盾构穿越铁路线的施工方法
【专利摘要】本发明公开了一种盾构穿越铁路线的施工方法，包括：对盾构下穿路堤影响范围内的铁路轨道采用便梁和横梁进行加固作业和架空作业，同时对铁路路基进行注浆加固；在盾构穿越铁路线的施工段中进行一段试掘进段的施工，并根据盾构推进参数和地面沉降变形规律，推导出盾构穿越铁路线的施工段的剩余掘进段的施工参数；根据推导出的施工参数，完成盾构穿越铁路线的施工段的剩余掘进段的施工。本发明通过对盾构下穿路堤影响范围内的铁路轨道采用便梁和横梁进行加固作业和架空作业，同时对铁路路基进行注浆加固，起到对铁路轨道及轨枕的保护作用。通过试掘进段的施工，保证了盾构穿越铁路线的施工段能够以最合理的施工参数安全进行施工。
【专利说明】
盾构穿越铁路线的施工方法
技术领域
[0001] 本发明关于一种盾构施工方法，尤其是指一种盾构穿越铁路线的施工方法。
【背景技术】
[0002] 随着城市交通的不断发展，城市路面交通基本饱和，城市规划者逐渐将目光放在 了地下交通体系的开发。在中国地下交通的发展目前还比较滞后，发展相对完善的只有北 上广及沿海经济发展较快的一线城市，中部二线城市还处于起步阶段。武汉被称为九省通 衢，是华中地区最大的中心城市，亦是南北铁路的交叉点，铁路线比较复杂。武汉在地铁建 设过程中有很多盾构区间多次穿越铁路线的情况，穿越铁路线成为盾构掘进施工中一个突 出的风险点，如何在不影响铁路正常运营的情况下确保施工安全，并且控制好铁路沉降量 是施工中着重解决的问题。而现有技术主要侧重于穿越阶段对盾构施工参数、注浆及施工 监测方面的控制措施，未考虑对铁路轨道及轨枕的保护措施。
【发明内容】
[0003] 有鉴于上述问题，本发明提供了一种盾构穿越铁路线的施工方法，包括：
[0004] 对盾构下穿路堤影响范围内的铁路轨道采用便梁和横梁进行加固作业和架空作 业，同时对铁路路基进行注浆加固；
[0005] 在盾构穿越铁路线的施工段中进行一段试掘进段的施工，并根据盾构推进参数和 地面沉降变形规律，推导出盾构穿越铁路线的施工段的剩余掘进段的施工参数；
[0006] 根据推导出的所述施工参数，完成盾构穿越铁路线的施工段的剩余掘进段的施 工。
[0007] 本发明盾构穿越铁路线的施工方法，通过对盾构下穿路堤影响范围内的铁路轨道 采用便梁和横梁进行加固作业和架空作业，同时对铁路路基进行注浆加固，起到对铁路轨 道及轨枕的保护作用。通过在盾构穿越铁路线的施工段中进行一段试掘进段的施工，并根 据盾构推进参数和地面沉降变形规律，推导出盾构穿越铁路线的施工段的剩余掘进段的施 工参数，再根据推导出的所述施工参数，完成盾构穿越铁路线的施工段的剩余掘进段的施 工，保证了盾构穿越铁路线的施工段能够以最合理的施工参数安全进行施工。
[0008] 本发明盾构穿越铁路线的施工方法的进一步改进在于，对盾构下穿路堤影响范围 内的铁路轨道采用便梁和横梁进行加固作业和架空作业，包括：
[0009] 调整铁路轨道的轨枕之间的间距，预留出插入空位；
[0010]在相邻两个铁路轨道的轨枕之间的插入空位中插设一根横梁；
[0011] 在盾构下穿路堤影响范围内的铁路轨道的两侧分别施工多个混凝土支墩；
[0012] 在同一侧的多个混凝土支墩上架设所述便梁。
[0013] 本发明盾构穿越铁路线的施工方法的进一步改进在于，调整铁路轨道的轨枕之间 的间距，预留出插入空位，包括:在铁路轨道的既有线钢轨上打上标记，再串动铁路轨道的 轨枕位置预留出所述插入空位，串动后在铁路轨道的轨枕底部捣固密实。
[0014]本发明盾构穿越铁路线的施工方法的进一步改进在于，在相邻两个铁路轨道的轨 枕之间的插入空位中插设一根横梁，包括:插入所述横梁时按线路中心线两边对齐，采用定 位角钢定位所示横梁，并且垫好橡胶垫及上好钢轨扣件。
[00?5]本发明盾构穿越铁路线的施工方法的进一步改进在于，在同一侧的多个混凝土支 墩上架设便梁，包括:采用抬吊的方法，把所述便梁吊放到同一侧的多个混凝土支墩上。
[0016] 本发明盾构穿越铁路线的施工方法的进一步改进在于，还包括:在盾构穿越铁路 线的施工段开始掘进前，在铁路路堤边的土层内埋设用于对土层注浆的注浆管。
[0017] 本发明盾构穿越铁路线的施工方法的进一步改进在于，所述注浆管为PVC袖阀管， 所述注浆管的管底距离隧道顶部1.5m~2.5m。
[0018] 本发明盾构穿越铁路线的施工方法的进一步改进在于，所述施工参数包括正面平 衡土压力，根据计算公式P = k〇 γ h，计算所述正面平衡土压力，式中，P为正面平衡土压力， γ为土体的加权平均重度，h为隧道中心埋深。
[0019] 本发明盾构穿越铁路线的施工方法的进一步改进在于，所述施工参数包括出土 量，根据计算公式5 = |><&>^，计算所述出土量，式中，0为隧道直径儿为管片宽度。
[0020] 本发明盾构穿越铁路线的施工方法的进一步改进在于，所述施工参数包括注浆浆 液的配制，所述注浆浆液的配制为:砂、石灰、粉煤灰、膨润土、水泥和水根据1180: 55:300: 50:25:300的质量配合比进行配制。
【附图说明】
[0021 ]图1是本发明盾构穿越铁路线的施工方法的流程示意图。
[0022]图2是本发明盾构穿越铁路线的施工方法中架空作业的平面图。
[0023]图3是图2的局部放大示意图。
[0024]图4是图2的剖面图。
[0025] 图5是本发明盾构穿越铁路线的施工方法中注浆管的预埋剖面图。
【具体实施方式】
[0026] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不 用于限定本发明。
[0027] 配合参看图1所示，图1是本发明盾构穿越铁路线的施工方法的流程示意图。本发 明盾构穿越铁路线的施工方法，包括：
[0028] 步骤S01:对盾构下穿路堤影响范围内的铁路轨道采用便梁和横梁进行加固作业 和架空作业，同时对铁路路基进行注浆加固。
[0029]步骤S02:在盾构穿越铁路线的施工段中进行一段试掘进段的施工，并根据盾构推 进参数和地面沉降变形规律，推导出盾构穿越铁路线的施工段的剩余掘进段的施工参数。
[0030] 步骤S03:根据推导出的所述施工参数，完成盾构穿越铁路线的施工段的剩余掘进 段的施工。
[0031] 具体地，在上述步骤S01中，对盾构下穿路堤影响范围内的铁路轨道采用便梁和横 梁进行加固作业和架空作业，包括：
[0032]步骤SOI 1:调整铁路轨道的轨枕之间的间距，预留出插入空位；
[0033]步骤S012:在相邻两个铁路轨道的轨枕之间的插入空位中插设一根横梁；
[0034]步骤S013:在盾构下穿路堤影响范围内的铁路轨道的两侧分别施工多个混凝土支 域；
[0035] 步骤S014:在同一侧的多个混凝土支墩上架设所述便梁。
[0036]其中，在上述步骤S011中，调整铁路轨道的轨枕之间的间距，预留出插入空位，包 括:在铁路轨道的既有线钢轨上打上标记，再串动铁路轨道的轨枕位置预留出所述插入空 位，串动后在铁路轨道的轨枕底部捣固密实。
[0037]在上述步骤S012中，在相邻两个铁路轨道的轨枕之间的插入空位中插设一根横 梁，包括:插入所述横梁时按线路中心线两边对齐，采用定位角钢定位所示横梁，并且垫好 橡胶垫及上好钢轨扣件。
[0038]在上述步骤S014中，在同一侧的多个混凝土支墩上架设便梁，包括:采用抬吊的方 法，把所述便梁吊放到同一侧的多个混凝土支墩上。
[0039] 在一个较佳实施例中，本发明盾构穿越铁路线的施工方法，还包括:在盾构穿越铁 路线的施工段开始掘进前，在铁路路堤边的土层内埋设用于对土层注浆的注浆管。优选地， 所述注浆管为〇42mmPVC袖阀管，所述注浆管的管底距离隧道顶部1.5m~2.5m，最优选为 2m 〇
[0040] 另外，所述施工参数包括正面平衡土压力，根据计算公式P = k〇yh，计算所述正面 平衡土压力;式中，P为正面平衡土压力，γ为土体的加权平均重度，h为隧道中心埋深。所述 施工参数包括出土量，根据计算公式E = 计算所述出土量;式中，D为隧道直径，L 4 为管片宽度。所述施工参数包括注浆浆液的配制，所述注浆浆液的配制为：砂、石灰、粉煤 灰、膨润土、水泥和水根据1180:55:300:50:25:300的质量配合比进行配制。
[0041 ]本发明盾构穿越铁路线的施工方法，通过对盾构下穿路堤影响范围内的铁路轨道 采用便梁和横梁进行加固作业和架空作业，同时对铁路路基进行注浆加固，起到对铁路轨 道及轨枕的保护作用。通过在盾构穿越铁路线的施工段中进行一段试掘进段的施工，并根 据盾构推进参数和地面沉降变形规律，推导出盾构穿越铁路线的施工段的剩余掘进段的施 工参数，再根据推导出的所述施工参数，完成盾构穿越铁路线的施工段的剩余掘进段的施 工，保证了盾构穿越铁路线的施工段能够以最合理的施工参数安全进行施工。
[0042]以下通过具体实施例，对本发明盾构穿越铁路线的施工方法进行详细说明。
[0043] 参见图2至图5所示，图2是本发明盾构穿越铁路线的施工方法中架空作业的平面 图。图3是图2的局部放大示意图。图4是图2的剖面图。图5是本发明盾构穿越铁路线的施工 方法中注浆管的预埋剖面图。以武汉四号线二期第三标段汉阳火车站~钟家村站区间隧道 穿越铁路施工为例，其左线距离桥粧侧面，水平距离为4.87m，近距离穿越铁路，而且隧道在 此处还与施工中的6号线存在叠交施工的情况，工况比较复杂。
[0044] 首先，对盾构下穿路堤影响范围内的铁路轨道采用便梁和横梁进行加固作业和架 空作业，同时对铁路路基进行注浆加固。具体地，如图2所示，该路段包括两条相互平行的铁 路轨道80，每条铁路轨道80包括两条铁轨810，两条铁轨810的下方铺设有轨枕820，盾构施 工区域90位于铁路轨道80的范围内。
[0045] 那么，对盾构下穿路堤影响范围内的铁路轨道采用便梁和横梁进行加固作业和架 空作业，包括:结合图2至图4所示，调整铁路轨道80的轨枕810之间的间距，预留出横梁10的 插入空位;在相邻两个铁路轨道80的轨枕810之间的插入空位中插设一根横梁10;在盾构下 穿路堤影响范围内的铁路轨道80的两侧分别施工多个混凝土支墩20;在位于盾构下穿路堤 影响范围内的铁路轨道80同一侧的多个混凝土支墩20上架设便梁30。优选地，便梁30为D24 钢便梁，横梁10和便梁30均采用工字钢。
[0046] 具体地，对盾构下穿路堤影响范围内的铁路轨道采用便梁和横梁进行加固作业和 架空作业，具体包括：
[0047] 1、线路加固便梁采用D24m型钢便梁进行加固，钢便梁施工前应对沿线通信线、电 力线及地下通信、信号、电缆详细调查，与铁路相关部门密切沟通。
[0048] 2、钢便梁的安装施工时要加强周围线路的检查，防止机具材料等侵线，应在铁路 工务部门的配合下方可施工。
[0049] 3、钢便梁安装前，要调整轨枕之间的间距，在既有线钢轨上打上标记，然后串动轨 枕位置留出横梁插入空位，串动后枕木底应捣固密实。
[0050] 4、插入钢横梁时按线路中心线尽量两边对齐，采用定位角钢定位横梁同时垫好橡 胶垫，上好钢轨扣件。
[0051] 5、采用抬吊的方法，分别把便梁的两片纵梁吊放到线路两侧的混凝土支墩上。
[0052] 6、便梁、横梁及轨道扣件安装就位后，调整标高检查便梁线路，并把螺栓全部拧紧 一遍。
[0053] 7、施工过程中每天要检查支垫有无下沉、变形、裂纹，横梁与轨底的绝缘垫钢轨扣 件有无松动、脱落，螺栓有无松动、裂纹，D型便梁是否移位等，没过一趟车都要检查线路的 状况，若有异常应及时处理。
[0054] 8、盾构穿越施工时铁路宜限速为45km/h。
[0055] 如图5所示，为了防止在掘进过程中发生如铁路轨道沉降或地面沉降超过报警值 等问题，在铁路路堤边的土层40内埋设用于对土层40注浆的注浆管50,已有地铁轨面60就 位于土层40的下方，铁路轨道80位于土层40的上方。其中，在铁路路堤边lm外埋设Φ 42mmPVC袖阀管作为注浆管50,管底距隧道顶约2m左右，注浆管在盾构掘进前埋设。盾构掘 进过程中，如铁路轨道沉降或地面沉降超过报警值，应及时通过注浆管向轨道下方压注水 泥浆，对土层加固。具体包括：
[0056] 1、盾构下穿铁路路堤及侧穿铁路桥推荐采取如下措施：
[0057] 1)盾构穿越施工时铁路宜限速为45km/h。
[0058] 2)对盾构下穿路堤影响范围的铁路轨道采用D24便梁进行加固。
[0059] 3)盾构穿越前注意检查盾构设备，穿越时注意控制盾构姿态及时进行同步注浆及 二次注浆。
[0060] 4)在铁路桥周边及铁路路堤周边布置监测点，严格按照监测要求进行监测，根据 控制标准进行监测和预警。
[0061 ] 2、在铁路路堤边lm外埋设?42mmPVC袖阀管，具体范围：隧道侧壁外12m内铁路路 堤外设置3排，桥墩外预埋两排，注浆管间距2mX2m，桥墩处预埋管应提前探明桥墩下方方 粧具体位置，严禁与粧体冲突。管底距隧道顶约2m左右。注浆管应在盾构掘进前埋设，预埋 阶段暂不注浆;盾构掘进过程中，如铁路轨道沉降或地面沉降超过报警值，应及时通过注浆 管向轨道下方压注水泥浆，对土层加固。
[0062] 3、施工单位可在满足上述布置原则的基础上根据场地实际情况对预埋管做适当 调整。
[0063] 4、盾构施工前应调查清楚铁路线的运营情况和盾构上方电缆、通讯、接触网等相 关设施，对沉降位移、倾斜敏感的设施加强监测必要时配合铁路部门采取保护和监测措施。 [0064] 5、铁路桥粧为群粧基础，桥粧均为300mm X 300mm摩擦型钢筋混凝土方粧，最长为 12m，最短为8m。
[0005] 6、铁路监控量测数据超过警戒值时，启动应急预案及时处理。
[0066]然后开始掘进施工，即在盾构穿越铁路线的施工段中进行一段试掘进段的施工， 并根据盾构推进参数和地面沉降变形规律，推导出盾构穿越铁路线的施工段的剩余掘进段 的施工参数，再根据推导出的所述施工参数，完成盾构穿越铁路线的施工段的剩余掘进段 的施工，具体包括：
[0067] 1、穿越前建立试掘进段进行试验
[0068]为确保盾构顺利穿越铁路，计划将盾构到达前60米开始作为盾构穿越铁路线的施 工段的试掘进段。通过试掘进段的施工，来摸索盾构推进参数和地面沉降变形规律，并根据 盾构推进参数和地面沉降变形规律，推导出盾构穿越铁路线的施工段的剩余掘进段的施工 参数，以保证盾构穿越铁路期间，采取最合理的施工参数，将铁路的沉降控制在允许的变化 范围内。
[0069] 2、盾构穿越阶段施工参数设定
[0070] (1)严格控制盾构正面平衡压力，正面平衡土压力的计算公式为P = k〇Yh，式中P 为正面平衡土压力，γ为土体的加权平均重度，取18kN/m3，h为隧道中心埋深，单位m。本实 施例的工程中，穿越段隧道中心埋深为35m，考虑稍许欠压，根据上述计算公式，正面平衡土 压力控制在〇.15MPa。
[0071 ] (2)推进速度控制在2cm/min〇
[0072] (3)严格控制出土量。根据盾构及管片之间的建筑间隙及各土层特性合理控制出 土量，大约为开挖断面的98%~100%。并通过分析调整，寻找最合理的数值。理论出土量计 算公式为，式中，D为隧道直径，L为管片宽度。
[0073] (4)刀盘扭矩。刀盘扭矩控制在1.6r/min，彡60%
[0074] (5)推力控制。盾构推力尽量控制在1500T以内。
[0075] (6)加强浆液控制。所述注浆浆液的配制为:砂、石灰、粉煤灰、膨润土、水泥和水根 据1180:55:300:50:25:300的质量配合比进行配制。
[0076] 特别地，待盾构穿越后，必须对铁路继续进行跟踪监测直至铁路变形趋于稳定。同 时根据监测报表在隧道内对该区域进行壁后二次注浆。如若发现铁路后期沉降通过壁后二 次注浆不能得到很好的控制，可以考虑通过每环管片上预埋的13个注浆孔，进行分层注浆， 注浆范围为衬砌外1.5m，注浆材料采用缓凝型，每方浆液配比拟采用水泥:膨润土:水:水玻 璃=235:60:675:57，注浆压力控制在 0 · 3Mpa~1 · OMpa。
[0077]以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽 然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人 员，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修 饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实 质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围 内。
【主权项】
1. 一种盾构穿越铁路线的施工方法，其特征在于，包括： 对盾构下穿路堤影响范围内的铁路轨道采用便梁和横梁进行加固作业和架空作业，同 时对铁路路基进彳丁注楽·加固； 在盾构穿越铁路线的施工段中进行一段试掘进段的施工，并根据盾构推进参数和地面 沉降变形规律，推导出盾构穿越铁路线的施工段的剩余掘进段的施工参数； 根据推导出的所述施工参数，完成盾构穿越铁路线的施工段的剩余掘进段的施工。2. 如权利要求1所述的盾构穿越铁路线的施工方法，其特征在于，对盾构下穿路堤影响 范围内的铁路轨道采用便梁和横梁进行加固作业和架空作业，包括： 调整铁路轨道的轨枕之间的间距，预留出插入空位； 在相邻两个铁路轨道的轨枕之间的插入空位中插设一根横梁； 在盾构下穿路堤影响范围内的铁路轨道的两侧分别施工多个混凝土支墩； 在同一侧的多个混凝土支墩上架设便梁。3. 如权利要求2所述的盾构穿越铁路线的施工方法，其特征在于，调整铁路轨道的轨枕 之间的间距，预留出插入空位，包括:在铁路轨道的既有线钢轨上打上标记，再串动铁路轨 道的轨枕位置预留出所述插入空位，串动后在铁路轨道的轨枕底部捣固密实。4. 如权利要求2所述的盾构穿越铁路线的施工方法，其特征在于，在相邻两个铁路轨道 的轨枕之间的插入空位中插设一根横梁，包括:插入横梁时按线路中心线两边对齐，采用定 位角钢定位所示横梁，并且垫好橡胶垫及上好钢轨扣件。5. 如权利要求2所述的盾构穿越铁路线的施工方法，其特征在于，在同一侧的多个混凝 土支墩上架设所述便梁，包括:采用抬吊的方法，把所述便梁吊放到同一侧的多个混凝土支 墩上。6. 如权利要求1所述的盾构穿越铁路线的施工方法，其特征在于，还包括:在盾构穿越 铁路线的施工段开始掘进前，在铁路路堤边的土层内埋设用于对土层注浆的注浆管。7. 如权利要求6所述的盾构穿越铁路线的施工方法，其特征在于，所述注浆管为PVC袖 阀管，所述注浆管的管底距离隧道顶部1.5m~2.5m。8. 如权利要求1所述的盾构穿越铁路线的施工方法，其特征在于，所述施工参数包括正 面平衡土压力，根据计算公式P = k〇 γ h，计算所述正面平衡土压力，式中，P为正面平衡土压 力，γ为土体的加权平均重度，h为隧道中心埋深。9. 如权利要求8所述的盾构穿越铁路线的施工方法，其特征在于，所述施工参数还包括 出土量，根据计算公式E = ，计算所述出土量，式中，D为隧道直径，L为管片宽度。 410. 如权利要求9所述的盾构穿越铁路线的施工方法，其特征在于，所述施工参数还包 括注浆浆液的配制，所述注浆浆液的配制为:砂、石灰、粉煤灰、膨润土、水泥和水根据1180: 55:300:50:25:300的质量配合比进行配制。
【文档编号】E21D9/06GK105888675SQ201610455044
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年6月22日
【发明人】薛建忠, 李峻, 赵叁林, 黄德中, 王旋东, 张亮, 邓尧, 周豪, 寇少林, 田瑞端, 曾莹莹, 卫英平, 李少鹏, 罗立, 邵文飞
【申请人】上海隧道工程有限公司