软弱地层地铁盾构下穿高铁的安全控制技术研究
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摘 要 以S市轨道交通9号线作为研究实例，运用理论分析的方式论述了软弱地层地铁盾构下穿高铁的风险因素，并根据相关风险因素制定了对应的安全控制措施，简要分析了S市轨道交通9号线的施工结果，小结本文的研究意义。
关键词 软弱地层;下穿;安全控制
改革开放40年来我国经济迅猛发展，铁路运输起到了十分重要的带动作用，地鐵隧道下穿高铁的成功案例越来越多，值得注意的是高铁对轨道纵横向平顺性要求极为苛刻，发生较为细小的差异沉降等因素都可能造成严重的安企隐患[1]。盾构穿越施工面临多方面的不确定性，高速铁路的高要求、高标准仍需要在发达国家理论研究成果的基础之上进一步展开具体的分析探究，制定符合实际国情的安全控制技术标准。
1 案例研究
S市轨道交通9号线在第一附属医院站至S南站区间进行地铁盾构施工时，将下穿2条东西向的HN城际铁路运营线路，穿越处左线转弯半径为R380m，右线的转弯半径分别为R390m。该高铁线路采用板式无砟轨道，HN城际设计的最高时速为340km/h。两隧道线路纵坡3‰，水平间距约为16m，穿越处隧道埋深20m，区间隧道土体上、中、下三部分分别为粉质黏土，粉土夹粉砂和粉质黏土。
2 制定沉降控制标准
以我国现行的高速铁路规范作为制定依据，规范要求高速铁路无砟轨道的完工后沉降需要满足符合线路竖曲线圆顺性和扣件调整能力的要求，数值不应当超过15mm[2]。对S市轨道交通以往线路在施工期结束的状态下对盾构施工沉降进行监测，结果表明前期沉降大小不同，在地表处于最终稳定的状态前会有15mm以下沉降产生的可能。根据上述条件本次9号线穿越高铁的施工面临着更为复杂的状况，首当其冲的是由于列车动荷载长期作用的累积效果导致地表沉降的进一步加强;不能忽视的是一般来说进行穿越施工之前对上层会进行注浆加固的处理，在注浆加固之后沉降会比软弱的原状土层明显的减弱。经过分析可以得出注浆加固后进行盾构穿越最终造成的沉降可以控制在5至7mm的范围内，于是双线盾构穿越高铁施工可将沉降定为8mm。
3 主要影响因素
根据《京沪高速铁路设计暂行规定》中下列公式（3.1）可以得出列车的车速越快其产生的等效静力荷载数值越大。
Pd=Ps（1+0.3v/100） 3.1
据此可以通过车速得出双线盾构穿越后板结构最大拉应力、进一步得到最大沉降的具体数值。通过公式推理可知列车运行速度对穿越施工的影响是显而易见的，沿着这个思路为实现最大程度的保证运行以及施工的安全性考量，要求高铁列车在通过施工区域时应当将速度降至合理范围，减小地表沉降的程度[3]。
4 穿越施工的安全控制措施
4.1 精细化掘进施工的开展
精细化微扰动施工的总体原则可以总结为以下四点：①缓慢的推速;②相对稳定的土压;③合理掌控的姿态;④较为低的转速。本着这个思路具体到施工环节，应做到在穿前10环到穿后20环的施工范围内，保持机械平稳运行，匀速推进将速度控制在2厘米/分钟;以手动模式对出土进行有效控制，在拼装管片的时候要将千斤顶的油压保持住，避免刀盘前土体松动的情况发生，在整个施工过程中将土压波幅保持在0.02兆帕以下;始终保持姿态的合理性，适时适度地进行姿态调整，不得出现土体超挖的情形，保持整个施工过程单环纠偏量在10毫米以下;为了尽可能降低刀具对固体刀削造成的扰动，整个施工过程应当使转速保持在0.5转/分钟的低档转速。
4.2 采用新型的注浆工艺进行施工
本次施工过程之前，项目组对普通可硬性浆液凝结速度过快易造成堵管以及惰性浆液体积收缩过于明显、固结体强度较低的劣势进行了充分的考量。为达到穿越施工段可以进行同步注浆，降低安全隐患的目的，项目组充分结合多种材料的优良性能研制了新型浆液，试验测得这种新型浆液强度在0.13兆帕之上、密度大于1.69克/立方厘米、坍落度在23～24厘米之间，比较分析以上数据可知这种新型的浆液材料具有较强的固结度、流动性良好、可填充性较为稳定。
4.3 对盾构机械设备进行提升改造
在本次选取的S市实例中，9号线经过的S南站已在5年前完成了加固体强度很大的注浆加固，鉴于这种施工难度较大的实际情况，为了更安全有效完成施工过程，对盾构机进行了提升改造，以此加强机械的刀削能力、提升施工作业效率。提升改选的具体措施是在原有刀盘面板上加固了多个羊角刀，降低将外置式注浆外包管的凸起高度，将注浆泵更换为德国进口的施维英泵等。
5 结束语
S市轨道交通9号线已于2015年完成左右线盾构的下穿，在穿越施工期间受影响高铁在进入施工影响范围时控速在120千米/时以下，全站仪实行自动化监测，监测数据表明在整个穿越过程中高铁轨道结构变形较为平稳，未对施工以及高铁运行的安全性造成不利影响。
本文从理论上分析了造成安全风险的主要原因，通过对S市轨道交通9号线建设实例的列举，浅析了软弱地层地铁盾构下穿高铁过程的安全控制技术，旨在为我国轨道交通事业的蓬勃发展贡献一份绵薄之力。
参考文献
[1] 胡一峰，李怒放.高速铁路无砟轨道路基设计原理[M].北京：中国铁道出版社，2010：22.
[2] GB-50652-2011.城市轨道交通地下工程建设风险管理规范[s].北京：光明日报出版社，2011.
[3] 吕培林，周顺华.软土地区盾构隧道下穿铁路干线引起的线路沉降规律分析[J].中国铁道科学，2007，28（2）：12-16.
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