盾构下穿既有铁路安全技术措施及参数控制.pdf
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1、 :盾构下穿既有铁路安全技术措施及参数控制收稿日期:作者简介:李棋(),男,硕士,工程师,从事城市轨道交通建设、铁路建设工作李棋,闫富华(中电建铁路建设投资集团有限公司,北京 ;中国水利水电第五工程局有限公司,四川 成都 )摘要:以 的大直径盾构穿越铁路路基为例,介绍了盾构穿越前的 型梁加固方案、盾构掘进参数控制等关键环节,对穿越前后主要影响范围内数据进行监测分析,得到主要结论有:三个断面均是两侧沉降大,洞间沉降小,最大沉降为 ;在耦合作用影响下,第二监测断面数据变化最为剧烈,隧道中线初次扰动范围测点沉降更大;密实砂卵石与泥岩复合地层较快速穿越对沉降控制有良好“正效应”,为类似工程提供一定参考
2、。关键词:大直径盾构;铁路路基;复合地层;沉降;穿越中图分类号:文献标识码:文章编号:()引言随城市经济、人口日益发展,传统交通出行方式已不能适应城市的快节奏步调,全国各大中心城市正蓬勃地进行轨道交通建设,尤其是地铁建设。传统小型盾构穿越既有建(构)筑物、道路、铁路及江海等较为常见,穿越经验丰富,技术处理手段多样,发展相对成熟,但对大直径盾构穿越既有铁路的风险管控、技术处理,因投资规模不一、地域差异变化,可参考案例较少 。本文依托某工程盾构下穿既有铁路路基,介绍穿越前的具体技术方案及穿越过程中盾构掘进参数控制,并实测穿越前后铁路沉降变化,总结大直径盾构穿越既有铁路沉降变化规律及关键技术。工程概
3、况 下穿段与铁路路基关系盾构 隧 道 在 里 程 ,处左右线正穿成昆铁路路基段,铁路线与区间隧道的平面夹角为 ,隧道顶与铁路股道最小竖向净距约 。该处轨道为双股标准轨道,对应成昆铁路里程上行 ,下行 (包含左右线各 保护区域)。钢轨外侧距约 ,道砟道床宽约 ,轨面与地面高差约 。隧道掘进采用 台铁建重工生产的复合式土压平衡盾构机进行掘进施工,开挖直径 ,整机长度 约 ,最 大 扭 矩 ,最 大 推 力 ,总功率 。隧道主要位于密实砂卵石和全风化泥层中,具体盾构下穿成昆铁路位置关系如图,图 所示。地质条件穿越铁路段地质分布依次为 杂填土、黏土(硬塑)、卵石(稍密)、卵石(中密)、卵石(密实)、泥
4、岩(强风化),隧道顶与铁路股道最?小竖向净距约 ,隧顶杂填土约 ,砂卵石地层约 ,隧道线间距为 。盾构机主要穿越地层为密实砂卵石及强风化泥岩的复合地层,如图 所示。?工程难点)成昆铁路运营天窗期施工,每次施工仅 ,无缝线路应力放散、人工挖孔桩施工、型梁架设、盾构第 卷 第 期年 月 山西建筑 有效掘进时间短,且不能连续施工,导致施工组织难度大、施工风险高。)盾构穿越地层为“上软下硬”的复合地层,盾构姿态控制及地表沉降控制难度高。)成昆货运铁路行车组织复杂、重载持续时间长,对盾构停机期间仓压控制要求高。型梁加固关键技术本次 型便梁加固线路为成昆下行线 、成昆上行线 段,采用组 型便梁分别对成昆上
5、下行线进行线路加固。型便梁支墩桩采用人工挖孔桩,桩截面为 (共 根桩),桩长为 。型便梁支墩开挖线距线路中心 。线路加固立面及平面示意图如图 ,图 所示。?主要施工流程及请点计划降水井施工无缝线路应力放散人工挖孔桩施工型梁架设盾构穿越型梁拆除无缝线路应力放散恢复铁路设备(见表 )。表 主要施工流程序号工作项目施工条件施工等级限速()天窗时间 天窗数备注挖孔桩锁口封锁施工 级 挖孔桩施工慢行施工 级 线路应力放散封锁施工 级 逐步提速 架设 型便梁封锁施工 级 号线盾构穿越 慢行施工 级 拆除 型便梁封锁施工 级 线路应力放散封锁施工 级 逐步提速线路恢复封锁施工 级 逐步提速 人工挖孔桩施工本
6、工程总计根挖孔桩,桩截面为 ,桩长为 。型便梁支墩开挖线距线路中心 。挖孔桩采用人工错层开挖,相邻桩间错层不小于 。其中 号桩外边缘离接触网 号杆 ,为保障接触网安全,将 号向 号移动 。同时在供电段配合下加强对该杆的监控检查,做好沉降观测点及监测工作,发现异常立即停止施工。采取可靠措施后,方可继续开挖。在前 的开挖过程中,严格控制开挖进尺,每 及时进行支护,超过轨面下 范围后,按照 的进尺进行支护。型梁架设采用 型 便 梁 架 空 线 路 施 工 期 间,列 车 慢 行 。本次采用 组 型便梁对成昆上下行线进行加固,每条线各 组。先完成 型便梁支墩施工,清杂后复核标高,再采用“先横梁就位”的
7、架设方法,在钢轨上准确标记横梁中心位置。逐根抽换线路轨枕,插入横梁,连接钢轨扣件,用定位角钢控制横梁位置,防止列车多次碾压后位置变化。拆除 型便梁、恢复线路设施拆除条件如下:)待地铁 号线隧道施工完全穿越成昆条铁路并越过其影响范围,地铁施工不再影响铁路线路。)隧道衬砌强度达到设计强度。)铁路线路及地表沉降观测值在允许范围内,并经设备管理单位检查确认,方可拆除 型便梁,恢复线路将木枕更换成混凝土枕,恢复线路。注意事项)本隧道在既有铁路通车条件下施工,施工时应加强线路观测,及时整修到位,确保行车安全及施工安全。)在挖孔桩开挖时必须做好挖孔桩处的防护,在列车通过时,确保所有机具不侵入限界。施工期间列
8、车限速 。挖孔桩未施工时间段必须盖好孔口,防止人员跌落孔中。)轨道与扣轨件间均应加绝缘垫层,防止连电。)在整个施工过程,应对场地进行线路沉降观测,其累计沉降量应控制在 以内。)在整个施工过程中,施工单位必须按照铁路既有线施工的相关规范进行施工。)由于成昆线运行列车较多,按照铁路部门的要求,型便梁架设前后加强线路整修,同时在施工过程中对施工影响区段的线路每月进行一次钢轨探伤,确保铁路安全运营。)施工期间,加强线路防护栅栏的守护,无关人员不得上道,各种防护及警示标志应醒目齐全,夜间要有完善的照明措施;在整个施工过程中,施工单位必须按照铁路既有线施工的相关规范,设置线路监测及防护人员,线路监测人员按
9、 人 、线路防护按 人 每班 人 每班第 卷 第 期年 月李棋,等:盾构下穿既有铁路安全技术措施及参数控制(一天三班)进行设置。盾构穿越过程参数控制 试验段盾构下穿成昆铁路之前,根据区间线路情况,针对该段地质条件及埋深,综合考虑采取 ,总长为 ,作为穿越铁路段参数控制试验段(盾构穿越同为密卵石层和全风化泥岩,埋深基本一致)。在试验段,主要采集的参数包括:土压力、总推力、扭矩、刀盘转速、掘进速度等(见表 )。模拟段掘进完成后,及时统计分析上述参数数据,为下穿段的掘进提供依据。同时,收集地面与铁路沉降情况,作为穿越铁路段的参考依据。表 主要参数推力 扭矩()刀盘转速()土仓压力 掘进速度()螺旋机
10、转速()渣土改良目前所用的土压平衡式盾构,其特点是用开挖出的土砂作为支撑开挖面稳定的介质,因此要求作为支撑介质的土砂具有良好的塑性变形、软稠度、内摩擦角小及渗透率小。由于一般土壤不能完全满足这些特性,所以要进行改良,其技术要点是在刀盘前部和泥土仓中注入水、膨润土泥浆、黏土、聚合物或泡沫等材料,经搅拌,改善开挖的土砂塑性、流动性,降低渣土的透水性。结合该工程地质情况,根据地质、水文情况的变化渣土改良选用优良泡沫剂或膨润土泥浆作为渣土改良材料。)土仓压力:本工程采用的盾构机均为土压平衡盾构机,以土仓内的泥土压力来平衡刀盘前端水土压力,从而保证掌子面稳定,而盾构掘进的前期沉降和土仓平衡压力的设定有直
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