三线并行下穿铁路干线隧道的盾构施工方法

摘要

本发明公开了一种三线并行下穿铁路干线隧道的盾构施工方法，属隧道施工技术领域。本发明的施工方法包括以下步骤：利用三维有限元对各施工顺序和方法进行模拟分析，选择盾构施工顺序；根据动应力的影响程度，选择铁路路基加固的方案；采用荷载结构模型，计算确立铁路列车动载下的盾构管片配筋加强方案；根据试验结果和盾构机性能选择施工参数，包括合理设定正面土压力、加强同步注浆、严格控制掘进速度、严格控制轴线偏差、利用预埋注浆孔进行壁后二次注浆、加注泡沫或泥浆；采用严密的监测措施监测盾构施工过程，使施工单位能够及时调整施工参数，保障施工的安全进行。本发明不仅保证了工程施工质量和施工安全，而且创造了良好的经济效益。

主权项

1.一种三线并行下穿铁路干线隧道的盾构施工方法，其特征在于包括有如下步骤：(1)选择盾构掘进顺序利用三维有限元对各施工顺序和方法进行模拟，取自重应力场作为初始应力场，采用ANSYS软件、D-P模型，计算各施工顺序工况条件下的地表位移、结构内力变化，根据模拟试验结果选择的盾构掘进顺序为先逐一施工两侧的隧道，后施工中间的隧道；(2)加固铁路路基按照实际工况，建立三维连续介质有限元模型，分析列车动载对隧道结构的影响，根据动应力的影响程度，确立加固铁路路基的方法为：三线盾构隧道下穿铁路施工前，对下穿区域铁路路基采取分区域加固的保护措施，线路两侧设置4.2m厚旋喷加固区，每侧旋喷加固区由四排直径为1.2m的旋喷桩相互咬合形成，咬合量为0.2m，两侧旋喷加固区之间的主加固区及及其外侧路基的次加固区采取分层注浆加固的工艺，其中主加固区注浆加固参数Ps≥1.0Mpa，次加固区注浆加固参数Ps＝1.0Mpa，主加固区至次加固区的加固要求逐渐降低，在强度及刚度上形成过渡；所述分层注浆加固工艺为分层采用斜孔注浆，注浆孔与地面的夹角为30°，层高为0.5～0.8m，采用复合浆液，缩短胶凝时间，以控制注浆压力和扩散范围，减小注浆对基床的影响；第一层斜孔注浆完成后，进行下部深层注浆加固，注浆压力和注浆速度应根据线路变形的监测数据进行调整；(3)加强管片配筋采用荷载结构模型，并根据三维动力计算得到的动应力作为列车荷载，对单圆盾构隧道横断面的内力进行计算，得到的配筋加强方案为：对铁路下方中心线左右两侧各30m的范围内的钢筋混凝土管片配筋进行加强，同时对铁路路基下方的管片掺入钢纤维以增强其抗裂性，具体的方法为：铁路正下方即中心线左右两侧各5m的管片内力较大，其配筋量比标准地段设计增加31％～44％，为1022～1122，5m～10m范围内的配筋量比标准地段设计增加17.6％，为922，15m以外采用标准地段设计的配筋量；铁路中心线左右两则各6m的范围内采用钢纤维砼管片，其他区域仍采用钢筋砼管片，钢纤维砼管片外采用24m的过渡区，过渡区内的配筋比标准地段设计增加17.6％，为922，过渡区外采用标准地段设计的配筋量；(4)三线隧道盾构施工在盾构穿越铁路前，根据一定的试验和数据信息，设定盾构机的穿越施工参数，按照设定的参数顺序推进：①合理设定正面土压力：三线隧道的土仓压力为开挖面前端土体隆起0.5mm；②加强同步注浆：在穿越铁路期间先行两侧隧道每环同步注浆量均为2.5m3，浆液稠度为9～10cm，后行中间隧道每环同步注浆量均为2.7m3，浆液稠度为9～11cm；③控制掘进速度：先行两侧隧道盾构掘进速度控制在≤3cm/min，后行中间隧道盾构掘进速度控制在≤2cm/min；④控制轴线偏差：在每环拼好后，及时测量盾构和成环管片与设计轴心的偏差，先行两侧隧道纠偏量≤3mm/环，后行中间隧道纠偏量≤2mm/环，然后根据每环的测量结果和管片四周间隙情况，对盾构机下一环的推进提供精确依据，及时调整各区千斤顶的伸长量；⑤利用预埋注浆孔进行壁后二次注浆：在三线隧道并行段增设注浆孔管片，每环16个注浆孔，在后行隧道施工前，通过先行完成的两条隧道内的预埋注浆孔对土体进行注浆加固，加固范围为管片壁后2m，以加强隧道周围的土体强度，待达到设计强度后才施工后行隧道，后行中间隧道每掘进完成5环，及时通过隧道内预埋的注浆孔对土体进行注浆加固，在盾构穿越铁路后，根据后期沉降情况，进行二次注浆，二次注浆的浆液为双浆液，浆液组成为水泥、水玻璃，浆液稠度9～10cm，浆液重量配比：水∶水泥∶水玻璃为1∶1.2～1.5∶0.05～0.1，注浆压力0.3Mpa，注浆量0.3-0.5m3，注浆速度10-15L/min；(5)监测盾构掘进过程地表沉降监测：在区间隧道下穿铁路干线两侧范围内，垂直于盾构推进方向设置7道地表沉降观测断面，平行于盾构推进方向设置9道地表沉降观测断面，采用精密水准仪对布置的监测点进行监测，监测范围为盾构前20环，后30环，在盾构出洞后即开始监测，在盾构推进期间正常情况下2次/天，施工区域30～100米以远的已完成区段1次/周，1个月后且沉降速率小于3mm/周监测频率为1次/月，必要时可根据工程情况调整监测频率，以满足保护环境的要求；线路沉降监测：在盾构推进前先在地面上布置好变形监测点，在穿越区设置3道横向沉降监测断面，即铁路上下行线路中心各设置一个断面，铁路上下行线线路之间设置一个断面，沉降点位采用钢深层沉降点，横向监测断面上监测点布置及监测频率与地表沉降相同；在建隧道(环片)沉降监测：沿着隧道推进方向在隧道的管壁上布设沉降监测点，在进、出洞50环范围内，每隔5环布设一沉降监测点，在其他部位每隔10环布设一沉降监测点，隧道沉降监测与隧道施工过程同步进行，每次监测范围为新施工区段100环，前期已完成区段100环；监测频率为：距推进面100m范围内1次/周，距推进面100～200m范围1次/15天，距推进面200m以外已完成隧道，连续2次本次沉降＜3mm，监测频率降为1次/月，否则1次/15天，隧道贯通后一个月一次，直至隧道初次结构验收；已建隧道变形监测：对盾构推进切口前20m、盾尾后30m内已建隧道进行监测，监测频率1次/天，在变形值超报警时要增加监测频率，2次/天，根据沉降量及沉降速率及时调整监测频率；周边深层土体监测：对盾构推进切口前20m、盾尾后30m内周边深层土体进行土体深层测斜、土压力、空隙水压力、分层沉降等监测断面进行监测，监测频率1次/天，在变形值超报警时要增加监测频率，2次/天，根据沉降量及沉降速率及时调整监测频率。