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中图分类号： U216 文献标识码： A
一、工程概况
1、工程范围及
本标段盾构区间位于西安市北郊未央路和北大街中轴线上，道路东侧，包括三个区间，即大明宫～龙首原区间、龙首原～安远门区间及安远门～北大街区间的土建工程施工。整个标段起讫里程YCK8+415.89～YCK12+136.57，线路跨度总长3720.68双延米，其中盾构隧道左线长度2958.95延米，盾构隧道右线长度3019.49延米。
2、地理位置
陇海铁路与区间隧道的相对位置平面图、剖面图 见附图1、2。
根据设计计算分折，盾构施工对铁路的影响较小，过铁路处的隧道管片结构，完全满足强度及裂缝宽度的要求。但为确保盾构安全、顺利的穿越铁路，仍需采取相应技术措施。
图1北北区间下穿陇海铁路平面图
图2 区间隧道下穿陇海铁路横断面
二、盾构机施工原理简述
1、土压平衡盾构机工作原理
土压平衡式盾构机的基本工作原理，就是盾构机在推进掘削开挖面土体的同时，使掘削的碴土充满土仓内，并且使土仓内的碴土密度尽可能与隧道开挖面上的土壤密度接近。由于在推进油缸的推力作用下，使土仓内充满的碴土具有一定的压力，土仓内的碴土压力与隧道开挖面上的水土压力实现动态平衡，隧道开挖面上的土壤就不会坍落，而且隧道结构管片在盾构机每循环推进后即行安装，推进过程中，同步注浆又及时填充了结构管片与地层间的空隙，从而同时完成掘进与隧道的主体结构又不会造成开挖面与周围土体的失稳，引起地面沉降就能被减至最少。
2、安全性
1）盾体是用钢板焊接而成的圆型筒体，在内部焊有筋板、环板等一些加强板，具有足够的耐土压、水压的强度和刚度，抵挡周围土体压力，也可保护在盾构机内工作的人员和设备的安全。
2）具有良好可靠的加泥（膨润土）、泡沫注入系统，用于开挖面、土仓及螺旋机中土体的改善。
3）具有良好可靠的同步注浆注入系统，能及时充填管片与地层的间隙，减小沉降。同步注浆系统既可以采用单液浆，也可以采用双液浆。
4）盾构机主机的密封装置（刀盘驱动密封及盾尾密封等）在较高水土压力状态下具有良好的密封功能。
5）盾构机具备高精度的导向测量系统。配备有由美国Trimble 公司生产的5603光波自动全站仪，导向精度高，能实时反映盾构机的当前位置和理论位置，并提供调整指示。
4、沉降控制
选择好合适的掘进速度及添加剂，控制好盾构机掘进轴线，实时调整盾尾注浆量和注浆压力，并结合地面测量的反馈信息，地表沉降可以控制在＋5～－15mm的范围之内。在使用土压平衡模式掘进时，一定要注意控制好土压力，将土压力控制在一定的容许范围内，防止由于土压力的过大变化引起地面沉降或隆起。
三、下穿陇海铁路时，盾构机施工采取保护措施
为控制地面沉降，盾构掘进时，需注意采取以下主要措施：
1）严格控制土压力
在施工中严格管理，使实际土压略大于计算值。
在盾构穿越铁路前50m范围内设置了两组分层沉降观测点。计算得出的土压力为0.2Mpa，在实际施工过程中，根据地面沉降监测的数据分析，土仓压力一般控制在0.1～0.15 Mpa左右即可。在掘进过程中可以适当将土仓压力控制的稍低一些，一般在0.05左右。停机状态下的土压设置在0.12Mpa左右，不低于0.05Mpa。
2)盾构匀速通过，保证开挖面稳定
针对这种情况，向刀盘前方土体注入泡沫，在增大土体流动性的同时，降低其附着力，防止开挖土附着在刀头和土仓内壁；同时利用刀盘富调试的搅拌翼将泡沫和切削下来的土体加以搅拌，使之充分混合，变得较为蓬松，增大可排性。从而使开挖土量和排土量保持平衡，保证开挖面的稳定。一般盾构掘进速度30～50mm/ min。
3）严格控制注浆施工
a、同步注浆
同步注浆是利用同步注浆系统，对随着盾构机向前推进、管片衬砌逐渐脱离盾尾所产生的间隙进行限域、及时充填的过程。注浆压力设定为0.1Mpa+水压力，其中水压力以稳定水位至隧道埋深的距离进行估算，一般设定为0.15～0.25Mpa，根据地质情况、注浆速度、盾构掘进速度、地面沉降情况等进行调整，当注浆量不足或压力较高时，必须更换注浆位置继续压注，直至注浆量达到要求为止。同步注浆量应控制在理论空隙量的150%～200%，注浆速度控制为0.0375～0.0625m3/min。
b、二次注浆
在正常同步注浆施工后，根据监测资料进行必要的二次注浆，二次注浆从盾尾后5环开始进行壁后注浆，二次注浆压力与同步注浆压力相同。
4）减少盾构推进方向的改变
盾构推进过程中严格按照“勤纠偏，小纠偏”的原则，严禁大幅度纠偏，尽量减少施工原因造成的盾构推进方向的改变。
5）减少对地层的扰动
盾构施工对地层的扰动主要是盾构机千斤顶的推力和刀盘旋转产生的，因而保证盾构机正常运转，确保盾构机的机械性能尤为主要。当土压力突变时，在分析原因的同时，采取填注泡沫的措施改良开挖土体。
6）保证拼装质量，减少管片变形/变位
隧道管片的变形量与管片拼装的质量紧密联系，在施工过程中，必须强化施工管理，保证一次紧密固结。每环掘进过程中，应适时对螺栓进行二次紧固。
7）推力
盾构机掘进时总推力控制在8000KN以下可贯入土体进行掘进。确保对土体造成过大的扰动。盾构左右线过陇海铁路施工中，推进相对顺利时的参数选择如下表：
四、监控量测
量测工作的目的是获取轨道现状的数据资料，为后续施工方案的制定和隧道结构、轨道最终变形量的确定提供依据。量测内容包括洞内拱顶沉降、洞周收敛；地面沉降、轨面沉降、轨距、高低量测。
1、观测点的布置：
1.1 布点原则
测量的布点原则是：
左右股钢轨分别设置测点，测点布设于靠近钢轨的短轨枕或道床面上。测点沿线路方向设置，设置间距为5～10m。
1.2 测点布设及数量
依据上述布店原则，在线路测量范围内进行布点，观测点采用射钉（露出地面约1㎝）作为测量标记。
1.3观测与计算
垂直位移监测点观测，依据起始点采取附和水准路线的形式，按二等水准外业要求进行观测。最后取左股、右股钢轨轨面高程的平均值作为线路中线的高程。
2、轨距测量
2.1测量工具：轨距测量使用专用测量工具（道尺）进行。
2.2 测量位置及数量
在测点位置相对应处进行轨距测量，每个测量轨距断面在实地用红油漆明确标识测量位置，以便今后能够重复测量。
3、轨道水平、高低测量
测量断面中轨面高程测量可反映轨道的水平及高低情况。同一里程处两股钢轨高程之差即反映了轨道是否水平或是否满足内外股轨道高差的设计要求，单股钢轨不同里程处的轨面高程可反映前后高低。
轨道水平间距测点埋设示意图
轨道差异沉降测点埋设示意图
地面具体监测点布置图
4、监测频率
在对既有铁路进行动态监测的前提下，确定监测频率如下：
在下穿前，对上述项目进行一次操作，以取得基准数据。距掘进面＜20米时，1次／2小时；距掘进面＜50米时，2次／天；距掘进面＞50米时，2次／周。
五、盾构通过陇海铁路时施工保护措施:
盾构跨越陇海铁路K1074+201～+280电气化铁路区段，线路为5道，其中：盾构大里程侧为正线2股道60Kg／m钢轨，无缝线路；站线2股为50Kg／m钢轨；牵出线1股 为50Kg／m钢轨。
当任何一次轨道几何形位检查后的路基累计沉降值达到2mm时，利用“天窗”时间对此地段进行轨道状态的检查与维修。
对陇海铁路进行加固处理，处理方法是：在地铁与陇海铁路交叉范围的右线右侧30m及左线左侧30m范围内采用扣轨的方法进行加固。线路加固的单线总长为750m。加固前预先与铁路工务部门联系，将盾构区域内的线路预抬高并对线路进行顺破处理。
1、线路加固方法为：
1.1地铁外径为6米，掘顶进施工前对线路采用3-7-3扣轨进行加固。3-7-3扣轨正线使用P50，12.5m标准轨，站线及牵出线采用P43，12.5m标准轨。
1.2线路加固前，预先与西安铁路局签订施工安全协议。在正式施工前一个月内向铁路单位要点，要求施工期间上下行列车限速60KM／小时。
1.3线路加固前，施工单位按照设计要求对所有监测点进行观测，并将测量成果上报监理、业主及设备产权单位进行复测。
1.4線路加固利用列车间隙时间进行。当列车通过后，施工负责人通知施工时，施工人员先将混凝土轨枕内道碴隔三扒一，将原枕木内的砼枕抽换成木枕并捣固道床。然后采用3—7—3方式扣轨进行线路加固，即3根轨束分别铺设在两根轨的外侧，7根轨束铺设在两股轨中间。轨束在正线使用P50，12.5m标准轨，站线及牵出线采用P43，12.5m标准轨。每隔50cm用φ22U型螺栓与∠63×63×6的角钢将轨束夹紧。轨束和枕木用U形螺栓和扁铁制成的扣板连成一体。施工期间，选派专人在线路加固地段两端按《技规》规定进行防护，并设立防护设施。
1.5线路加固顺序为：自北向南依次加固，即先加固牵出线，然后加固两股站线，最后加固两股正线。
线路扣轨加固示意图
一、工程概况
1、工程范围及
本标段盾构区间位于西安市北郊未央路和北大街中轴线上，道路东侧，包括三个区间，即大明宫～龙首原区间、龙首原～安远门区间及安远门～北大街区间的土建工程施工。整个标段起讫里程YCK8+415.89～YCK12+136.57，线路跨度总长3720.68双延米，其中盾构隧道左线长度2958.95延米，盾构隧道右线长度3019.49延米。
2、地理位置
陇海铁路与区间隧道的相对位置平面图、剖面图 见附图1、2。
根据设计计算分折，盾构施工对铁路的影响较小，过铁路处的隧道管片结构，完全满足强度及裂缝宽度的要求。但为确保盾构安全、顺利的穿越铁路，仍需采取相应技术措施。
图1北北区间下穿陇海铁路平面图
图2 区间隧道下穿陇海铁路横断面
二、盾构机施工原理简述
1、土压平衡盾构机工作原理
土压平衡式盾构机的基本工作原理，就是盾构机在推进掘削开挖面土体的同时，使掘削的碴土充满土仓内，并且使土仓内的碴土密度尽可能与隧道开挖面上的土壤密度接近。由于在推进油缸的推力作用下，使土仓内充满的碴土具有一定的压力，土仓内的碴土压力与隧道开挖面上的水土压力实现动态平衡，隧道开挖面上的土壤就不会坍落，而且隧道结构管片在盾构机每循环推进后即行安装，推进过程中，同步注浆又及时填充了结构管片与地层间的空隙，从而同时完成掘进与隧道的主体结构又不会造成开挖面与周围土体的失稳，引起地面沉降就能被减至最少。
2、安全性
1）盾体是用钢板焊接而成的圆型筒体，在内部焊有筋板、环板等一些加强板，具有足够的耐土压、水压的强度和刚度，抵挡周围土体压力，也可保护在盾构机内工作的人员和设备的安全。
2）具有良好可靠的加泥（膨润土）、泡沫注入系统，用于开挖面、土仓及螺旋机中土体的改善。
3）具有良好可靠的同步注浆注入系统，能及时充填管片与地层的间隙，减小沉降。同步注浆系统既可以采用单液浆，也可以采用双液浆。
4）盾构机主机的密封装置（刀盘驱动密封及盾尾密封等）在较高水土压力状态下具有良好的密封功能。
5）盾构机具备高精度的导向测量系统。配备有由美国Trimble 公司生产的5603光波自动全站仪，导向精度高，能实时反映盾构机的当前位置和理论位置，并提供调整指示。
4、沉降控制
选择好合适的掘进速度及添加剂，控制好盾构机掘进轴线，实时调整盾尾注浆量和注浆压力，并结合地面测量的反馈信息，地表沉降可以控制在＋5～－15mm的范围之内。在使用土压平衡模式掘进时，一定要注意控制好土压力，将土压力控制在一定的容许范围内，防止由于土压力的过大变化引起地面沉降或隆起。
三、下穿陇海铁路时，盾构机施工采取保护措施
为控制地面沉降，盾构掘进时，需注意采取以下主要措施：
1）严格控制土压力
在施工中严格管理，使实际土压略大于计算值。
在盾构穿越铁路前50m范围内设置了两组分层沉降观测点。计算得出的土压力为0.2Mpa，在实际施工过程中，根据地面沉降监测的数据分析，土仓压力一般控制在0.1～0.15 Mpa左右即可。在掘进过程中可以适当将土仓压力控制的稍低一些，一般在0.05左右。停机状态下的土压设置在0.12Mpa左右，不低于0.05Mpa。
2)盾构匀速通过，保证开挖面稳定
针对这种情况，向刀盘前方土体注入泡沫，在增大土体流动性的同时，降低其附着力，防止开挖土附着在刀头和土仓内壁；同时利用刀盘富调试的搅拌翼将泡沫和切削下来的土体加以搅拌，使之充分混合，变得较为蓬松，增大可排性。从而使开挖土量和排土量保持平衡，保证开挖面的稳定。一般盾构掘进速度30～50mm/ min。
3）严格控制注浆施工
a、同步注浆
同步注浆是利用同步注浆系统，对随着盾构机向前推进、管片衬砌逐渐脱离盾尾所产生的间隙进行限域、及时充填的过程。注浆压力设定为0.1Mpa+水压力，其中水压力以稳定水位至隧道埋深的距离进行估算，一般设定为0.15～0.25Mpa，根据地质情况、注浆速度、盾构掘进速度、地面沉降情况等进行调整，当注浆量不足或压力较高时，必须更换注浆位置继续压注，直至注浆量达到要求为止。同步注浆量应控制在理论空隙量的150%～200%，注浆速度控制为0.0375～0.0625m3/min。
b、二次注浆
在正常同步注浆施工后，根据监测资料进行必要的二次注浆，二次注浆从盾尾后5环开始进行壁后注浆，二次注浆压力与同步注浆压力相同。
4）减少盾构推进方向的改变
盾构推进过程中严格按照“勤纠偏，小纠偏”的原则，严禁大幅度纠偏，尽量减少施工原因造成的盾构推进方向的改变。
5）减少对地层的扰动
盾构施工对地层的扰动主要是盾构机千斤顶的推力和刀盘旋转产生的，因而保证盾构机正常运转，确保盾构机的机械性能尤为主要。当土压力突变时，在分析原因的同时，采取填注泡沫的措施改良开挖土体。
6）保证拼装质量，减少管片变形/变位
隧道管片的变形量与管片拼装的质量紧密联系，在施工过程中，必须强化施工管理，保证一次紧密固结。每环掘进过程中，应适时对螺栓进行二次紧固。
7）推力
盾构机掘进时总推力控制在8000KN以下可贯入土体进行掘进。确保对土体造成过大的扰动。盾构左右线过陇海铁路施工中，推进相对顺利时的参数选择如下表：
四、监控量测
量测工作的目的是获取轨道现状的数据资料，为后续施工方案的制定和隧道结构、轨道最终变形量的确定提供依据。量测内容包括洞内拱顶沉降、洞周收敛；地面沉降、轨面沉降、轨距、高低量测。
1、观测点的布置：
1.1 布点原则
测量的布点原则是：
左右股钢轨分别设置测点，测点布设于靠近钢轨的短轨枕或道床面上。测点沿线路方向设置，设置间距为5～10m。
1.2 测点布设及数量
依据上述布店原则，在线路测量范围内进行布点，观测点采用射钉（露出地面约1㎝）作为测量标记。
1.3观测与计算
垂直位移监测点观测，依据起始点采取附和水准路线的形式，按二等水准外业要求进行观测。最后取左股、右股钢轨轨面高程的平均值作为线路中线的高程。
2、轨距测量
2.1测量工具：轨距测量使用专用测量工具（道尺）进行。
2.2 测量位置及数量
在测点位置相对应处进行轨距测量，每个测量轨距断面在实地用红油漆明确标识测量位置，以便今后能够重复测量。
3、轨道水平、高低测量
测量断面中轨面高程测量可反映轨道的水平及高低情况。同一里程处两股钢轨高程之差即反映了轨道是否水平或是否满足内外股轨道高差的设计要求，单股钢轨不同里程处的轨面高程可反映前后高低。
轨道水平间距测点埋设示意图
轨道差异沉降测点埋设示意图
地面具体监测点布置图
4、监测频率
在对既有铁路进行动态监测的前提下，确定监测频率如下：
在下穿前，对上述项目进行一次操作，以取得基准数据。距掘进面＜20米时，1次／2小时；距掘进面＜50米时，2次／天；距掘进面＞50米时，2次／周。
五、盾构通过陇海铁路时施工保护措施:
盾构跨越陇海铁路K1074+201～+280电气化铁路区段，线路为5道，其中：盾构大里程侧为正线2股道60Kg／m钢轨，无缝线路；站线2股为50Kg／m钢轨；牵出线1股 为50Kg／m钢轨。
当任何一次轨道几何形位检查后的路基累计沉降值达到2mm时，利用“天窗”时间对此地段进行轨道状态的检查与维修。
对陇海铁路进行加固处理，处理方法是：在地铁与陇海铁路交叉范围的右线右侧30m及左线左侧30m范围内采用扣轨的方法进行加固。线路加固的单线总长为750m。加固前预先与铁路工务部门联系，将盾构区域内的线路预抬高并对线路进行顺破处理。
1、线路加固方法为：
1.1地铁外径为6米，掘顶进施工前对线路采用3-7-3扣轨进行加固。3-7-3扣轨正线使用P50，12.5m标准轨，站线及牵出线采用P43，12.5m标准轨。
1.2线路加固前，预先与西安铁路局签订施工安全协议。在正式施工前一个月内向铁路单位要点，要求施工期间上下行列车限速60KM／小时。
1.3线路加固前，施工单位按照设计要求对所有监测点进行观测，并将测量成果上报监理、业主及设备产权单位进行复测。
1.4線路加固利用列车间隙时间进行。当列车通过后，施工负责人通知施工时，施工人员先将混凝土轨枕内道碴隔三扒一，将原枕木内的砼枕抽换成木枕并捣固道床。然后采用3—7—3方式扣轨进行线路加固，即3根轨束分别铺设在两根轨的外侧，7根轨束铺设在两股轨中间。轨束在正线使用P50，12.5m标准轨，站线及牵出线采用P43，12.5m标准轨。每隔50cm用φ22U型螺栓与∠63×63×6的角钢将轨束夹紧。轨束和枕木用U形螺栓和扁铁制成的扣板连成一体。施工期间，选派专人在线路加固地段两端按《技规》规定进行防护，并设立防护设施。
1.5线路加固顺序为：自北向南依次加固，即先加固牵出线，然后加固两股站线，最后加固两股正线。
线路扣轨加固示意图