土壓平衡盾構(gòu)側(cè)穿富水地層 鐵路橋樁施工技術(shù)

但曉華

摘 要：濟南地鐵某土壓平衡盾構(gòu)區(qū)間隧道處于上部為可塑黏土、下部為碎石土的富水地層中，且近距離側(cè)穿底部凈空較小的鐵路客專橋樁。施工中，在橋樁與隧道間設(shè)置鉆孔灌注隔離樁進行隔離防護，隔離樁頂部施工鋼筋混凝土連梁以提高灌注樁抵抗變形的能力;選用護壁性能好、低高度的正循環(huán)鉆成孔，鋼筋籠分段制作、吊裝，機械連接下井后及時灌注混凝土;采用微過土壓平衡掘進模式，并進行足量同步注漿、及時二次補充注漿，可有效控制地面沉降，滿足鐵路客專及橋梁的各項控制指標(biāo)要求。

關(guān)鍵詞：地鐵;土壓平衡盾構(gòu);富水地層;側(cè)穿橋樁

中圖分類號：U455.43

地鐵隧道施工中不可避免穿越橋梁、鐵路等眾多建（構(gòu)）筑物，濟南地鐵某盾構(gòu)區(qū)間隧道近距離側(cè)穿膠濟鐵路客專鐵路橋樁，該區(qū)段所處地層為富水可塑黏土、碎石土地層，橋梁底部與地面空間較小，如何控制橋樁的垂直、水平位移，保證鐵路客專軌道變形在規(guī)范要求之內(nèi)，是必須解決的重大技術(shù)和安全問題。

凌同華[1]等采用 FLAC3D軟件研究了隧道施工造成的地表沉降、橋梁樁基變形的規(guī)律，通過將模擬數(shù)據(jù)與現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)進行對比，驗證了加固對控制地面沉降、橋樁變形的有效性;文獻[2-6]分別研究了隧道施工地表沉降的控制標(biāo)準(zhǔn)，盾構(gòu)隧道穿越橋樁風(fēng)險控制值的確定及相關(guān)控制方法。陳江[7]等以長沙地鐵為例，研究了盾構(gòu)側(cè)穿臨近橋樁施工的影響，計算與實測表明，對樁基進行徑向旋噴隔離加固有利于控制地表沉降，靠近樁基的地層水平位移明顯減小;袁海平[8]等以合肥地鐵1號線為例對盾構(gòu)近距離側(cè)穿高架橋樁的施工力學(xué)進行了研究，分析了盾構(gòu)掘進不同工況下橋樁受力、水平變形、地層沉降的變形規(guī)律，探討了樁實體結(jié)構(gòu)單元彎矩、剪力計算方法的可行性。

本文以濟南地鐵某盾構(gòu)區(qū)間隧道側(cè)穿膠濟鐵路客專鐵路橋為例，研究鉆孔灌注樁加固鐵路客專鐵路橋橋樁施工技術(shù)，驗證鉆孔灌注樁加固橋樁的可行性。

1 工程概況

濟南地鐵某盾構(gòu)區(qū)間隧道側(cè)穿膠濟鐵路客專八澗堡特大鐵路橋31號、32號、33號樁基，左線隧道與32 號樁基最近距離4 m，與33號樁基14.28 m，右線隧道與32號樁基最近距離4.1 m，與31號樁基13.33m。盾構(gòu)隧道外徑6.4 m、內(nèi)徑5.8 m，盾構(gòu)隧道穿越橋樁區(qū)段覆土厚度為10.13～10.36 m，隧道穿越橋樁區(qū)段地面距離八澗堡特大橋底部最小距離10.2 m。

盾構(gòu)隧道下穿膠濟鐵路客專地段主要為山前沖洪積平原地貌，隧道左線主要穿越地層為粉質(zhì)黏土、黏土，上部覆土為雜填土層，隧道右線主要穿越地層為粉質(zhì)黏土、黏土，上部覆土為雜填土層。該區(qū)域水位埋深2.10～15. 0m，水位標(biāo)高17.41～58.09 m，地下水年變幅2.0～3.0 m，主要接受降水補給和山區(qū)地下水徑流補給，以側(cè)向徑流、人工開采方式排泄，在豐水期及枯水期地下水位有所變化。

盾構(gòu)隧道側(cè)穿鐵路客專橋梁32號橋墩如圖1所示。

2 橋樁保護技術(shù)措施

2.1 保護方案（隔離樁）

在左右線隧道與盾構(gòu)穿越的32號橋墩之間分別采用1排800mm@1000mm鉆孔灌注隔離樁進行隔離防護，樁頂設(shè)置800mm×800mm混凝土冠梁，樁與隧道的凈距0.6m，兩側(cè)隔離樁和32號橋墩樁基的最小凈距分別為3.6m、3.7m，并在2排隔離樁最外側(cè)樁樁頂設(shè)置800mm×800mm聯(lián)系梁。鉆孔灌注隔離樁設(shè)置范圍為南北方向距離橋墩邊緣各3～5m，共設(shè)置40根，樁長22.75m。

通過設(shè)置隔離樁，可以阻斷隧洞開挖時的推力傳遞，降低開挖對橋樁結(jié)構(gòu)的直接擾動，同時，隔離樁可以限制盾構(gòu)機通過后兩側(cè)土體向臨空側(cè)的變形，進一步減小樁基本身的橫向位移。設(shè)置頂部連梁可加強各鉆孔樁之間的聯(lián)系，進一步提高其抵抗變形的能力。

根據(jù)32號橋樁處橋底距地面凈空較小的實際情況，樁基成孔后，鋼筋籠采用分4節(jié)制作（單節(jié)長度5 m）、人工吊裝，用導(dǎo)管法澆筑混凝土。隔離樁加固示意圖如圖2所示。

2.2 隔離樁實施

（1）施工流程。隔離樁為鉆孔灌注隔離樁，采用隔孔鉆孔、泥漿護壁成孔方法，灌注C30水下混凝土，鉆孔灌注隔離樁施工流程如圖3所示。

（2）施工控制要點。①鉆孔灌注隔離樁孔口處應(yīng)設(shè)置不小于1 m的鋼護筒，護筒外側(cè)下端需采用黏土填實;樁徑允許偏差為±50 mm，樁位偏差為±20mm，樁身垂直偏差不大于1%;②根據(jù)橋梁下方凈空條件，鋼筋籠分段吊裝，機械連接，每段鋼筋籠的連接驗收合格后方可進行后續(xù)施工;③每根樁須沿鋼筋籠圓周對稱設(shè)置2根 42mm×3.25 mm注漿鋼管，同時兼作樁身完整性聲速檢測管，注漿管應(yīng)伸入樁底，水泥采用P.O42.5，漿液的水灰比0.5～0.6，注漿壓力2～4MPa，單管注漿量 1.5 m3;④鋼筋籠的主筋上焊接護壁環(huán)，以保證保護層厚度和鋼筋籠的垂直度。

3 盾構(gòu)側(cè)穿橋樁技術(shù)措施

3.1 輔助措施

（1）盾構(gòu)穿越橋樁前與鐵路主管部門做好溝通協(xié)調(diào)，對經(jīng)過穿越橋樁區(qū)段的客專列車限速60km/h，確定盾構(gòu)穿越時間段，合理安排盾構(gòu)穿越橋樁期間的監(jiān)測工作，施工期間限速方案應(yīng)結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)進行及時必要的調(diào)整。

（2）下穿前，在盾構(gòu)到達下穿節(jié)點前100m設(shè)置盾構(gòu)掘進試驗段，模擬穿越施工，包括刀盤轉(zhuǎn)速、土倉壓力、推進速度、注漿量等參數(shù)的變化及與地面沉降的關(guān)系，以確定最佳的掘進參數(shù)。

（3）在試驗段掘進前，全面進行設(shè)備維修保養(yǎng)，對盾構(gòu)機的機電液系統(tǒng)做全面檢查，發(fā)現(xiàn)有故障隱患的零部件及時更換，易損件做必要的儲備，與盾構(gòu)生產(chǎn)廠做好服務(wù)協(xié)調(diào)。對電瓶車、龍門吊、拌合站及必須的小型機具等輔助設(shè)備做全面檢查，保證盾構(gòu)穿越鐵路區(qū)間時設(shè)備的完好性。

（4）整理先行區(qū)間穿越掘進參數(shù)，為后續(xù)掘進提供更合理的掘進參數(shù)參考。

3.2 盾構(gòu)掘進控制措施

3.2.1 掘進參數(shù)設(shè)定

（1）土壓力確定。根據(jù)掘進地質(zhì)條件，土壓力需根據(jù)靜止土壓力理論或郎肯主動土壓力理論設(shè)定，最低土壓力不得低于主動土壓力。通過計算靜止土壓力與主動土壓力[18-20]，選取較大值作為土倉壓力控制參考值。

（2）速度設(shè)定。盾構(gòu)下穿鐵路時應(yīng)確保連續(xù)均衡施工，掘進速度過快或過慢都會對土體產(chǎn)生較大的擾動。根據(jù)試驗段盾構(gòu)推力、扭矩值合理確定掘進速度，設(shè)定側(cè)穿橋梁時的盾構(gòu)掘進速度為30～50 mm/min，刀盤轉(zhuǎn)速1.0～1.1 轉(zhuǎn)/min（不宜超過1.2轉(zhuǎn)/min），并根據(jù)實際掘進情況合理調(diào)整。

（3）同步注漿參數(shù)設(shè)定。 盾構(gòu)機共設(shè)有4個同步注漿點，每個注漿點都有注漿壓力和注漿量顯示，注漿壓力應(yīng)與該位置的水土壓力相匹配。一般情況下，注漿壓力宜高于對應(yīng)位置地層水土壓力0.3～0.5 bar，并根據(jù)實際情況進行調(diào)整;注漿量一般為理論建筑空隙的180%～250%，實際注漿量通過壓力、流量雙重控制，以壓力為主，流量為輔，保證注漿量充足。

3.2.2 渣土改良

根據(jù)掘進地層情況，渣土改良以油脂泡沫為主，通過設(shè)置合理的泡沫混合比及膨脹率，提高渣土改良效果。根據(jù)類似地層掘進經(jīng)驗，泡沫原液摻量4%，發(fā)泡率4～6倍，流量280～400 L/min，渣土改良效果較好。

3.2.3 盾構(gòu)掘進

（1）糾偏控制。盾構(gòu)掘進中合理選用不同分組油缸壓力值，確保盾構(gòu)軸線與隧道設(shè)計軸線偏差最小，規(guī)避因糾偏過大、過量超挖引起的地面沉降過大，以有效控制地面沉降，保證鐵路列車的順利運行。糾偏時，宜采用少糾勤糾的方法，每環(huán)糾偏量不超過5 mm，合理使用推進油缸、鉸接油缸的行程差，結(jié)合盾尾間隙合理選用管片拼裝點位，以提高糾偏效果，達到輔助控制地面沉降的目的。

（2）同步注漿控制。盾構(gòu)掘進過程中的同步注漿使管片和土體形成穩(wěn)定的整體，可以抑制地層沉降，防止管片變形和上浮造成管片錯臺。根據(jù)隧道埋深及土倉壓力值選取合理的注漿壓力值，以壓力、流量雙重控制，以壓力為主、流量為輔，保證成型隧道的注漿質(zhì)量。

（3）二次壓漿。二次壓漿是減少地表沉降的有效輔助手段，根據(jù)地面沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)，在管片盾尾脫出4環(huán)后，進行水泥-水玻璃雙液二次注漿，以彌補同步注漿的不足以及因同步注漿漿液凝固收縮形成的建筑空隙，進一步有效控制地面沉降。

（4）管片拼裝。盾構(gòu)穿越鐵路區(qū)段的隧道管片采用增加注漿孔的加強型管片，以利于二次注漿時有效控制地面沉降。管片結(jié)構(gòu)配筋提升一級，以提高管片強度。

3.3 施工監(jiān)測

盾構(gòu)穿越鐵路橋梁前聯(lián)系鐵路部門，進一步摸清線路周邊環(huán)境情況，根據(jù)線路實際情況，在保證列車正常安全運行的前提下，布設(shè)橋墩的水平位移監(jiān)測點、傾斜位移監(jiān)測點、沉降監(jiān)測點。圖4為地面監(jiān)測點布設(shè)圖，圖5為橋墩監(jiān)測點布設(shè)圖。施工中根據(jù)監(jiān)測反饋的信息，及時對盾構(gòu)掘進參數(shù)、加固參數(shù)作出調(diào)整，盾構(gòu)側(cè)穿膠濟鐵路客專鐵路橋樁基后的穩(wěn)定監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示各項變形均小于0.2 mm，滿足鐵路各項控制指標(biāo)要求。

4 結(jié)束語

土壓平衡盾構(gòu)在近距離側(cè)穿底部凈空較小的膠濟鐵路客專鐵路橋橋樁施工中，采用鉆孔灌注樁作為橋梁樁基與隧道的隔離樁，隔離樁頂部連梁提高了灌注樁的整體剛度，有利于地表沉降的控制;根據(jù)橋下凈空條件確定鋼筋籠的分段長度，鋼筋籠采用機械連接、人工吊裝的方法，解決了整體鋼筋籠難以吊裝的問題;采用微過土壓平衡掘進模式，并進行足量同步注漿、及時二次補充注漿，有效控制了地面沉降;盾構(gòu)側(cè)穿膠濟鐵路客專鐵路橋樁基后的穩(wěn)定監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示各項變形均小于0.2 mm，滿足了鐵路各項控制指標(biāo)要求，保證了鐵路客專的正常安全運營。

參考文獻

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收稿日期 2019-12-12

責(zé)任編輯 朱開明

Construction technology of railway bridge pile passing through water rich stratum by EPB shield

Dan Xiaohua

Abstract： An EPB shield tunnel of Jinan metro is located in the water rich stratum with plastic clay in the upper part and gravel soil in the lower part， and it passes through the high speed railway bridge pile with small clearance at the bottom at short distance. During the construction， bored cast-in-place isolation piles are set between the bridge pile and the tunnel for isolation and protection. Reinforced concrete coupling beams are constructed at the top of the isolation piles to improve the resistance of the cast-in-place piles to resist deformation. Positive circulation drilling with good retaining wall performance and low height is used to drill holes. The reinforcement cages are fabricated and hoisted section by section， and the concrete is poured in time after the mechanical connection is lowered into the well. The balanced driving mode EPB of micro earth pressure is used， and sufficient quantity of synchronous grouting and timely secondary supplementary grouting effectively controls the land subsidence and meets the requirements of various control requirements of railway high speed line and bridge.

Keywords： subway， EPB shield， water rich stratum， side crossing bridge pile