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盾构下穿运营高铁隧道应急保障措施研究

摘 要:在盾构下穿运营高铁隧道的施工过程中,可能出现各种突发情况,一旦发生突发情况需要立即采取应急措施,确保列车运行和盾构施工处于安全状态。在深入研究既有高铁隧道和新建盾构隧道可能出现的突发情况基础上,对盾构下穿运营高铁隧道应急保障措施进行了探讨,可为类似工程提供技术参考。
1 工程概况
  京广高速铁路武汉至广州段于 2009-12-26 开通运营,设计速度 350 km/h。浏阳河隧道内铺设无砟轨道,采用 CRTS-I型双块式整体道床,扣件采用 300-1 型。浏阳河隧道宽14.9 m,高 12.78 m,采用 C35 防水钢筋混凝土衬砌,拱部厚度 0.8 m,仰拱厚度 0.9 m。
  长沙市轨道交通 3 号线的湘龙站—星沙站区间,沿开元西路向东掘进,在右 DK34+856 处下穿京广高铁浏阳河隧道(国铁里程 K1566+828),地铁区间线间距 20 m,相交位置位于京珠高速与开元西路交口西侧、星沙湘绣城南侧。地铁区间采用盾构法施工,内径 5.4 m,外径 6.0 m,衬砌采用0.3 m 厚的 C50 钢筋混凝土。盾构区间与浏阳河隧道的竖向间距约 11.9 m,下穿地层为中风化泥质粉砂岩及砾岩,地下水主要为基岩裂隙水,稳定地下水位埋深 1.80~7.40 m。
  湘龙站—星沙站区间采用土压平衡盾构直接下穿京广高铁浏阳河隧道,为全国首例,且无洞外工程保护措施,具有极大的施工风险。
2 既有高铁隧道应急保障措施
  盾构下穿运营高铁隧道期间,应采取综合预警预控措施。本次穿越铁路隧道施工采取实时监测数据与盾构推进操作平台进行联网的措施,确保实时传递数据到地上,施工中发现问题时及时采取措施,避免盾构穿越过程中出现的突然变化对铁路线路造成影响。
  盾构下穿运营高铁隧道期间,不同部位出现异常状况可采取如下应急保障措施。
2.1 既有高铁隧道漏水过多的处理措施
  根据既有高铁隧道漏水部位,可分为隧道边墙漏水、隧道拱顶漏水,边墙漏水不影响列车运营,由工务部门按照计划进行维修。按照隧道拱顶漏水造成的影响程度,可分为两类:
  ①一类漏水。隧道拱顶突发性渗漏水,暂不影响接触网供电。
  ②二类漏水。隧道拱顶突发性渗漏水,导致接触网无法正常供电。
  发生一类漏水事件时,及时上报现场施工指挥部,现场暂不处理,工务部门及其相应的配合部门须做好处理的准备工作,准备好相应的抢险工具和物资,以防事态的进一步发展,随时准备组织抢修。利用天窗期观察漏水情况,决定是否进行抢修处理。
  发生二类漏水事件时,应及时上报,现场施工指挥部工务配合人员应立即用 GSM-R 电话通知行车调度封锁上下线,工务段立即组织人员赶赴现场检查抢修,抢修后视现场情况并报工务处批准后列车恢复运行。
2.2 既有高铁轨道变形过大的处理措施
  盾构下穿武广客专浏阳河隧道施工前,编制并审核专项监测方案,明确监测内容及要求,盾构下穿施工期间对铁路范围内主要设施进行全方位、自动化实时监测。盾构在下穿武广高铁浏阳河隧道施工工程中,浏阳河隧道不封闭通,但施工影响段需要采取一定的限速措施。
2.2.1 沉降超过监测项目报警值的应对措施
  如果轨道结构累计沉降超过监测项目报警值(1.5 mm),应及时上报,由工务段利用当天天窗安排调查、处理,对轨道进行临时补修,临时补修后轨道几何尺寸偏差应满足作业验收标准。
  应保持盾构机掘进速度均衡稳定,同时向土仓内注入泡沫剂,并进行续土保压,避免沉降的进一步恶化。加大盾构机同步注浆量,同时通过隧道内管片注浆孔进行二次注浆,弥补土体损失,以减缓继续下沉的速率,避免轨面进一步沉降。增加沉降区域施工监测频率,及时反馈沉降速率与沉降值,建立沉降时程曲线以便对比分析,并将沉降变化情况反馈到盾构操作室,同时通报铁路工务部门,必要时进行轨道调整。
2.2.2 沉降超过监测项目控制值的应对措施
  如果轨道结构累计沉降超过监测项目控制值(2.0 mm),应及时上报,由现场施工指挥部工务(电务、供电、车务等)配合人员立即用 GSM-R 电话通知行车调度对本区段列车降速运行;由工务段利用当天天窗安排调查、处理,对轨道进行临时补修,临时补修后轨道几何尺寸偏差应满足作业验收标准。
  应保持盾构机掘进速度均衡稳定,同时向土仓内注入泡沫剂,并进行续土保压,避免进一步沉降。加大盾构机同步注浆量,同时通过隧道内管片注浆孔进行二次注浆,弥补土体损失,以减缓继续下沉的速率,避免轨面进一步沉降。提升沉降区域施工监测频率与增加观测期,及时反馈沉降速率与沉降值,建立沉降时程曲线以便对比分析,并将沉降变化情况反馈到盾构操作室,同时通报铁路工务部门,必要时进行轨道调整。
2.2.3 地层、隧道结构发生非正常沉降的应对措施
  如果地层、隧道结构发生非正常沉降(短时大沉降),立即上报应急领导小组,通过与高铁各部门的应急联动,第一时间联系高铁行车指挥系统,由现场施工指挥部工务(电务、供电、车务等)配合人员立即用 GSM-R 电话通知行车调度封锁上下行线,同时现场施工指挥部立即组织人员查明原因,进行处理。处理后视现场情况并报工务处批准后恢复列车运行。
列车拦停后,应急小组迅速组织高铁工务、电务、供电、施工、监测等单位利用天窗时间紧急进入隧道沉降段现场勘测,详细了解此段突发事故情况,并第一时间组织专家对此段影响进行分析评估,制订出有效的解决方案。
2.3 既有高铁轨道精测精调保障措施
  盾构在下穿武广高铁浏阳河隧道施工工程中浏阳河隧道不封闭交通,但施工影响段需要采取一定的限速措施。如果在盾构施工过程前后监测到盾构下穿浏阳河隧道施工影响段发生轨道病害等突发状况,如影响高铁行车安全,应立即上报应急领导小组,并根据联动应急预案启动工务部门的轨道精测精预案。另外,高铁结束限速恢复常速前,应由工务部门进行一次精测精调作业。
  通过精测精调作业,对轨道平顺性进行量化评价,其评价指标包括轨距、超高、扭曲、平面及高程位置、长短波平顺性等,并对轨道不平顺的部位给出调整方案。
  精测精调基本步骤为:精测准备工作(准备调整件、轨道检查、CPIII 坐标成果表、线路设计参数等);轨道数据采集,调整量计算;轨道精测数据处理;现场轨道调整;轨道复测。
钢轨精调整基本原则包括:先轨向,后轨距;先高低,后水平。
3 新建盾构隧道应急保障措施
3.1 新建地铁管片上浮过大的处理措施
  隧道通过岩质地层,存在管片上浮过大风险,拟采取以下措施控制:
  施工期间严格控制隧道轴线,使盾构尽量沿着设计轴线推进,每环均匀纠偏,减少对土体的扰动;提高同步注浆质量,要求浆液有较短的初凝时间,使其遇泥水后不产生裂化,并要求浆液具有一定的流动性,能均匀地布满隧道一周,及时充填建筑空隙;当发现隧道上浮量较大,且波及范围较远时应立即对已建隧道采取补压浆措施,以割断泥水继续流失路径;在同步注浆的基础上,结合聚氨脂注浆在隧道周围形成环箍,每隔 10~20 m 打一道环箍,使隧道纵向形成间断的止水隔离带,以减缓、制约隧道上浮,从而控制隧道变形;加强隧道纵向变形的监测,并根据监测的结果进行针对性注浆纠正,如调整注浆部位及注浆量,配制快凝及提高早期强度的浆液;加强地面沉降监测。
3.2 盾构掘进盾尾漏浆漏水的处理措施
  盾尾漏浆漏水是盾构推进施工过程中主要的风险源,需采取以下措施进行控制。
3.2.1 盾尾密封油脂的注入
  盾尾密封油脂是防止漏浆的关键因素,因此,在通过该区域时,选用优质的密封油脂,并且要控制好油脂的注入时间与注入压力。穿越期间盾尾密封油脂应连续不间断注入。如果发生漏浆现象,应暂停掘进,连续泵送盾尾密封油脂直到不再漏浆后方可继续掘进。
3.2.2 防漏浆海绵条的嵌入
  发生漏浆现象后,在连续泵送盾尾密封油脂密封盾尾的同时,立即由专人将现场配备的海绵条实施应急封堵,即将海绵条沿环向全周围嵌入盾尾壳体与管片间的缝隙,防止继续漏浆而造成地面沉降。海绵条搭接长度为 100 cm,尺寸为300 mm×300 mm,以往施工中,海绵条对盾尾跑漏浆具备很好的封堵效果。
3.2.3 隧道内二次处理
  盾尾跑漏浆后,在封堵的同时,应立即进行隧道内二次注浆弥补跑漏浆引起的注入不足,并加强盾尾封堵效果。注浆施工时,应注意以下方面:严格控制注浆压力,防止注入压力过大时进一步恶化盾尾漏浆情况,将注浆压力控制在 0.8 MPa 以内。视盾尾漏浆量控制浆液注入量,防止超量注入造成地面的隆起。与地面领导小组及监测组取得联系,要求加大监测频率,并连续观察沉降情况 24 h,随时观察地面情况(地面的沉降速率是否得到控制、注浆是否引起地面隆起等)并及时反馈信息至应急领导小组与施工班组。
4 结论
  2018-12—2019-04,长沙地铁 3 号线盾构成功,下穿浏阳河隧道,下穿期间运转正常,验证了盾构下穿运营高铁隧道应急保障措施的适用性,为后续类似工程提供技术参考。

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