盾構(gòu)側(cè)穿橋樁施工技術(shù)

【摘 要】通過對工程實例的施工過程的精心控制，使盾構(gòu)機順利穿越樁群風險源，取得了良好的效果，總結(jié)出側(cè)穿橋樁的施工技術(shù)，在施工中最大限度保證盾構(gòu)及橋樁的安全，具有較強的可行性，為其他工程施工提供參考。

【關(guān)鍵詞】盾構(gòu)；側(cè)墻橋樁；施工技術(shù)

1、工程概況

天津地鐵6號線一中心醫(yī)院站～紅旗南路站區(qū)間隧道北起一中心醫(yī)院站，沿紅旗南路南行，下穿王頂?shù)塘⒔粯?，終到達紅旗南路與迎水道交叉口的紅旗南路站。需穿越王頂?shù)塘⒔粯驑驑度?，橋樁距隧道結(jié)構(gòu)最小凈距僅2.29米。區(qū)間平面線形由直線、緩和曲線、圓曲線組成，區(qū)間隧道采用厚350mm，寬度為1.5m的管片進行拼裝。

王頂?shù)塘⒔粯颍?993年建筑，一中心醫(yī)院站～紅旗南路站區(qū)間左右線隧道下穿，最小凈距為G3#橋樁距左線隧道結(jié)構(gòu)2.29米。根據(jù)圖紙穿越里程為左線175環(huán)～245環(huán)、右線190環(huán)～245環(huán)處，隧道覆土厚度約為18m。穿越時區(qū)間隧道位于⑦粉質(zhì)粘土，⑧1粉質(zhì)粘土，⑧2-1粉土，⑧2-2粉砂中。

2、工程地質(zhì)條件

本場區(qū)地層所處地段屬沖積平原，地形平坦，地面高程2.92～3.92m。本區(qū)地層為第四系全新統(tǒng)人工填土層（人工堆積Qml）、第Ⅰ陸相層（第四系全新統(tǒng)上組河床～河漫灘相沉積Q43al）、第Ⅰ海相層（第四系全新統(tǒng)中組淺海相沉積Q42m）、第Ⅱ陸相層（第四系全新統(tǒng)下組沼澤相沉積層Q41h、河床～河漫灘相沉積Q41al）、第Ⅲ陸相層（第四系上更新統(tǒng)五組河床～河漫灘相沉積Q3eal）、第Ⅱ海相層（第四系上更新統(tǒng)四組濱?！毕珟喑练eQ3dmc）、第Ⅳ陸相層（第四系上更新統(tǒng)三組河床～河漫灘相沉積Q3cal）。

一中心醫(yī)院站～紅旗南路站區(qū)間盾構(gòu)主要穿越土層為⑥4粉質(zhì)粘土、⑦ 粉質(zhì)粘土、⑧1 粉質(zhì)粘土、⑧2-1砂質(zhì)粉土、⑧2-2粉砂、⑨1粉質(zhì)粘土等地層。聯(lián)絡(luò)通道所處地層為⑧2-1砂質(zhì)粉土、⑧2-2粉砂、⑨1粉質(zhì)粘土等地層。

3. 施工準備

3.1 盾構(gòu)機針對性設(shè)計

針對穿越建（構(gòu)）筑物的工況條件，選用2臺三菱盾構(gòu)機，完全適用于本工程，其具備以下功能。

1）同步注漿系統(tǒng)

為減小盾構(gòu)掘進過后土體的后期沉降量，以達到保護上部建（構(gòu)）筑物的目的。采用同步注漿系統(tǒng)。注漿泵安裝計數(shù)器，采用計數(shù)的方式計算流量，油缸每動作一次的最大流量約為12L。盾構(gòu)掘進時可實施多點位注漿，使?jié){液均勻分布，可提高漿液填充效率，減小周圍土體變形。

2）盾殼增設(shè)注漿孔

為增強盾構(gòu)機本體區(qū)域的注漿能力，以應(yīng)對在盾構(gòu)機本體上方區(qū)域產(chǎn)生的異常沉降現(xiàn)象。在盾構(gòu)本體開設(shè)徑向注漿孔，沿圓周均勻分布，用優(yōu)質(zhì)球閥密封。在盾構(gòu)掘進期間，可通過以上注漿孔向外注漿，控制盾構(gòu)機上方的土體沉降。

3）合適的刀盤開口率及刀具配置

針對本工程需要穿越眾多構(gòu)、建（構(gòu)）筑物的特殊工況條件，盾構(gòu)與多幢建（構(gòu)）筑物水平凈距較小。由于地下工程存在一定的不可預(yù)見性，不排除盾構(gòu)掘進斷面內(nèi)存在硬質(zhì)障礙物的可能性。另外一方面，盾構(gòu)斷面土層的砂性含量較大，良好的刀具切削能力及刀盤開口率將能大大減小掘進過程中產(chǎn)生的土體擾動，有效控制隧道上方建構(gòu)筑物沉降，確保盾構(gòu)保持良好的工作狀態(tài)進行穿越掘進施工。

4）合理的土體改良系統(tǒng)

根據(jù)區(qū)間隧道斷面土層特點，盾構(gòu)機配置泡沫劑改良系統(tǒng)及膨潤土漿液加泥系統(tǒng)。為有效改良土倉內(nèi)土體，增強土倉土體流動性，配置攪拌棒。土體改良滿足單點單控要求，應(yīng)采用單向閥形式，能有效阻止正面的土體進入改良孔，避免改良孔的堵塞現(xiàn)象。同時每一改良孔采用獨立管路形式，共4根獨立管路，加泥泵應(yīng)采用變量控制泵，單點流量不小于120L/min。

（5）大推力推進系統(tǒng)及鉸接系統(tǒng)

考慮到區(qū)間穿越王頂?shù)塘⒔粯驑驑度簳r處于小半徑平面曲線，盾構(gòu)機配置大推力推進系統(tǒng)及鉸接系統(tǒng)能確保區(qū)間盾構(gòu)機糾偏能力，降低小曲率半徑施工盾構(gòu)糾偏產(chǎn)生的土體擾動。

（6）盾構(gòu)推進自動化測量的應(yīng)用

針對穿越保護建筑段多處涉及小曲率半徑施工，為了確保盾構(gòu)順利穿越建（構(gòu)）筑物，區(qū)間隧道四臺盾構(gòu)機將加裝盾構(gòu)掘進姿態(tài)實時測量系統(tǒng)，利用先進的測量、電子傳感器和計算機技術(shù)，計算盾構(gòu)機的位置、姿態(tài)和趨勢信息，并與設(shè)計隧道軸線進行比較，以直觀的方式圖文并茂地給盾構(gòu)司機實時地提供信息，實時糾偏，減少盾構(gòu)糾偏帶來的土體擾動。

3.2 技術(shù)交底

在穿越沿線各建構(gòu)筑物前，對所有施工人員進行技術(shù)交底，使每一個參加施工的工作人員清楚了解盾構(gòu)與建構(gòu)筑物之間的相對位置以及應(yīng)當采取的不同技術(shù)措施。

4.穿越施工技術(shù)

4.1穿越前準備工作

4.1.1 施工參數(shù)優(yōu)化

在盾構(gòu)穿越各保護建（構(gòu)）筑物之前的施工過程中，應(yīng)當及時總結(jié)出盾構(gòu)所穿越土層的地質(zhì)條件，掌握這種地質(zhì)條件下土壓平衡盾構(gòu)推進施工的方法，掌握盾構(gòu)推進施工參數(shù)和同步壓漿量，并且通過實踐不斷地對其進行優(yōu)化（特別是盾構(gòu)施工試穿越段的施工參數(shù)的優(yōu)化），以求達到盾構(gòu)以最合理的施工參數(shù)穿越各建構(gòu)筑物。

4.1.2 機械設(shè)備及檢查

對盾構(gòu)機加強機械設(shè)備和壓漿管路的檢查和維護，對于存在故障和故障隱患的機械一律進行維修，對壓漿管路進行一次徹底的清洗，保證穿越建構(gòu)筑物過程中不發(fā)生機械故障和壓漿管路堵塞情況。

4.2 穿越階段

4.2.1 建立試推進階段及穿越后穩(wěn)定階段

將切口到達前的180環(huán)作為盾構(gòu)穿越保護建筑的試推進階段，在這個階段中在前期的掘進施工中，通過施工實踐不斷優(yōu)化盾構(gòu)推進參數(shù)控制地表變形，減少對保護建筑的影響，緊密依靠地表變形監(jiān)測，及時調(diào)整盾構(gòu)掘進參數(shù)，不斷完善施工工藝，將施工后地表變形量控制在最小范圍內(nèi)。

將盾構(gòu)穿越過后的10環(huán)作為盾構(gòu)穿越保護建筑后的沉降穩(wěn)定階段，在此期間仍需要對保護建筑密切監(jiān)測。如果保護建筑出現(xiàn)較大的沉降應(yīng)及時對保護建筑進行注漿保護。

4.2.2 嚴格控制切口土壓力

由于地質(zhì)條件、地面附加載荷等諸多因素不同的制約，將導(dǎo)致刀盤前方土壓力有所差異，為此需及時調(diào)整土壓力值。同時對沉降報表進行分析，反饋給推進班組。若盾構(gòu)切口前地面沉降，則需調(diào)高平衡壓力設(shè)定值，反之調(diào)低。若盾尾后部地面沉降，則需增加同步注漿量，反之減少。

盾構(gòu)在掘進施工中均可通過計算取得平衡壓力的設(shè)定值，對側(cè)面穿越建（構(gòu)）筑物土壓力計算按照常規(guī)土壓力計算方法計算。具體施工設(shè)定值根據(jù)盾構(gòu)埋深、所在位置的土層狀況以及監(jiān)測數(shù)據(jù)進行實時優(yōu)化調(diào)整。

根據(jù)土體內(nèi)應(yīng)力已45°角擴散原理，在盾構(gòu)切口距離建（構(gòu)）筑物投影面約一倍覆土埋深時，土壓力設(shè)定值應(yīng)逐漸提高至計算值。針對區(qū)間沿線地質(zhì)條件較為復(fù)雜情況，土壓力控制采用上區(qū)土壓控制，土壓力設(shè)定值根據(jù)地面及建（構(gòu)）筑物監(jiān)測數(shù)據(jù)、出土量綜合分析作出及時調(diào)整，確保地面建（構(gòu)）筑物的安全和穩(wěn)定。

4.2.3 嚴格控制出土量

根據(jù)盾構(gòu)及管片之間的建筑間隙及各土層特性合理控制出土量，大約為開挖斷面的98%～100%。并通過分析調(diào)整，尋找最合理的數(shù)值。

施工過程中在控制土箱堆土高度均衡的前提下，根據(jù)推進行程長度結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)分析控制出土量。

4.2.4 嚴格控制推進速度

根據(jù)以往施工經(jīng)驗，盾構(gòu)推進速度對盾構(gòu)周圍土體的變形及應(yīng)力的變化有一定的影響。盾構(gòu)穿越保護建（構(gòu)）筑物期間，必須盡量減小盾構(gòu)推進對周圍土體的擾動，防止發(fā)生樁基位移、變形、不均勻沉降等不利現(xiàn)象。因此必須控制合理地推進速度，使盾構(gòu)勻速慢速施工，減少盾構(gòu)對土體的撓動，達到控制地面變形的目的。

在穿越過程中，正面下穿及部分下穿建（構(gòu)）筑物盾構(gòu)推進速度宜控制在10～20mm/min，其它側(cè)面穿越建（構(gòu)）筑物盾構(gòu)推進速度宜控制在20～30mm/min盡量保持推進速度穩(wěn)定，盡量減小土壓力的波動幅度，以便減少對周邊土體的擾動影響。

盾構(gòu)推進施工將根據(jù)監(jiān)測情況做必要的調(diào)整，如必要時可推進一箱土（約30cm），然后暫停5～10min，再推進一箱土，依次組織施工以便更好的控制沉降。

4.2.5 加強正面土體改良

在穿越保護建（構(gòu)）筑物過程中，通過盾構(gòu)機配置的專用裝置向刀盤面、土倉或螺旋輸送機內(nèi)注入膨潤土或泡沫，利用刀盤的旋轉(zhuǎn)攪拌、土倉攪拌裝置攪拌或螺旋輸送機旋轉(zhuǎn)攪拌使添加劑與土渣混合的方法進行渣土改良，可以更好地建立正面平衡壓力，降低透水性，盾構(gòu)切削下來的渣土也具有更好的流塑性和稠度，減少土壓力的波動情況，確保排土順暢，減少產(chǎn)生突然悶推導(dǎo)致土體嚴重擾動的可能性，有效控制地表沉降。

針對區(qū)間隧道穿越的不同地層情況，擬采用泡沫劑及膨潤土漿液進行土體改良。泡沫劑適用于含水量較低、滲透系數(shù)較低且標貫值較高的粉土或粉土夾砂層，膨潤土漿液適用于含水量較高，滲透系數(shù)較高及較容易產(chǎn)生液化沉降的砂層或承壓含水含砂土層。

1）泡沫劑改良

一般情況下，每環(huán)發(fā)泡劑原液用量為20～50L，根據(jù)實際情況加以調(diào)整，一般選取3～5%的濃度，發(fā)泡倍率為15～35，泡沫穩(wěn)定時間（半衰）需超過40分鐘。泡沫劑配比參數(shù)將根據(jù)試驗和工程實際情況進行優(yōu)化調(diào)整。

2）膨潤土改良

膨潤土漿液添加量初定為土體量的20～30%，再根據(jù)試驗和實際工程參數(shù)加以優(yōu)化調(diào)整。

3）渣土改良部位

渣土改良的部位主要是刀盤面、土倉內(nèi)或螺旋輸送機內(nèi)。

渣土改良劑就是通過盾構(gòu)機配置的專用加注裝置向刀盤面、土倉或螺旋輸送機內(nèi)注入改良材料，利用刀盤的旋轉(zhuǎn)攪拌、土倉攪拌裝置攪拌或螺旋輸送機旋轉(zhuǎn)攪拌使添加劑與土渣混合。

4）渣土改良的主要技術(shù)措施

根據(jù)本工程的地質(zhì)條件和施工經(jīng)驗，采取如下主要技術(shù)措施：

（1）掘進過程中，采取分別向刀盤面和土倉內(nèi)注入泡沫劑或膨潤土的方法進行渣土改良。

（2）若正面地下水過于豐富，可增加對螺旋輸送機內(nèi)注入的膨潤土，以利于螺旋輸送機形成土塞效應(yīng)。

4.2.6 均勻施工

在確保盾構(gòu)正面變形控制良好的情況下，使盾構(gòu)均衡勻速施工，以減少盾構(gòu)施工對地表建（構(gòu)）筑物的影響。

4.2.7 嚴格控制糾偏

在穿越區(qū)域，左、右線隧道盾構(gòu)平面或高程糾偏的過程中，將會產(chǎn)生超挖現(xiàn)象，因此在穿越過程中，在確保盾構(gòu)正面沉降控制良好的情況下，盡可能使盾構(gòu)均勻糾偏，并且在曲線變化之前提前開始糾偏，減小盾構(gòu)的平均糾偏量。推進時不急糾、不猛糾，單次平面糾偏量控制在5mm/環(huán)內(nèi)，單次高程坡度糾偏量不超過1‰，多注意觀察管片與盾殼的間隙，相對區(qū)域油壓的變化量隨出土箱數(shù)和千斤頂行程逐漸變化。采用穩(wěn)坡法、緩坡法推進，必要時開啟鉸接千斤頂，以減少盾構(gòu)施工對地面房屋的影響。

4.2.8 嚴格控制同步注漿

4.2.8.1 注漿量

推進工程嚴格控制同步注漿方量及質(zhì)量，通過同步注漿及時充填建筑空隙，減少施工過程中的土體變形。建筑空隙得計算公式為： 1.2×p（6.382-6.22）/4=2.66m3

盾構(gòu)開挖直徑：Φ6380mm；管片外徑：Φ6200mm。

為減少施工過程中的土體變形，全斷面粉質(zhì)粘土及粘土層穿越施工同步注漿量設(shè)定為建筑空隙的150%左右，即每環(huán)約3.9m3漿液。砂土互層段穿越施工同步注漿量設(shè)定為建筑空隙的170%左右，即每環(huán)4.5 m3漿液。全斷面砂性土穿越施工同步注漿量設(shè)定為建筑空隙的200%左右，即每環(huán)5.3 m3漿液。同時，涉及小半徑穿越建（構(gòu)）筑物段施工，同步注漿量在原有增加10%。

4.2.9管片拼裝控制

在管片拼裝過程中，采取各種措施防止盾構(gòu)機后退，減少拼裝的時間，縮短盾構(gòu)停頓的時間，嚴格做好管片防水措施，通過做軟木條等措施保證管片得拼裝質(zhì)量.拼裝結(jié)束之后，應(yīng)當盡可能快地恢復(fù)推進，減少上方土體的沉降。

4.2.10管片增開注漿孔

根據(jù)以往施工經(jīng)驗，盾構(gòu)穿越過后，隧道及地面都會產(chǎn)生一定的后期沉降量。此現(xiàn)象將會對建（構(gòu)）筑物及其基礎(chǔ)產(chǎn)生不利影響，甚至造成建（構(gòu)）筑物基礎(chǔ)的不均勻沉降，影響其結(jié)構(gòu)安全。為此，在可能情況下在涉及可液化地層、暗塘區(qū)的建（構(gòu)）筑物穿越段前后一定范圍內(nèi)的管片上增開注漿孔，每環(huán)增開10個（除封頂塊外每塊增開2個），根據(jù)實際情況進行二次注漿，注漿孔位及注漿量可現(xiàn)場確定。

4.2.11信息化施工

在盾構(gòu)穿越保護建（構(gòu)）筑物過程中，適當增加監(jiān)測頻率，必要時每推進1環(huán)進行一次地面變形監(jiān)測，或根據(jù)實際需要進行24小時不間斷的跟蹤監(jiān)測。跟蹤監(jiān)測時，現(xiàn)場監(jiān)測人員和中央控制室值班人員通過對講機進行及時聯(lián)系，中央控制室人員對地面監(jiān)測數(shù)據(jù)進行綜合分析，得出結(jié)論及時通過電話傳達給盾構(gòu)工作面，指導(dǎo)盾構(gòu)施工參數(shù)的設(shè)定，然后通過地面變形量的監(jiān)測進行效果的檢驗，從而反復(fù)循環(huán)、驗證、完善，保證施工過程中各保護建筑的安全。信息交流流程為：

4.3 穿越后階段

4.3.1施工注漿環(huán)箍

在盾尾脫離各保護建（構(gòu)）筑物之后，根據(jù)各保護建（構(gòu)）筑物沉降得監(jiān)測情況，如果沉降異常，單次超過2mm，由注漿工作班組通過管片注漿孔進行漿液的壓注，使其在管片背后形成兩道環(huán)箍，有效地防止土體向兩側(cè)發(fā)生位移，減少盾構(gòu)施工的后期沉降。

4.3.2 二次補壓漿

根據(jù)以往施工經(jīng)驗，盾構(gòu)穿越過后，隧道及地面都會產(chǎn)生一定的后期沉降量。此現(xiàn)象將會對建（構(gòu)）筑物及其基礎(chǔ)產(chǎn)生不利影響，甚至造成建（構(gòu)）筑物基礎(chǔ)的不均勻沉降，影響其結(jié)構(gòu)安全。為此在穿越段前后一定范圍的隧道內(nèi)對盾構(gòu)穿越后土體進行加固。注漿加固擬分二步進行：

第一步：管片脫出盾構(gòu)機后，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)和實際要求，通過管片內(nèi)的注漿孔進行雙液注漿，以起到穩(wěn)定土體的作用，從而控制建（構(gòu)）筑物的沉降。

第二步：在盾構(gòu)完全穿越后，根據(jù)后期沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)對該穿越區(qū)域土體進行雙液注漿加固。以保持建（構(gòu)）筑物下土體的長期穩(wěn)定。

注漿量及注漿孔位根據(jù)地面監(jiān)測和建（構(gòu)）筑物監(jiān)測情況隨時調(diào)整，從而使地層及建（構(gòu)）筑物變形穩(wěn)定。注漿的各項參數(shù)可參考盾構(gòu)穿越虹橋路期間的施工經(jīng)驗，用以掌握控制盾尾后期土體沉降每環(huán)所需補充壓注漿液總量及壓注頻率等數(shù)據(jù)，指導(dǎo)盾構(gòu)穿越時及后續(xù)注漿的施工參數(shù)。

當沉降監(jiān)測數(shù)值接近報警值時，將進行二次注漿作業(yè)，二次注漿漿液選定為雙液漿，水灰比為1。漿液配比見表5.3.2-1

5.總結(jié)

通過對天津地鐵一中心醫(yī)院站～紅旗南路站盾構(gòu)區(qū)間側(cè)穿的王頂?shù)塘⒔粯驑兜氖┕み^程控制，在施工過程中采取了一系列的施工技術(shù)措施保證盾構(gòu)側(cè)穿橋樁的安全，目前盾構(gòu)已經(jīng)安全穿過，希望可以對其他相近工程提供一些參考。