土压平衡盾构下穿铁路施工工艺工法

1、土压平衡盾构下穿铁路施工工艺工法1前言1.1工艺工法概况一个城市中地铁网络往往由多条线路组成，随着线路的 增多，线路相互交叉及下穿各种建（构）筑物将无法避免， 城市地铁建设中会有大量地铁隧道下穿铁路线，用土压平衡 盾构机进行隧道施工具有自动化程度高、节省人力、施工速 度快、一次成洞、不受气候影响、开挖时可控制地面沉降， 确保地面建（构）筑物结构安全等优点，成为地铁隧道施工 的首选。研究好盾构法隧道下穿铁路的施工工法，具有较强 的技术经济效益和一定的社会效益。1.2工艺原理土压平衡盾构是在机械式盾构的前部设置隔板，在刀盘 旋转的作用下，刀具切削开挖面的泥土，破碎的泥土通过刀 盘的开口进入土仓，使

2、土仓和排土用的螺旋输送机内充满切 削下来的泥土，依靠盾构千斤顶的推力通过隔板给土仓内的 渣土施加压力，使土压作用于开挖面以平衡其水土压力。这 样就可以尽量避免修建隧道对土体的扰动，确保铁路运营安 全。2工艺工法特点2.1对铁路运营影响小；2.2辅助工法少；2.3经济性高。3适用范围适用于盾构下穿运营铁路线、运营地铁线等施工。4主要引用标准4.1地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范（GB50307）4.2地下铁道设计规范（GB501574.3铁路隧道施工技术安全规范（GBJ4044.4地下铁道工程施工及验收规范（GB50299）4.5盾构法隧道施工与验收规范（GB504465施工方法5.1对既有铁

3、路运营线路的评估、加固根据客运专线铁路无碴轨道铺设条件评估技术指南（铁建设2005158号）规定，对需要下穿的既有铁路运营 线路进行安全评估，制定出相关的沉降控制指标，并根据详 细的地质及工况条件，制定出无扰动加固路基线路方案，确 保铁路运营安全。5.2盾构掘进盾构机下穿既有铁路运营线采用土压平衡模式进行隧 道掘进。该模式的工作原理就是盾构机在土压平衡状态（作 业面水土压力与土仓中的泥土压力平衡）下进行隧道掘进。刀盘开挖下来的碴土充填满泥土仓，并被装在切削刀盘后面 及隔板上的搅拌臂强制搅拌，借助盾构推进油缸的推力通过 隔板进行加压，产生泥土压，这一压力作用于整个作业面， 使作业面稳定，刀盘切削

4、下来的碴土量与螺旋输送机向外输 送量相平衡，维持泥土仓内压力稳定在预定的范围内。在盾构下穿既有铁路运营线过程中，匀速、连续、均衡 施工。掘进过程中始终保证土仓压力与作业面水土压力的动 态平衡，同时利用螺旋输送机进行与盾构推进量相应的排土 作业，掘进过程中始终维持开挖土量与排土量的平衡，以保 持正面土体稳定。另外，做好掘进、拼装等各工序的衔接以 及盾构队作业班的交接工作，尽量减少非工作时间。在掘进 过程中，各关键岗位（盾构司机、管片拼装工、电瓶车司机、 龙门吊司机）选用有丰富施工经验的人员，定岗定人。在施 工过程中加强对机械设备的维修保养，尽量保证不因机械故 障而停机，保证盾构机连续掘进。掘进速

5、度应严格按照技术 交底进行，严禁擅自改变，确保盾构机匀速向前掘进，减少 对土体扰动。5.3监测对既有铁路运营线采用远程自动化实时监测，同时，为 满足施工期间及工后一定周期的日常维修安全监测要求，辅 以人工监测的方法。远程自动化实时监测采用ADMS测量机器人监测系统，该系统由五部分组成：监测站、控制计算机 房、基准点、变形点和测量机器人。监测站：根据现场条件，选择自动变形监测系统监测站 该站需建观测墩，安置测量机器人，并保证有较好的通视条 件。控制计算机房：控制计算机房一般选设在办公区附近， 有较好的供电等条件。机房内的计算机通过通讯电缆或数据 电台和监测站全站仪相联。在控制机房能实时了解监测站

6、全 站仪的运行情况。另外，通过埋设于机房与监测站的专用电 缆给全站仪供电并通讯。基准点：在变形区以外，需建至少三个稳定的基准点。变形点：根据实际需要，在变形体上选择若干变形监测 点，每个监测点上安置有对准监测站的单棱镜。5.4二次注浆下穿既有运营铁路施工完毕后，通过对监测数据分析， 确定二次注浆时间、注浆量。整个二次注浆全过程必须有实 时监测信息反馈，保证既有铁路线的运营安全。6工艺流程及操作要点6.1施工工艺流程施工工艺流程如下所示:图1施工工艺流程6.2操作要点6.2.1 施工准备包括调查、评估、协调联系、方案论证、监测系统布设、 应急准备等，各项准备工作必须充分，且得到落实后才能进 行下

7、穿作业施工。预保护措施1对既有铁路运营线路基及两条相交线路之间土体提前 进行加固。2在盾构机进行下穿施工期间，既有铁路运营线列车限 速（小于50km/h ）。6.2.3 盾构掘进控制6.2.3.1土压平衡掘进模式1采用土压平衡模式进行下穿掘进，其土仓压力控制采 取以下两种操作模式：1）通过螺旋输送机来控制排土量的模式：即通过土压传感器检测，改变螺旋输送机的转速控制排土量，以维持开挖面土压稳定的控制模式。此时盾构的推进速度人工事先给定。2）通过推进速度控制进土量的模式：即通过土压传感器 检测控制盾构千斤顶推进速度，以维持开挖面土压稳定的控 制模式。此时螺旋输送机的转速事先给定。在下穿掘进过程中根

8、据需要可以不断转化控制模式，以 保证开挖面的稳定。2在盾构下穿施工中，为了保持开挖面的稳定，根据围 岩条件适当注入添加剂，确保碴土的流动性和止水性，同时 要慎重进行土仓压力和排土量进行管理。1）在硬塑或坚硬状花岗岩残积土层、碎屑岩全风化带、 强风化带地层中采用土压平衡模式掘进时，向刀盘面、土仓 内和螺旋输送机内注入泡沫，并增加对螺旋输送机内注入的泡沫量，以增加了碴土的流动性。2）在粘性土地层中掘进时，采取向刀盘面和土仓内注入 泡沫改良碴土。3）在粘性土内添加泡沫，增加了碴土的流动性，减少摩 擦力，利于碴土的排出，减少泥土的堵塞。623.2盾构姿态控制1采用自动导向系统和人工测量辅助进行盾构姿态监测2采用分区操作盾构机推进油缸控制盾构掘进方向推进油缸按上、下、左、右分成四个组，每组油缸都有 一个带行程测量和推力计算的推进油缸，