一种使用盾构机下穿货运铁路专线施工工法

摘要

本发明公开了一种使用盾构机下穿货运铁路专线施工工法，涉及线路施工技术领域。本发明包括步骤如下：对既有铁路运营进行安全评估，制定相应沉降指标，下穿施工方案的确定，根据地质条件制定出基本路线方案。本工法避免了对铁路正常运营的严重影响，施工中铁路及地表隆沉均在允许范围内，确保了铁路、道路、管线和建筑物的安全，未造成环境危害。近距离安全穿越干线铁路的成功，为各类盾构下穿铁路及重要建筑物的工程提供具体的指导和借鉴，为以后城市地下工程在类似情况下的规划建设提供了可靠的决策依据和技术指标，新颖的工法技术将促进地下工程施工技术进步，社会效益和环境效益明显。

说明书

技术领域

本发明属于线路施工技术领域，特别是涉及一种使用盾构机下穿货运铁路专线施工工法。

背景技术

随着国内城市轨道交通日益发展与完善，很多城市地铁网越来越密集，纵横交错，新建地铁线路不可避免与既有运营铁路线路客流量较大线路存在重合部分。越来越多的隧道施工需要近距离下穿或侧穿既有运营地铁线路。施工新建隧道时，需要针对不同地质以及实际的空间关系，选择合适的工法，配合恰当的地层加固和监测措施，才能保证在不影响既有地铁线路运营的情况下安全施工新隧道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种使用盾构机下穿货运铁路专线施工工法，以解决了现有的问题：隧道近距离下穿运营线，对运营线造成一定风险。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明为一种使用盾构机下穿货运铁路专线施工工法，所述工法包括如下步骤：对既有铁路运营进行安全评估，制定相应沉降指标；

下穿施工方案的确定，根据地质条件制定出基本路线方案；

盾构掘进，土压平衡状态下进行隧道掘进，掘进过程中保证土仓压力与作业面水土压力的动态平衡，同步注浆；

螺旋输送机进行拍图作业，利用螺旋输送机进行与排土作业，掘进过程中始终维持开挖土量与排土量平衡，保持土体稳定；

对铁路进行实时监测，并对监测数据分析，确定二次注浆时间及注浆量，并对下穿既有运营铁路顶部180°范围内进行洞内深孔注浆。

进一步优选的，所述对既有铁路运营进行安全评估，即根据前期试验段掘进情况，确定盾构的掘进速度、刀盘扭矩、刀盘转速、上土压和推力。

进一步优选的，所述同步注浆的注浆量要视注浆压力、隧道稳定情况以及地面沉降情况而定，掘进过程中加强加密地面沉降、隆起监测，及时分析数据，调整盾构机掘进参数和注浆压力。

进一步优选的，在不同的地层中根据不同种类的浆液及掘进速度来具体控制注浆时间的长短，通过控制同步注浆压力和注浆量双重标准来确定注浆时间；

同步注浆速度与盾构掘进速度匹配，按盾构完成一环掘进的时间内完成当环注浆量来确定其平均注浆速度。

进一步优选的，在管片脱出盾尾时，采用二次注浆来填充盾尾空隙，以提高管片强度和稳定性；

每个工班做一次止浆环，一环五个点位，梅花型布设，少量多注，二次注浆环箍采用双液浆，环箍之间用单液浆进行二次补浆。

进一步优选的，在盾构下穿运营线铁路顶部180°范围内进行洞内深孔注浆；

注浆使用纯水泥浆液或水泥砂浆，不掺加任何外加剂。

进一步优选的，每环管片掘进完成后，报告每渣斗重量，并将数据实时上报分析，根据推进长度及出土重量分析出土量是否在合理范围之内，如发现存在明显超挖现象，立即通知盾构机操作室当班机长对相应环加强同步注浆，待脱出盾尾后即可采取二次注浆，减小沉降。

进一步优选的，在盾构下穿运营铁路过程中，地面监测小组每4小时向监控室反馈一次数据，监控室对数据进行分析，如发现某里程沉降偏大立即通知盾构机操作室对相应环数二次注浆，避免继续沉降造成险情。

进一步优选的，推进完成后实时测量盾尾间隙和油缸行程差，在此基础上进行管片选型，确保管片选型跟随盾构机姿态，盾尾间隙要均匀。

本发明具有以下有益效果：

1、本工法避免了对铁路正常运营的严重影响，施工中铁路及地表隆沉均在允许范围内，确保了铁路、道路、管线和建筑物的安全，未造成环境危害。近距离安全穿越干线铁路的成功，为各类盾构下穿铁路及重要建筑物的工程提供具体的指导和借鉴，为以后城市地下工程在类似情况下的规划建设提供了可靠的决策依据和技术指标，新颖的工法技术将促进地下工程施工技术进步，社会效益和环境效益明显。

2、本工法确定了详细的施工方案及具体的管片辅助措施，明确了监控量测项目和频率，采用全过程的监控量测严密监测盾构掘进过程，全面控制和优化盾构掘进施工参数，保障盾构施工质量和安全，确保铁路及地表隆沉均在允许范围内，周围既有设施和管线完好无损，确保居民生命、财产安全，避免列车减速缓行甚至中断行车和居民临时迁移，节约了铁路请点费用，形成了较好的经济效益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的工法步骤示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1所示，本发明为一种使用盾构机下穿货运铁路专线施工工法。

具体的，本工法如下：

首先对既有铁路运营进行安全评估，制定相应沉降指标，在本实施例中，以(7-2)粉质黏土、(10-1)粘土为主的地层为例，根据前期试验段掘进，项目部总结最适合此地层、此埋深最佳施工参数如下：

掘进速度：40～60mm/min；

刀盘扭矩：3000～3500kNm；

刀盘转速：1.3～1.5rmp；

上土压：1.8～2.0bar；

推力：根据速度反推；

确定完毕后，对下穿施工方案进行确定，根据地质条件制定出基本路线方案，掘进前明确设计线路的各项参数，通过测量，判断出盾构机的当前位置，并根据掘进前的各项监测成果，确定下次掘进的各项参数。

开始进行盾构掘进，在土压平衡状态下进行隧道掘进，推进过程中，严格控制平衡土压力，使切口正面土体保持稳定状态，以减少对土体的挠动，采取信息反馈的施工方法对盾构推进进行质量控制，在盾构推进工程中进行跟踪沉降观测，并及时反馈沉降数据，为调整下阶段的施工参数提供依据，掘进过程中保证土仓压力与作业面水土压力的动态平衡，并同步注浆；

螺旋输送机进行拍图作业，利用螺旋输送机进行与排土作业，掘进过程中始终维持开挖土量与排土量平衡，保持土体稳定。

考虑盾构施工地层中以(7-2)粉质黏土、(10-1)粘土为主，实际注浆量取值为理论方量的150％～200％。注浆量的最终确定要视注浆压力、隧道稳定情况以及地面沉降情况而定，掘进过程中加强加密地面沉降、隆起监测，及时分析数据，调整盾构机掘进参数和注浆压力，最佳同步注浆量为7-8m3，注浆压力2.3～2.5bar。

同步注浆配合比见下表。

表6.2-1同步注浆配合比

注浆时间和速度：在不同的地层中根据不同种类的浆液及掘进速度来具体控制注浆时间的长短，通过控制同步注浆压力和注浆量双重标准来确定注浆时间。同步注浆速度与掘进速度匹配，按盾构完成一环掘进的时间内完成当环注浆量来确定其平均注浆速度。

由于同步浆液难以完成填充背后建筑间隙，在管片脱出盾尾时及时采用二次注浆来填充盾尾空隙，以提高管片强度和稳定性，减少后期沉降。每个工班做一次止浆环，一环五个点位，梅花型布设，少量多注。二次注浆环箍采用双液浆，环箍之间用单液浆进行二次补浆，二次注浆压力控制在0.3～0.5MPa。

水泥－水玻璃双液浆配比见表2。

表6.2-2双液浆配比及浆液主要性质表

对铁路进行实时监测，并对监测数据分析，确定二次注浆时间及注浆量，并对下穿既有运营铁路顶部180°范围内进行洞内深孔注浆。

在盾构下穿运营线铁路顶部180°范围内，进行洞内深孔注浆；应当注意的是：

1)注浆管采用

2)注浆一般使用纯水泥浆液或水泥砂浆，正常情况下不掺加任何外加剂。注浆现场宜设置集中制浆站，制备1:1的普通纯水泥浆液；

3)注浆压力按0.3～0.5MPa控制；

在每环管片掘进完成后，电瓶车驶出隧洞出土，由龙门吊司机向井口司索报告每渣斗重量，司索记录完成及时将数据上报地面监控室及盾构机操作室。

地面监控室根据推进长度及出土重量分析出土量是否在合理范围之内，如发现存在明显超挖现象，立即通知盾构机操作室当班机长对相应环加强同步注浆，待脱出盾尾后即可采取二次注浆，减小沉降。

在盾构推进的过程中，实时的进行监测反馈；

根据以往盾构下穿河流及构筑物的经验，需要对盾构下穿阶段进行严格监控测量，为避免严重后果的发生，必须加强施工过程中的监控测量，把施工引起的一系列动态变化信息及时反馈到盾构施工现场，使现场及时调整施工参数，优化改进施工参数，以避免危及涌水坍塌等安全的事故发生。

在盾构下穿运营铁路过程中地面监测小组每4小时向监控室反馈一次数据，监控室对数据进行分析，如发现某里程沉降偏大立即通知盾构机操作室对相应环数二次注浆，避免继续沉降造成险情

推进完成后实时测量盾尾间隙(上、下、左、右、左上、左下、右上、右下8个点位)和油缸行程差(上、下、左、右4个位置)，在此基础上进行管片选型，确保管片选型跟随盾构机姿态，盾尾间隙要均匀。

每环推进结束后，须拧紧当前环管片的螺栓，并在下一环推进时复紧，克服作用于管片上的推力所产生的垂直分力，减少成环隧道浮动。每掘进完成3环，对10环以内的管片螺栓复拧一次。

在推进的过程中，及时地掌握盾构机的方向和位置，严格对盾构机进行姿态控制，确保隧道施工实际偏差控制在50mm以内。推进测量管理应在每推进1环后进行，通过对测量数值的分析计算，及时地发布操作指令。根据不同的情况，通过优化盾构掘进参数、注浆量的控制、二次注浆等施工手段，将地表沉降控制在允许范围内。

本工法避免了对铁路正常运营的严重影响，施工中铁路及地表隆沉均在允许范围内，确保了铁路、道路、管线和建筑物的安全，未造成环境危害。近距离安全穿越干线铁路的成功，为各类盾构下穿铁路及重要建筑物的工程提供具体的指导和借鉴，为以后城市地下工程在类似情况下的规划建设提供了可靠的决策依据和技术指标，新颖的工法技术将促进地下工程施工技术进步，社会效益和环境效益明显。

本工法确定了详细的施工方案及具体的管片辅助措施，明确了监控量测项目和频率，采用全过程的监控量测严密监测盾构掘进过程，全面控制和优化盾构掘进施工参数，保障盾构施工质量和安全，确保铁路及地表隆沉均在允许范围内，周围既有设施和管线完好无损，确保居民生命、财产安全，避免列车减速缓行甚至中断行车和居民临时迁移，节约了铁路请点费用，形成了较好的经济效益。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。