浅析盾构穿越既有铁路箱涵施工技术自动保存的.docx

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浅析盾构穿越既有铁路箱涵施工技术自动保存的

技术总结、论文申报评审表

题目

浅析盾构穿越既有铁路箱涵施工技术

申报单位

中铁十四局隧道公司北京地铁昌平线

作者

姓名

工作单位

职称、职务

裴鲁光

十四局隧道公司

助理工程师

工程名称

地铁十四号线九大盾构

工程完工时间

2014年8月

内容提要

本文以北京地铁14号线盾构穿越京哈铁路箱涵为工程背景,针对盾构施工引起的既有铁路箱涵变形问题,采用现场监测、数值模拟相结合的方法进行了研究,主要的工作和成果如下：

（1）总结和论述了盾构法施工的主要技术环节和影响周围环境的主要施工因素。

（2）通过现场监测,获取了盾构穿越京承铁路过程中箱涵沉降、地表横向和纵向变形发展规律,并与数值结果进行了对比分析。

（3）最后结合实际施工参数推进速度、排土量、土仓压力、注浆压力、注浆量进行了分析,并提出减小施工对地层扰动的对策。

综合评价

该论文总结了地铁盾构穿越既有箱涵施工的技术措施

申报单位

评审意见及

推荐等级

（盖章）

年月日

集团公司

评审意见

（盖章）

年月日

备注

附件1

优秀论文申报表

题目

浅析盾构穿越既有铁路箱涵施工技术

申报单位

中铁十四局隧道公司北京地铁昌平线

作者

姓名

单位

职务职称

裴鲁光

十四局隧道公司

助理工程师

论文依托项目背景及完成时间

论文依托项目背景：

以北京地铁十四号线大望路站与盾构区间为工程背景

完成时间：

2014年8月

论文发表及获奖记录

无

论文摘要

本文以北京地铁14号线盾构穿越京哈铁路箱涵为工程背景,针对盾构施工引起的既有铁路箱涵变形问题,采用现场监测、数值模拟相结合的方法进行了研究,主要的工作和成果如下：

（1）总结和论述了盾构法施工的主要技术环节和影响周围环境的主要施工因素。

（2）通过现场监测,获取了盾构穿越京承铁路过程中箱涵沉降、地表横向和纵向变形发展规律,并与数值结果进行了对比分析。

（3）最后结合实际施工参数推进速度、排土量、土仓压力、注浆压力、注浆量进行了分析,并提出减小施工对地层扰动的对策。

申报单位

对论文的

综合评价

项目初审对本论文的评价

单位评审

上报意见

及

申报等级

（盖章）

年月日

集团公司评审意见

（盖章）

年月日

填报单位：

北京地铁昌平线填表人：

裴鲁光

浅析盾构穿越既有铁路箱涵施工技术

隧道公司北京地铁昌平线项目部裴鲁光

摘要：

盾构法施工作为地铁隧道施工的一种重要手段,以其独有的安全、快捷、智能化等特点有着不可替代的作用。

但是施工过程中不可避免对邻近既有结构物的外力的条件和支承状态产生影响。

因此准确预测和控制因施工造成的对邻近结构物影响是盾构法施工中面临的一个重要问题。

本文以北京地铁14号线盾构穿越京哈铁路箱涵为工程背景,针对盾构施工引起的既有铁路箱涵变形问题,采用现场监测、数值模拟相结合的方法进行了研究,主要的工作和成果如下：

（1）总结和论述了盾构法施工的主要技术环节和影响周围环境的主要施工因素。

（2）通过现场监测,获取了盾构穿越京承铁路过程中箱涵沉降、地表横向和纵向变形发展规律,并与数值结果进行了对比分析。

（3）最后结合实际施工参数推进速度、排土量、土仓压力、注浆压力、注浆量进行了分析,并提出减小施工对地层扰动的对策。

关键词：

盾构隧道、既有铁路、加固、监测

1.工程概况

施工段在西大望路与百子湾路交叉口北侧，根据盾构推进顺序，14号线区间隧道与2013.5.26-5.27和2013.10.14-10.15两次下穿京哈铁路框架桥，下穿段里程:

K31+017~K31+045，长约26.2m。

京哈线在上，东西走向；14号线在下，南北走向，如图1-1所示，穿越段平面上位于R1000圆曲线之上，线路纵坡3‰，左、右线下穿位置对应京哈铁路线里程分别为K4+549.2、K4+563.2，线路平面交角分别为81°、79°。

框架桥东西两侧共计五个接触网杆，桥面上排布有3股平行道和4股道岔及其转换设备。

盾构隧道顶距离框架桥结构底板约13m。

环境风险等级：

特一级。

西大望路框架桥位于西大望路与京哈铁路线平交处，框架桥编号为“桥-5”，桥梁中心点的铁路线里程为4+562m，如图1-2所示。

地铁区间左、右线隧道从框架桥下部穿过，分别于京哈铁路下行线里程K4+549.2和K4+563.2m处下穿。

框架桥箱涵宽度为四股道，框架桥北邻通惠河,附近房屋毗连，采用推顶箱涵施工法。

箱涵采用三孔封闭型变截面钢筋混凝土结构,总宽35.4m，总高7.7m（包括防水层厚），全长26.2m（顶板沿公路中线方向）,总重约4630吨，顶程28.11m。

自1972年8月7日破土开槽至1973年2月7日箱涵顶进就位，历时六个月。

连同两边引路的修建及箱涵本身装修于73年5月1日快车道正式通车。

2.施工方法、流程

2.1加强和监测单位的联系和沟通，及时优化参数

加强和监测单位的联系，掌握每天的地面沉降情况，重点对监测数据进行分析，特别是沉降速率的变化，若沉降速率出现异常及时采取措施，并结合每个阶段的沉降控制目标及时调整掘进参数或采取二次补浆控制地面沉降量。

但是参数的调整应循序渐进，不得调整过快。

居民区

居民区

八王坟汽车站

北京东站

图1-1下穿段周围关系图

图1-2下穿段管线图

2.2对接触网杆基础加固

框架桥东西两侧共计五个接触网杆，建议在盾构施工前，经铁路相关部门认可后，对杆体基础以下2m土体进行注浆加固。

2.3设立试验段

盾构进入铁路桥影响范围前，选取影响区前150m区域即K30+843~K30+993作为下穿试验段及评估缓冲期，综合评价试验数据后，选定合适的掘进参数，然后则进入正式下穿影响区。

2.4洞内径向注浆加固地层

（1）在隧道内通过注浆孔打设注浆导管对盾体周围地层进行径向注浆加固，注浆范围如图5-1、图5-2所示：

K31+017～K31+045，注浆管长度2.5m，注浆深度2m，注浆压力0.3~0.5MPa，浆液采用水泥-水玻璃双液浆。

（2）径向注浆在盾尾脱离管片，同步及二次注浆完成后尽快实施，以达到多层次减小框架桥及周边地面沉降幅度和速率的目的，保证工程安全。

2.5优化掘进参数

2.5.1下穿京哈铁路桥优化掘进参数

严格控制盾构掘进参数，确保盾构稳定、匀速通过铁路桥，避免对地层扰动过大，盾构掘进过程中主要控制的参数包括：

1刀盘转速：

为了减少刀盘转动对土地的扰动，适当减小刀盘的转速，刀盘转速要控制在0.8～1r/min。

2土仓压力：

上土压宜控制在1.7～2bar左右，防止土仓压力不足造成洞顶水土流失，出现土地坍塌。

3油缸推力选择：

为防止对既有线结构的挤压和对减少土体的扰动，刀盘扭矩保持在1500～2000KN·m，掘进速度保持在30～40mm/min，推力在150～180t之间，根据实际情况各参数值可进行适当的调整。

4螺旋输送机转速的选择：

要保证掌子面的稳定性，需要保持土仓压力与掌子面压力的动态平衡，螺旋输送机转速一般设置在3～8r/min之间，实际操作根据土仓压力波动情况以及出土情况定。

5土仓压力变动幅度：

盾构掘进应尽量不扰动原始地层，防止由于地层应力释放沉降问题的发生。

将土仓压力变动幅度控制在30kpa之内，这样无论盾构是在掘进状态还是在停机状态，均可以相对维持土仓压力与掌子面的平衡，避免土压力大起大落，产生对掘削土层的扰动，从而达到控制沉降的目的。

2.5.2渣土改良

刀盘前方注入泡沫进行渣土改良。

泡沫溶液的组成：

泡沫添加剂3%～5%，水95%～97%。

泡沫组成：

90%-95%压缩空气和5%-10%泡沫溶液混合组成。

泡沫的注入量按开挖放量计算：

400mL/m3～600mL/m，注入率100ml/min～150ml/min。

2.5.3严格控制出土量

原则：

保持精确出土计量，确保出土不超量。

由于盾构机的特殊构造，使其无法观察到掌子面的情况，只能通过出渣量的多少来推算掌子面的情况，出渣量过大掌子面就可能会出现塌方，所以必须控制好出土量。

根据计算，实际每环出渣量为43m3左右（虚方），用电瓶车渣土计量为每环2.5斗左右。

现场实际计量时，出土量控制可采用掘进240mm出半渣土斗控制，如出土量超标，会使上层土体沉降、塌落，导致大望桥桥桩下沉、桥体开裂和地面塌陷。

在下穿施工过程中，将对出渣量控制进行专门技术交底，并作为一项制度落实，严格进行控制。

2.5.4注浆控制措施

在盾构施工中，当管片脱离盾尾后，在围岩与管片之间会形成宽度为90～125mm的环形空隙。

为了尽快填充环形缝隙，使管片尽早支撑地层，防止地层变形过大而危及大望桥的安全，需要同步进行注浆。

每环同步注浆左右有三：

一是保护管片在短时间内稳定。

二是保证管片壁后与隧道围岩之间短时间内凝固并充填密实，堵住后面来水，预防盾构后面来水涌入刀盘前方造成“喷涌“的可能，造成出土量无法控制。

三是保证盾构过后的后期沉降。

注浆压力取值0.25～0.3MPa。

注浆要做到“掘进、同步注浆，不注浆、不掘进”，通过控制同步注浆压力和注浆量（每环注浆量3～3.5m3左右）双重标准来确定注浆时间，具体注浆参数通过试验段地面沉降情况进行确定，松散系数1.5～1.8。

由于浆液凝结收缩以及同步注浆不足的情况下，管片壁后可能还存在一些空隙，管片脱出盾尾5环时进行二次补偿注浆。

二次注浆采用双液浆（水泥：

水：

水玻璃=1：

0.8:

0.5，水玻璃的掺入量根据需要胶凝时间现场确定），注浆压力控制在0.5MPa以内，保证管片与围岩之间填充密实。

在下穿京哈铁路桥前，对注浆设备（包括备用注浆泵）和搅拌站作全面的检查维修保养，做好充足的材料准备，保证注浆能快速、连续进行。

2.5.5穿越前盾构机的检查措施

盾构机在距离京哈铁路桥10m时，将停止掘进，对所有设备进行彻底的检查和维修，特别是土压计的检定，以保证盾构机在良好的状态顺利穿过京哈铁路桥。

⑴盾构机同步注浆系统、泡沫系统维修

1）对盾构同步注浆管路进行清理，保证4条管路均可用。

2）对注浆泵进行维修，保证2台笨均可用。

对注浆压力传感器进行维修，保证每个注浆压力均正确。

3）对泡沫管路进行疏通，特别是进入刀盘前的发泡剂管。

对泡沫系统进行调整，确保可用。

⑵土压平衡系统以及数据传输系统

为了指导盾构掘进，土压力的现实必须正确，掘进数据必须可以传输到地面监控室，以便地面值班经理指挥隧道内施工。

所以必须做好如下工作：

1）清理土压力传感器，检查传感器的连线，确保土压力在面板显示正确；

2）维修隧道与地面数据传输系统，检查线路并调试，保证可用。

⑶盾构油脂注入系统

为确保盾尾注浆时不漏浆或少漏浆，必须对盾构油脂注入系统进行检查维修，检查油脂泵、油脂管路，确保油脂管路畅通，调整油脂注入压力，确保油脂注入量。

⑷隧道内排水排污系统

为了防止由于盾构接近时喷涌而影响掘进，必须对隧道内的排水系统进行全面的清理检查，并准备足够的排水排污泵。

图4-1京哈铁路桥加固范围平面图

图4-2京哈铁路桥加固范围剖面图

3.桥体加固

3.1桥体加固概述

通过采用粘贴纤维对框架桥顶板和粘贴钢板对框架桥侧墙补强处理，提高该桥的承载力储蓄量。

图6.3-1桥体加固示意图

3.2加固工艺及流程

3.2.1碳纤维加固顶板

碳纤维加固是对框架桥的顶板进行加固才用400宽的碳纤维布满粘顶板。

如下图：

施工工艺如下：

ٕ⑴施工定位放线

由于本工程整个框架桥顶面都需要粘贴碳纤维，放线时应协同甲方确定好板顶的粘贴边线即可。

同时应使碳纤维的方向与原结构钢筋的方向一致，角度偏差在5°范围类。

⑵砼表面处理

①被