁路路基段。采用加泥式土压平衡盾构和克尼效注浆工艺。从盾构机的径向孔往盾体外注克泥效，及时填充土体和盾体之间的空隙，同时根据监测情况控制注入压力和注入量，控制地表沉降。

图1 盾构隧道和徐兰高速铁路相对位置（单位：m）

根据DB 6101/T 3100—2021《城市轨道交通下穿铁路监测技术设计规范》，区间盾构隧道下穿徐兰高速铁路路基段时须对徐兰高速铁路方向99.44 m 长区段进行监测。下穿段监测分区见表1。其中，H为盾构隧道底板埋深。

表1 下穿段监测分区

徐兰高速铁路路基段地基处理采用水泥粉煤灰碎石（Cement Fly-ash Gravel，CFG）桩，桩间距1.8 m，桩径0.4 m，桩长13.0 m。为避免盾构切割CFG 桩，隧道拱顶距离CFG 桩底不少于3.2 m。隧道穿越段地层自上而下依次为素填土、新黄土、古土壤、细砂、粉质黏土等。隧道主要穿越粉质黏土层，该层孔隙比0.6，液性指数0.26，压缩系数0.22 MPa-1。隧道顶部有厚6 m 的富水细砂层，承载力较小。为避免隧道盾构下穿时富水细砂层发生较大沉降，采用袖阀管对细砂层注浆加固。加固范围参见图1（b）。

2 自动化监测方案

盾构隧道下穿期间，为实时掌握盾构掘进对高速铁路轨道、路基不同层位土体的影响，沿线路纵向连续布设自动监测系统，24 h 实时采集、分析、反馈监测结果。

轨道测线布置在徐兰高速铁路轨道结构支承层上，由南向北轨道测线编号依次为T1—T4，主要、次要、一般监测区测点间距原则上按照3、5、10 m 布置，每条测线布置27 个测点，测点编号由东向西分别为T1-1—T1-27、T2-1—T2-27、T3-1—T3-27、T4-1—T4-27。其中各测线14 号测点位于隧道左右线中线附近。每个测点布置1 个物位计，监测轨道竖向位移，参见图1（a）。

路基不同层位土体测线分别布置在Ⅲ股道南侧路肩、Ⅲ股道与Ⅰ股道线间、Ⅰ股道与Ⅱ股道线间、Ⅱ股道与Ⅳ股道线间、Ⅳ股道北侧路肩。

从南向北路基不同层位土体测线编号依次为D1—D5，主要区布置5 个测点，次要区和一般区各布置2 个测点。每个测点布置4 个物位计，分别监测路基面、CFG 桩顶、桩底和隧道顶部1.5 m 处土体竖向位移，见图2。

图2 路基不同层位土体测点物位计布设方式

受站台和咽喉区场地约束，部分测线未能覆盖所有监测范围。路基不同层位土体测点编号由南向北依次为D1-4—D1-9、D2-1—D2-7、D3-3—D3-9、D4-1—D4-7、D5-3—D5-9，其中各测线5 号测点均位于隧道左右线中线附近，参见图1（a）。

盾构隧道下穿前，对所有测点初始值进行标定，自盾构隧道进入徐兰高速铁路范围开始监测，下穿通过后继续监测，直至最后100 d 最大竖向位移速率小于0.04 mm/d，方可结束监测。

3 监测结果

3.1 徐兰高速铁路轨道竖向位移

不同阶段徐兰高速铁路各股道竖向位移曲线见图3。可知：①隧道右线穿越前，徐兰高速铁路轨道竖向位移基本保持在-0.3 ～ 0.5 mm，线路平顺性较好。右线穿越后，Ⅱ股道上测点T3-17 沉降最大，其值为2.60 mm。沉降槽呈V 形，沿徐兰高速铁路影响范围宽约30 m。②隧道左线穿越后，Ⅳ股道上测点T4-11沉降最大，其值为3.51 mm。沉降槽呈W 形。③隧道沉降稳定后，隧道右线、左线正上方轨道最大沉降分别为3.21、3.39 mm。综合来看，在隧道左右线的中线相距19.28 m 的情况下，先行线隧道穿越对后行线轨道竖向位移影响不大。

图3 不同阶段各股道沉降曲线

3.2 徐兰高速铁路路基不同层位土体竖向位移

路基不同层位典型测点D3-5、D4-5竖向位移时程曲线见图4。可知：①盾构隧道穿越过程中测点D3-5处路基面、CFG 桩顶和桩底竖向位移规律基本一致。隧道左线穿越后隧道顶部土体应力重新分布，沉降有了一定程度的恢复。②测点D4-5 处由于隧道左线穿越后盾尾进行了注浆施工，隧道顶部土体出现隆起现象，但是路基面、CFG 桩顶和桩底土体仍出现规律类似的沉降现象。③盾构隧道左线穿越后，测点D3-5与测点D4-5 处土体应力重新分布，竖向位移在-4.1 ～1.2 mm 波动，约100 d 后两个测点竖向位移均趋于稳定。

图4 典型测点D3-5、D4-5竖向位移时程曲线

4 预警措施

盾构隧道下穿期间，根据徐兰高速铁路轨道竖向位移、路基不同层位土体竖向位移监测结果实时预警。预警管理阈值和预警级别见表2。

表2 徐兰高速铁路预警管理阈值和预警级别

总竖向位移和竖向位移速率均达到黄色预警值，或其中一个指标达到橙色预警值时进行黄色预警。总竖向位移和竖向位移速率均达到橙色预警值，或其中一个指标达到红色预警时进行橙色预警。总竖向位移和竖向位移速率均达到红色预警值进行红色预警。

依据监测结果，盾构隧道下穿徐兰高速铁路期间共发出红色预警1 次、橙色预警1 次、黄色预警1 次。其中隧道右线穿越Ⅰ股道时出现红色预警，测点T2-14 竖向位移速率达到2.11 mm/d。各设备管理单位立即上道对行车设备进行检查；施工单位对预警点位管片进行二次注浆，利用地质雷达对预警点位隧道周围土体进行扫描，报告分析结果；监测单位实时报告预警点位监测结果。通过预警处置及时消除了该点位后续发生较大变形的可能性，保障了徐兰高速铁路的运营安全。

5 结语

对西安地铁一号线盾构隧道下穿徐兰高速铁路路基工程，不同穿越阶段各部位轨道沉降和路基不同层位变形进行自动化监测与分析，并给出监测预警管理阈值和红色预警后的应对措施。主要结论如下：

1）盾构隧道下穿会引起高速铁路无砟轨道沉降，右线穿越后，Ⅱ股道上测点T3-17处轨道沉降最大，其值为2.60 mm；隧道左线穿越后，Ⅳ股道上测点T4-11处轨道沉降最大，其值为3.51 mm。两测点沉降量在红色预警值5 mm以内，不影响高速铁路运营安全。

2）盾构隧道右线穿越后，徐兰高速铁路轨道沉降槽呈V形，沿徐兰高速铁路影响范围宽约30 m。

3）盾构隧道右线、左线先后穿越，对施工线正上方徐兰高速铁路无砟轨道影响较大，对相邻线正上方无砟轨道影响不大。

4）盾构隧道左线下穿后土体应力重分布，竖向位移在1.2 ～ -4.1 mm波动，约100 d后变形趋于稳定。