淺談大直徑土壓盾構(gòu)過既有高鐵營(yíng)業(yè)線橋樁施工技術(shù)

董亮龍

廣東華隧建設(shè)集團(tuán)股份有限公司，廣東廣州 510620

1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)小直徑土壓盾構(gòu)有過房建樁基、橋梁樁基或一般鐵路樁基的經(jīng)驗(yàn)，由于這類型樁基可允許發(fā)生的沉降沒有高鐵橋樁樁基苛刻，因此，在下穿這類型的樁基前，可采用隔離防護(hù)樁阻隔、樁基托換和結(jié)構(gòu)頂升等主動(dòng)防護(hù)措施，形成剛性隔離墻，從而達(dá)到阻隔隧道施工對(duì)橋梁樁基的擾動(dòng)。而本身隔離防護(hù)樁、樁基托換的施工就已經(jīng)對(duì)既有高鐵營(yíng)業(yè)性橋樁造成一個(gè)很大的擾動(dòng)，因此主動(dòng)防護(hù)措施不適用。

2 大直徑土壓盾構(gòu)過既有高鐵營(yíng)業(yè)線橋樁施工技術(shù)

2.1 大直徑土壓盾構(gòu)過既有高鐵營(yíng)業(yè)線橋樁的掘進(jìn)控制技術(shù)

綜合考慮隧道洞身穿越上軟下硬地層、隧道拱頂埋深淺、水土壓力以及地面建（構(gòu)）筑物情況，采用土壓平衡模式。以全斷面鑲硬質(zhì)合金齒滾刀為主以降低砂層對(duì)刀盤的磨損量，其中雙刃滾刀4把，單刃硬質(zhì)合金滾刀45把，中心刮刀58把，邊刮刀16把，同時(shí)配置相應(yīng)的邊緣鏟刀和貝殼刀等。掘進(jìn)過程中更好地控制了土倉(cāng)壓力、滾動(dòng)角、掘進(jìn)推力和速度，采用泡沫劑進(jìn)行渣土改良，有效地減少了刀盤結(jié)泥餅、噴涌、土倉(cāng)漏氣和地表沉降現(xiàn)象。同時(shí)，下穿廣州南站前需對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢修。

（1）選擇地質(zhì)情況較好的地方停機(jī)對(duì)盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行全面檢查，將所有滾刀進(jìn)行更換，檢查刮刀有無破損，對(duì)破損刮刀進(jìn)行修復(fù)，對(duì)刀盤耐磨環(huán)進(jìn)行全面檢查并補(bǔ)焊，對(duì)存在問題的泡沫管頭進(jìn)行修理或更換。

（2）對(duì)盾構(gòu)機(jī)包括液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、主軸承密封系統(tǒng)、注脂系統(tǒng)、注漿系統(tǒng)、盾尾密封系統(tǒng)及壓縮空氣供應(yīng)系統(tǒng)等進(jìn)行全面檢修保養(yǎng)，確保機(jī)況良好。

（3）對(duì)隧道內(nèi)電瓶車等設(shè)備，龍門吊、砂漿攪拌站、叉車等設(shè)備進(jìn)行維修保養(yǎng)，確保盾構(gòu)下穿時(shí)設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

（4）對(duì)有易損耗零配件儲(chǔ)備要充分，常見故障制定快速反應(yīng)機(jī)制。

3 大直徑土壓盾構(gòu)過既有高鐵營(yíng)業(yè)線橋樁WSS地基預(yù)處理技術(shù)

3.1 預(yù)處理段地質(zhì)條件

鑒于袖閥管注漿工法能較好地控制注漿范圍和注漿壓力，可重復(fù)注漿，且發(fā)生冒漿與串漿的可能性很小等特點(diǎn)，采用袖閥管對(duì)下穿段地層進(jìn)行WSS預(yù)加固。

實(shí)驗(yàn)8周后，實(shí)驗(yàn)班和對(duì)照班的群體凝聚力存在顯著性差異(P<0.05)，說明拓展訓(xùn)練教學(xué)法有助于提高學(xué)生對(duì)籃球選項(xiàng)課的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)學(xué)生之間交流與溝通，增強(qiáng)群體凝聚力。

3.2 WSS預(yù)處理設(shè)計(jì)概況

加固橫斷面范圍上表面為隧道結(jié)構(gòu)頂面以上3m，下表面為進(jìn)入<7-1＞全風(fēng)化地層不小于1m，寬度為隧道結(jié)構(gòu)邊緣外擴(kuò)3m。

注漿材料及配比：主要采用水玻璃、水泥、磷酸等作為注漿材料。A液為硅酸鈉 （水玻璃），B液位磷酸水，C液位水泥與水，其中以上A、B液均在200L油桶內(nèi)攪拌，C液在水泥攪拌桶內(nèi)攪拌。

注：①A液 水∶硅酸鈉=1∶1（體積比）；

B液 磷酸∶水=0.08∶1（質(zhì)量比）；

C液 水∶水泥=4.6～5.6∶1（質(zhì)量比）；

②A液∶ C液=0.1～0.2∶1；A液∶ B液=1∶0.05～0.1 ；

③硅酸鈉密度1.37，波美度40；

④溶液由A、B液組成；懸濁液由A、C組成；

⑤注漿時(shí)，將根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地質(zhì)情況選擇不同的漿液類型及根據(jù)注漿部位不同的強(qiáng)度要求，隨時(shí)調(diào)整注漿配合比，并適當(dāng)加入特種材料以滿足盾構(gòu)施工的技術(shù)要求。

3.3 WSS預(yù)加固區(qū)穩(wěn)定性分析

采用Midas GTS NX巖土工程計(jì)算軟件建立三維模型對(duì)廣佛環(huán)城際鐵路盾構(gòu)下穿廣州南站W(wǎng)SS預(yù)加固區(qū)進(jìn)行分析，并與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，探討WSS預(yù)加固區(qū)加固后盾構(gòu)掘進(jìn)情況。

3.3.1 計(jì)算模型

采用二維殼體模型，樁基采用梁?jiǎn)卧瑯痘A(chǔ)持力層位于弱風(fēng)化層，橋墩上部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為等效靜載根據(jù)工程試驗(yàn)，隧道開挖影響范圍約為開挖尺寸的3～5倍。建立的數(shù)值模型網(wǎng)格劃分見圖1。

圖1 橋梁樁基礎(chǔ)、承臺(tái)及隧道網(wǎng)格

3.3.2 數(shù)值計(jì)算分析

（1）地層加固后盾構(gòu)機(jī)穿越砂層時(shí)地表變形情況分析。加固結(jié)束后，沉降數(shù)據(jù)在未加固段小于數(shù)值模擬的結(jié)果，而在注漿加固區(qū)段，數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)較為接近，數(shù)值模擬分析結(jié)果較為準(zhǔn)確，盾構(gòu)穿越加固區(qū)至盾構(gòu)機(jī)出洞，對(duì)地表沉降的影響很小，沉降趨于穩(wěn)定。

（2）加固前后地層塑性區(qū)對(duì)比分析。盾構(gòu)掘進(jìn)至未加固區(qū)前，刀盤前方和砂層都存在塑性區(qū)，且有逐漸形成聯(lián)通的趨勢(shì)，在未進(jìn)行注漿加固工況下，盾構(gòu)機(jī)穿越砂層過程中刀盤前方塑性區(qū)逐漸與砂層區(qū)域塑性區(qū)聯(lián)通且塑性區(qū)域擴(kuò)大，塑性應(yīng)變?cè)龃?。而在注漿加固工況下，盾構(gòu)機(jī)前方塑性區(qū)與頂部砂層中塑性區(qū)一直處于隔絕，且兩區(qū)域塑性應(yīng)變隨盾構(gòu)掘進(jìn)并未出現(xiàn)較大變化?？梢妼?duì)砂層進(jìn)行WSS注漿加固增強(qiáng)了砂層的穩(wěn)定性，降低了盾構(gòu)掘進(jìn)的風(fēng)險(xiǎn)，注漿效果良好。

4 大直徑土壓盾構(gòu)過既有高鐵營(yíng)業(yè)線線下橋梁結(jié)構(gòu)靜態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)

線下橋梁結(jié)構(gòu)靜態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)采用測(cè)量機(jī)器人+反射片的方式實(shí)施線下橋梁撓度變形自動(dòng)遠(yuǎn)程監(jiān)控。選用全站儀的測(cè)角精度為0.5″，測(cè)距精度為0.6mm+1mg/kg。在盾構(gòu)掘進(jìn)方向的每道高架橋梁體上、兩側(cè)橋墩上和沿軌道方向的軌道板上對(duì)應(yīng)位置埋設(shè)，軌道板上測(cè)點(diǎn)布置間距為5m。監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置如下：

4.1 橋墩及站棚支柱沉降與水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)

測(cè)點(diǎn)布設(shè)與埋設(shè)避開有礙設(shè)標(biāo)與觀測(cè)的障礙物，高于路面0.2～0.5m。橋墩沉降點(diǎn)標(biāo)志采用“L”型測(cè)點(diǎn)標(biāo)志形式，橋墩上下各布置1個(gè)監(jiān)測(cè)棱鏡，形成2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，對(duì)于雙腿橋墩，每墩腿均布置上下2個(gè)測(cè)點(diǎn)。橋墩水平位移或傾斜監(jiān)測(cè)利用橋墩豎向兩點(diǎn)連線的變化來監(jiān)測(cè)。

4.2 地表沉降、站臺(tái)與站房沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)

地表監(jiān)測(cè)點(diǎn)打洞前探明對(duì)應(yīng)位置管線埋設(shè)情況，確保布點(diǎn)過程中不損壞任何管線，站臺(tái)監(jiān)測(cè)點(diǎn)不高于站臺(tái)平面且不侵入行車限界。

4.3 地層水平位移與地下水位變化監(jiān)測(cè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)

地層水平位移與地下水位監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)，測(cè)斜管埋深需超過橋墩樁基深度2m以上，水位管埋深到隧道仰拱深度。

4.4 地下管線監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

鑄鐵供水管道和高壓電纜通信管道為一級(jí)管理控制，布點(diǎn)監(jiān)控間距為5～15m；普通雨水管、排水管及沿縱向的高壓電纜分線為二級(jí)管理控制，布點(diǎn)監(jiān)控間距控制為15～30m。

5 技術(shù)創(chuàng)新

（1） 通過從掘進(jìn)模式選擇、渣土改良、姿態(tài)控制、WSS地基預(yù)處理、監(jiān)控量測(cè)等方面進(jìn)行控制，可確保大直徑土壓盾構(gòu)過既有高鐵營(yíng)業(yè)線橋樁施工條件下掘進(jìn)的安全性與高效性。

（2） 通過“掘進(jìn)控制技術(shù)+WSS地基預(yù)處理技術(shù)+線下橋梁結(jié)構(gòu)靜態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)”，形成一套完整的施工技術(shù)措施，為今后大直徑土壓盾構(gòu)在穿越既有營(yíng)業(yè)線橋樁掘進(jìn)施工提供了借鑒經(jīng)驗(yàn)。

6 結(jié)語(yǔ)

大直徑土壓盾構(gòu)過既有高鐵營(yíng)業(yè)線橋樁施工技術(shù)能有效解決長(zhǎng)期困擾城際軌道等大直徑隧道盾構(gòu)施工過既有高鐵營(yíng)業(yè)線橋樁技術(shù)難題，能有效保證施工影響范圍內(nèi)建（構(gòu)）筑物結(jié)構(gòu)安全，可為盾構(gòu)隧道按期順利完成過既有高鐵營(yíng)業(yè)線橋樁施工提供技術(shù)支撐，從而為建設(shè)方和施工方帶來巨大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，應(yīng)當(dāng)廣泛推廣。

[1] 李波.盾構(gòu)施工對(duì)高速鐵路橋梁樁基的影響分析及防護(hù)措施[J].鐵道建筑，2014（15）.

[2] 黃新民.盾構(gòu)隧道下穿既有橋樁工程的保護(hù)方案研究[J]. 地下空間與工程學(xué)報(bào)，2012 ，8（3）：557-561.