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1、地下穿越路基的变形控制理论与技术在查阅了大量地下穿越路基工程实例基础之上，选择了四个典型的工程，总结出这些工程实例中控制路基变形的工程技术，并对这些工程技术作了进一步的了解。1工程实例工程实例1.1 浅埋暗挖隧道下穿既有铁路浅埋暗挖隧道下穿既有铁路 工程概况（1998年资料）通惠河南岸污水干线工程，是北京市政府为解决东郊地区严重水污染问题，改善人民居住环境和保护生态环境，向世界银行贷款而修建的。全长 7893m。其中，70#-71#穿越京包铁路段，是本工程的最难点。工程穿越段正处于双线铁路十字枢解、木枕叉区。线路国内客、货运输十分繁忙。铁路管理部门，对隧道施工要求慢点的时间周期，隧道开挖、掘进
2、影响路基沉降的控制和要求是十分严格的。70#一 71#段排水隧道，隧道断面全宽为 820m，全高为 385m，全长为70Om。主体结构穿越地层，处于地下水位以下 地层主要以粉质粘土、粉土为主，夹杂少量粘土。土壤含量大，液性指数（IL）075，呈软塑状态。因此，土壤十分软弱，灵敏度大，自稳性差，给施工带来很大困难。 主要施工工艺及施工技术措施要点管棚钢管管径及排列设计（如图 1 所示）：运用“有限元”方法计算，摸拟“浅埋暗挖”法穿越铁路施工过程中，对几种工况条件下结构受力状态，进行计算分析、校核、验证后，决定采用(2196 直缝钢管，管子中心距400mm， 每根长度 40m。管棚钻孔和铺设管道，
3、采用地质矿产部勘探技术研究所研制、开发的 GBS10 型水平钻机及配套设备。管子内部和外部空隙采用纯水泥浆回填注浆，起到回填空隙、挤密土壤作用，使管棚与土壤形成一版结体，抑制隧道掘进过程铁路路基下沉。图 1 管棚设置图示小导管(如图 2 所示)超前注浆加固：为了保证隧道掘进过程土体的稳定性，采取打小导管措施，并根据土壤变化情况，分别加注水泥浆液及 GT 系列化学浆液加固。图 2 超前小导管刨面图 分析与结论管棚对抑制地面沉降和土体竖向位移起到了重要作用：由于 70# 71#段隧道，它穿越担负国内、国际重要交通运输的京包铁路线，铁路部门对穿越的施工工期要求非常严格，仅给 20 天的施工周期，限期
4、完成。因此，对双联拱隧道的施工，就不能按照“浅埋暗挖”法一般的常规方法，一条隧道先行，待先一条隧道土体基本稳定后(沉降速率七天平均值0.1mmd)，再开挖另一条。而是采取从两端竖井，向内对头掘进的方法。虽然两条隧道先后掘进错距长度有 10m，但是由于挖掘速度较快，先一条隧道土体尚未基本稳定，后一条隧道的掘进就跟上来了，实际上和两条隧道同步挖掘没什么太大区别。特别是在对头挖掘将近合拢时，四个掌子面集中在一个狭长区段内，土体被扰动的严重程度要比常规大得多。根据以往经验，施工跨度 8.2m 隧道，地面沉降一般在 4080mm 范围，这里指的是在原状土壤条件下。如果是回填土或被扰动过的土壤，地面沉降可
5、能更大一些。但是，由于我们在隧道上方打了一排管棚，情况就大不一样了 尤其是通过对管棚的回填注浆，使管子与土壤密贴，土壤在注浆压力作用下被压密、挤实，使管棚与附近土壤形成一版结体，从而提高了强度，使土体竖向位移得到抑制。根据对东 2 和西 2 测点的观测，地面最大沉降值仅为 25.7mm，较以往有较大幅度降低。加之铁路路轨采取了“五扣三束吊轨梁”加固措施，轨面监测最大沉降值始终没有超过 15mm，两相邻轨面偏差不大于 15mm，保证了铁路运营的绝对安全另外，由于土体竖向位移得到最大限度抑制，给采用“浅埋暗挖”法快速施工，创造了有利条件。通过对管棚受力情况的现场实测数据和理论分析，可以充分证明，在
6、高填土铁路路基(路堤)下，采用“浅埋暗挖”法施工大断面隧道工程时，管棚可以有效地起到了将隧道掘进临空面上方传下来的活荷载和土体自身荷载，向掘进掌子面前后转移，起到抑制地面和土体竖向位移以及防止掘进过程中土体坍塌作用。特别是类似本文这种施工周期短，掘进速度快，运营安全要求较高的工程，管棚作为一种辅助支护措施是不可缺少的。通过现场实测数据和分析，充分认识到高填土路基(路堤)的土壤力学特性。如何保证高填土路基(路堤)土壤稳定性，避免土体水平位移，是抑制路基(路堤)顶面下沉的关键技术。完全可以利用我们掌握的现有成熟技术，如坡面锚喷、长锚杆、注桨等加固措施解决。而主体隧道在路基(路堤)下掘进过程中，尽量
7、减少对路基(路堤)土壤的扰动次数和扰动面积，则是减少沉降过大不可忽视的重要方面。1.2 盾构隧道下穿既有铁路盾构隧道下穿既有铁路 工程概况（2006年资料）上海轨道交通9号线一期九亭站至七宝站区间盾构隧道工程地跨松江、闵行两区，分三段掘进，其中，东岔道井西岔道井下行线在里程下DK20+657DK20+669处(按铁路双线轨道中心左右各6m范围计)穿越沪杭铁路，距东岔道西出洞口61338m。工程采用三菱公司生产的土压平衡盾构机从东岔道井向西岔道井推进，盾构穿越铁路覆土厚度90m左右，平面为直线段，竖曲线19789的坡度，近乎正交状态(相交角约88)穿越铁路。沪杭铁路是客货运的重要干线， 日行车约
8、8090对，其中客车约50对，货车为30-40对，客车的行车速度为140 kmh，货车为70 kmh。通过设计计算，确定盾构穿越铁路区的影响范围为铁路中心左右两侧各31m，共计62m区段。考虑列车运行的动载和震动对盾构隧道结构的影响，在设计上对62m相互影响范围的预制管片进行了加强，并对该区域铁路路基及两侧土体采用旋喷桩和分层注浆方法进行了加固处理。铁路运行管理要求为：最大隆起量10 mm，一个月累计沉降量30 mm，沉降速率4 mmh，轨面每次最大沉降和隆起量2mm。盾构推进须有效控制地表沉隆，不影响铁路运营，保证铁路运输绝对安全。盾构穿越沪杭铁路控制路基变形技术加强同步注浆，确保控制地表铁
9、路轨道隆降。加强同步注浆是控制沉降的关键。同步注浆应根据土体性质确定合适的注浆量，并确保浆液质量和压注效果。浆液量的确定理论上讲，每环管片脱出盾尾后与周围土体的建筑空隙仅有1655 Ill。，但考虑浆液的失水收缩、盾构纠偏、部分浆液劈裂到周围土层 盾构机壳体外周带土等影响，注浆量一般要达到理论计算值的120180，如果穿越地下暗浜、砂性土层等，浆液需求量会更大。本区间主要在粘性土中掘进，注浆量在理论计算值的130150 (2225m。)即可满足沉降控制要求。考虑尽量减少后期沉降量，在穿越铁路期间每环注浆量均为25 m。浆液配比合理拌浆时应严格按配比进行，同时根据所进材料的差异进行微调，浆液稠度
10、控制在910 cm。过稀则盾尾容易浆，对后期沉降不利；过厚则容易堵塞注浆管路，且必然带来注浆压力过大的问题。保证同步注浆效果注浆要与掘进同步。如注浆时间滞后，起不到管片脱开盾尾后控制上部土体下沉的目的，即在保持匀速推进时应将每环的注浆量均匀分配。合理分配各注浆点的注浆比例。根据盾构姿态估计管片与盾尾间隙，通过调整各注浆点的注浆比例，以尽可能同步弥合建筑空隙，同时可以控制周围环境的不均匀沉降。加强盾尾封堵。掘进时尽量控制好盾构姿态，保持管片外壁与盾构机内壁的间隙四周均匀，以保证盾尾密封刷处于良好工作状态。同时在盾构掘进过程中加强盾尾密封油脂的压注，以保证盾尾密封刷的密封性能。控制掘进速度掘进速度
11、增大会引起总推力的增加，即增大对土体的扰动，不利于地表沉降的控制。在本次穿越铁路施工中，盾构掘进速度控制在225 cmmin，以减少对周围土体的拖带和扰动影响。盾构应连续掘进，避免故障停机。二次注浆在盾构穿越铁路后，根据后期沉降情况，及时进行二次注浆，要求采用双液注浆，控制后期沉降的发展。每环压注双液浆0304 m。，注浆压力在03 MPa左右。分析与结论由于采取了一系列有效的技术措施，在整个穿越过程中，取得了较好的效果。中心线及断面最大隆起174 mm (DCN453)：最大沉降094 mm (DC55)。轨面点最大隆起136 mm(T5)：最大沉降073 mm(T6)后期沉降变化量在314
12、1O48 mm范围内。后期沉降的特点主要是：隧道轴线上方后期沉降最大，往两侧越来越小；离轴线1O m以外后期沉降影响甚微。在盾构穿越铁路施工的整个过程中，通过事前详细了解各种情况，掘进中精心施工，地表沉降和管片拼装质量都得到了较好控制，安全穿越了沪杭铁路，为本区间上行线、东出入段穿越沪杭铁路及同类工程的施工提供参考经验。1.3 隧道下穿既有铁路（帷幕注浆）隧道下穿既有铁路（帷幕注浆）工程概况（2010年资料）北京地铁五号线区间隧道蒲黄榆至天坛东门段在玉蜓桥两侧下穿京山铁路，地铁左线隧道在京山铁路上行线K7+1098、下行线K7+1184处与之相交，右线隧道在京山铁路上行线K7+0228、下行线
13、K7+0301与之相交。铁路影响范围为相交点前后各25m。影响范围内京山上下行线采用钢筋混凝土轨枕、60 kg无缝线路、R=920 m的曲线。涉及供电设备有“京山上行154#、京山下行153#接触网混凝土支柱”位于地铁隧道上方，隧道开挖对供电设备产生一定影响。地铁区间隧道为马蹄形隧道，开挖高度64 m，宽度59 m。复合式衬砌结构包括初期支护(25cmC20早强喷射混凝土)和二次衬砌(30 cmC30钢筋混凝土)。初衬与二衬之间铺设防水层。该段地铁隧道埋深170 m(隧道顶距离地面高度)，自上而下地层包括杂填土约15 m、粉土约6 m、粘土约25 m、粉细砂约6 m、中粗砂约1 m。帷幕注浆加
14、固技术为确保隧道施工安全和铁路设施安全，对穿越京山铁路30 m范围进行帷幕注浆加固。根据隧道断面大小情况及现有设备状况，分三段进行帷幕注浆，每个循环注浆段长12 m，搭接30 m。帷幕注浆加固范围。全断面帷幕注浆加固范围为开挖轮廓外25 m范围。纵向注浆长度每个循环12 m。帷幕注浆设计和范围见图3、图4。全断面帷幕注浆施工工序主要包括：成孔和注浆。选用的机械设备有：XY-2型地质钻机和PHl5型注浆机。分析与结论在穿越铁路30 m区段，每5 m设置一个量测断面。分别开展轨面变形、地表沉降、拱顶下沉和净空收敛量测，重点是轨面变形量测H。管理基准。根据施工期间的铁路车速，确定左、右线和纵向10
15、m范围内轨面允许的均匀沉降为50 mm，累计轨面的最大允许沉降150 mm。经洞内帷幕注浆加固施工控制和注浆回填等综合施工技术后，累计轨面最大变形未超过100 mm，不均匀沉降在40 mm以内，保证了铁路运营安全。在采用帷幕注浆加固地层的前提下，加强开挖支护过程中的质量控制，包括对台阶长度及循环进尺的控制，格栅拱脚的填实、及时回填注浆。监控结果表明，穿越铁路段累计地表最大沉降量为14 mm，从而保证了铁路运营安全。图3 帷幕注浆设计图图4 终端注浆加固范围1.4 顶管施工下穿河堤顶管施工下穿河堤工程概况（2010 年资料）污水处理厂排江工程包括高位井排江顶管以及水上管桩保护架三个部分。排江顶管
16、为两根平行管道，中心间距75 m，管道由壁厚28 mm外径DN2880的钢管和内径为DN2400 F型钢筋混凝土管组合而成。其中主排放管全长458 m钢管和混凝土管分别为975 m和360 5 m，应急排放管全长392 m，钢管和混凝土管分别为205 m和3715 m；双线管道均为295的下坡直线顶管，顶管中心设计高程一II 0 m 2450 m。其中，穿越大堤部分为 2400F型钢筋混凝土管顶管工程采用气压平衡式顶管法进行掘进施工管道顶进穿越大堤段时高程在一18 m 19 5 m之间， 主要位于淤泥质粘土夹少量粉砂层中管道上下以稍密，高压缩性，高渗透性的粉土或粉砂为主。根据土石坝工程安全监测技术规范(sL6094)：堤防工程设计规范(GB5028698)；建筑工程变形测量规范(JGJ，1r8971。相关管理部门对顶管穿越大堤时的堤身沉降提出以下要求：(I)日沉降量不大于2
