地鐵盾構(gòu)施工下穿高速鐵路隔離保護(hù)技術(shù)

郭九慶

摘 要：在地鐵盾構(gòu)施工過程中經(jīng)常會遇到下穿高鐵高架橋的情況，而為了能夠更好的保證施工安全和保護(hù)高鐵高架橋的結(jié)構(gòu)安全，施工單位必須采用隔離保護(hù)技術(shù)來確保施工安全，并對高鐵高架橋基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行保護(hù)，這是目前地鐵盾構(gòu)施工的一個難點(diǎn)。本文通過有限元軟件ANSYS來對隧道施工進(jìn)行建模分析，對高速鐵路隔離保護(hù)的一些關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析和論述，提出幾點(diǎn)隔離保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用策略，確保在施工過程中高鐵高架橋的結(jié)構(gòu)可以保持穩(wěn)定，并保證施工安全。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)施工;下穿;高鐵;隔離保護(hù)技術(shù)

中圖分類號：U455.43 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0 前言

為了確保在地鐵盾構(gòu)施工過程中，高速鐵路和高架橋的結(jié)構(gòu)能夠保持穩(wěn)定，確保施工的安全，需要采取相應(yīng)的隔離保護(hù)技術(shù)，通過設(shè)置隔離保護(hù)結(jié)構(gòu)將施工隧道與高鐵高架橋的基本結(jié)構(gòu)相隔開，通過保護(hù)結(jié)構(gòu)的隔離效果來防止土體變形。目前，在地鐵盾構(gòu)施工隔離保護(hù)技術(shù)中常常會用到隔離墻、隔離樁等隔離結(jié)構(gòu)，本文即以此為核心來探討地鐵盾構(gòu)施工隔離保護(hù)技術(shù)的主要應(yīng)用策略。

1 隔離保護(hù)作用分析

1.1 有限元模型

本文采用有限元軟件ANSYS來對隔離保護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模和分析。在建模過程中，施工單位需要設(shè)定一系列的理想條件，設(shè)定隧道區(qū)域的圍巖是連續(xù)的介質(zhì)，通過實(shí)體單元模擬，同時設(shè)定地表是自由表面，模型四周的約束就是各個表面的法向位移約束，而模型的底部則為豎向約束。其次，施工單位需要明確到盾構(gòu)區(qū)間和高鐵高架橋結(jié)構(gòu)的位置關(guān)系，要考慮到數(shù)值模型中邊界條件帶來的不利因素，防止其影響到計算結(jié)果。最后，施工單位應(yīng)該要選取合適的模型坐標(biāo)原點(diǎn)，根據(jù)橋梁的水平方向、橋梁的垂直方向來分別設(shè)置X、Y、Z軸。為了更好的提高計算效率和精度，便于劃分有限元網(wǎng)格，施工單位可以通過剛度等效的方法來劃分方樁，簡化承臺[1]。

1.2 地層參數(shù)

通過地質(zhì)勘察來獲取地層參數(shù)，并給出相應(yīng)的地質(zhì)報告。地質(zhì)報告需要包括該地區(qū)的圍巖結(jié)構(gòu)、地質(zhì)結(jié)構(gòu)等基本數(shù)據(jù)和資料?？紤]到施工的安全，需要對施工范圍內(nèi)結(jié)構(gòu)相近的土體進(jìn)行合并和取值。

1.3 設(shè)置隔離樁前后的沉降分析

在盾構(gòu)施工通過橋樁基礎(chǔ)后，施工單位需要針對于橋樁承臺的沉降現(xiàn)象進(jìn)行計算，獲得順橋向水平位移并分析。另外，在地鐵盾構(gòu)穿過樁基時，不同部位的樁其位移方向也不同，在樁的中部位置，其位移方向表現(xiàn)為遠(yuǎn)離隧道的方向。在樁頂位置，其位移方向表現(xiàn)為靠近隧道方向。因?yàn)橹袠痘信_的施工為左右線隧道分別掘進(jìn)，其一般會出現(xiàn)先向左線隧道靠近的水平位移，然后出現(xiàn)向右線隧道靠近的水平位移。因?yàn)橹虚g承臺受到了隧道兩次掘進(jìn)通過的影響，所以會有較大的豎向沉降量，并且最大的沉降量靠近后掘進(jìn)的隧道。根據(jù)國家對高速鐵路的相關(guān)設(shè)計規(guī)范，為了防止盾構(gòu)下穿高架橋高鐵引起的沉降超過設(shè)計值，需要加強(qiáng)對隔離樁的設(shè)置。通過設(shè)置隔離樁，來有效制止沉降現(xiàn)象。特別是對于豎向沉降現(xiàn)象，可以通過設(shè)置通過密排隔離樁來有效的解決，防止地層缺失的情況，保護(hù)了橋梁結(jié)構(gòu)。

1.4 技術(shù)措施

根據(jù)上述的模擬分析，為了能夠保證地鐵盾構(gòu)施工過程能夠更好的保護(hù)高架橋和高鐵的結(jié)構(gòu)，需要采取以下幾點(diǎn)措施。第一點(diǎn)，在盾構(gòu)下穿橋梁之前就需要做好隔離防護(hù)樁的施工，避免在盾構(gòu)施工過程中對橋梁造成影響后導(dǎo)致?lián)p失。第二點(diǎn)則是需要在列車停運(yùn)期間進(jìn)行隔離防護(hù)樁的施工，在隔離樁施工的過程中對承臺的變形情況進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)測。第三點(diǎn)在下穿橋梁之前就需要加強(qiáng)對盾構(gòu)推進(jìn)的試驗(yàn)，并優(yōu)化掘進(jìn)方案，做好二次注漿的工作。第四點(diǎn)則是對高架橋的沉降和傾斜進(jìn)行監(jiān)測，對高架橋的沉降情況進(jìn)行掌握，做好核對工作。第五點(diǎn)則是在施工完成之后，應(yīng)該要加強(qiáng)對軌道和橋梁結(jié)構(gòu)的檢查，盡早發(fā)現(xiàn)在橋梁和軌道中的一些缺陷[2]。

2 施工關(guān)鍵技術(shù)概述

2.1 隔離樁的施工

隔離樁的施工分為機(jī)械施工和人力施工。機(jī)械施工就是指通過機(jī)械設(shè)備來鉆孔，而人工鉆孔則具有較為繁瑣的勞動過程，危險性較大。在鉆機(jī)施工過程中，由于振動較大，地層的擾動較大，這樣將影響到樁基，使得樁基發(fā)生沉降并變形。施工單位需要對橋下的凈空進(jìn)行測量，確保其能夠滿足成孔的施工要求。而一旦橋下凈空不滿足成孔施工要求，就需要選用人力施工方式來減少對高架橋和高鐵的橋墩、樁基的影響，降低沉降現(xiàn)象。為了能夠保證施工精度，滿足國家對于隧道工程的相關(guān)規(guī)定，施工單位需要采用間隔開挖的一系列方式，同時確保相鄰的樁孔不能夠進(jìn)行連續(xù)施工。

2.2 樁頂冠梁和支撐梁施工

為了能夠加強(qiáng)隔離樁的隔離效果，施工單位需要在兩排樁的頂端各設(shè)置一條冠梁，通過合適尺寸的冠梁來加強(qiáng)隔離樁的穩(wěn)定性和整體性。在冠梁之中，在混凝土上設(shè)置支撐梁，該支撐梁的尺寸需要施工單位能夠根據(jù)實(shí)際工程規(guī)模來嚴(yán)格進(jìn)行設(shè)計，沿著隧道的縱向方向，設(shè)置合適的間距。在每條隧道上方都需要布置多條支撐梁。當(dāng)然，對于冠梁、混凝土支撐梁等結(jié)構(gòu)，施工單位都需要采用合適型號的現(xiàn)澆鋼筋混凝土，同時施工單位還需要保證冠梁和混凝土支撐梁的主筋凈保護(hù)層的厚度[3]。

2.3 盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)控制

針對盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格的控制，確定盾構(gòu)穿越高鐵和高架橋隧道的埋深，并明確穿越地層的結(jié)構(gòu)。首先，必須加強(qiáng)對于上土壓力的控制，設(shè)置好盾構(gòu)機(jī)千斤頂?shù)目偼屏Σ⒖刂坪玫侗P馬達(dá)扭矩、盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)速度和刀盤轉(zhuǎn)速，保證日推進(jìn)量，進(jìn)而保障盾構(gòu)機(jī)能夠更好的通過。其次則是要對盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)過程中的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，要嚴(yán)格控制土倉壓力，確保土倉壓力在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)進(jìn)行波動，而出土量則需要根據(jù)開挖量進(jìn)行控制。最后，盾構(gòu)機(jī)的同步注漿壓力需要隨著掘進(jìn)的速度和地質(zhì)的情況進(jìn)行變化，所以施工單位應(yīng)該要針對此情況進(jìn)行不斷的調(diào)整和控制，盡量避免擊穿尾刷，注漿量和壓力應(yīng)該要控制在一定范圍內(nèi)。盾構(gòu)機(jī)在穿越的過程中，每環(huán)都必須添加一定量的膨潤土漿，保證膨潤土漿液的相對密度，從而更好的對卵礫石來進(jìn)行改良。而二次注漿工作十分重要，施工單位必須控制好盾尾一定距離的管片范圍，并根據(jù)掘進(jìn)的速度來控制好注漿的進(jìn)度和凝結(jié)的時間。在現(xiàn)場試驗(yàn)之后，施工單位需要做好漿液配比工作，調(diào)整合適的漿液比。最后則是要通過試驗(yàn)工作來確定好泡沫的注入量。

2.4 監(jiān)測控制目標(biāo)

首先，施工單位應(yīng)該要明確國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并加強(qiáng)對本工程各項(xiàng)指標(biāo)的控制，制定地鐵在施工之間的變形控制指標(biāo)，確保地面沉降的控制標(biāo)準(zhǔn)能夠正確施行，保證施工規(guī)范。因?yàn)楣こ塘枯^大，所以在施工過程中必須加強(qiáng)監(jiān)測力度，對沉降量等一系列參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格的檢測。施工單位必須完善施工計劃，加強(qiáng)施工的力度。當(dāng)然，為了能夠提高施工效率，還需要引入一定的管理設(shè)備和檢測技術(shù)，進(jìn)而提高檢測的進(jìn)度。一方面，施工單位需要加強(qiáng)自動化監(jiān)測的建設(shè)，對變形量、沉降量、沉降點(diǎn)等進(jìn)行檢測。另一方面，施工單位可以加入線上管理平臺的建設(shè)，加強(qiáng)人員管理，提供打卡、論壇等功能，促進(jìn)團(tuán)隊(duì)內(nèi)部的技術(shù)交流，減少因人員問題導(dǎo)致的施工阻礙。對于隔離保護(hù)結(jié)構(gòu)，施工單位必須加強(qiáng)對隔離保護(hù)結(jié)構(gòu)的檢查，確保在隔離保護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定[4]。

3 結(jié)束語

綜上所述，本文探討在地鐵盾構(gòu)施工下穿高速鐵路隔離保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)，并且闡述在隔離保護(hù)技術(shù)施工過程中需要采用的技術(shù)和項(xiàng)目。地鐵工程在盾構(gòu)施工過程經(jīng)常會誤觸到高架橋或者高鐵，影響到橋梁和基站的穩(wěn)定性，所以施工單位必須做好隔離保護(hù)工作，加強(qiáng)隔離保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用，對相關(guān)參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格的檢測，進(jìn)而保證線路和行車安全。

參考文獻(xiàn)：

[1]賈大鵬，夏柏如，張影，等.地鐵盾構(gòu)施工下穿高速鐵路隔離保護(hù)技術(shù)[J].鐵道建筑，2015（03）：73-75.

[2]王洪濤，熊朝暉，吳賢國.盾構(gòu)隧道穿越城際高速鐵路橋梁變形安全控制研究[J].建筑技術(shù)，2019（05）：524-526.

[3]劉軍偉，曹勝利.城際鐵路暗挖隧道下穿地表建筑物非爆破施工技術(shù)[J].隧道建設(shè)，2015（S2）：91-96.

[4]薛春瑞.地鐵盾構(gòu)隧道穿越高速鐵路的工程風(fēng)險評價及防控措施研究[D].長安大學(xué)，2017.