盾構(gòu)側(cè)穿高壓塔群施工工法
——以武漢市軌道交通16號線工程為例

周 禾，詹業(yè)權(quán)

1.北京城建設(shè)計發(fā)展集團股份有限公司武漢分公司，湖北 武漢 430000

2.廣州大學(xué)土木工程學(xué)院，廣東 廣州 510006

隨著城市地鐵線路建設(shè)的增多，許多新建地鐵隧道盾構(gòu)施工不可避免地出現(xiàn)了穿越重大既有建筑物的情況，這將直接影響建構(gòu)筑物和隧道施工安全。李浩鵬等[1]以大澤隧道緊鄰高壓鐵塔為工程背景，提出了隔離和托換兩種加固方案，減少隧道開挖對鐵塔的影響。余德強等[2]以九景衢鐵路某隧道工程為背景，提出地表注漿加固后采用CD法可明顯控制鐵塔的沉降。李國峰[3]以廣州市朝陽站高壓電塔基礎(chǔ)保護(hù)為研究背景，介紹了在灰?guī)r區(qū)施工中對高壓電塔的基礎(chǔ)加固施工方法，防止基坑開挖引起電塔周圍地面沉降。

文章以武漢市軌道交通16號線老關(guān)村車輛段站～老關(guān)村站盾構(gòu)區(qū)間段側(cè)穿高壓塔群工程為背景，研究鋼管樁隔離及洞內(nèi)注漿加固措施對高壓鐵塔進(jìn)行加固，介紹了詳細(xì)的施工工藝流程及控制標(biāo)準(zhǔn)。

1 施工工藝

地面U型布置鋼管樁加固及隧道內(nèi)深孔注漿加固方式，加固效果顯著，能降低盾構(gòu)穿越過程中對高壓塔群的影響，有效降低施工風(fēng)險，避免因盾構(gòu)穿越高壓塔出現(xiàn)較大沉降及傾斜等變形，保證現(xiàn)有建構(gòu)筑物的安全正常運營。

1.1 工藝原理

采用地面U型布置鋼管樁（見圖1）加固方式提前進(jìn)行高壓塔保護(hù)，在高壓塔近隧道一側(cè)及左右兩側(cè)各3m范圍內(nèi)用成孔直徑為400mm、鋼管樁直徑為299mm、壁厚12mm、管中心間距為600mm的微型鋼管樁隔離，有效隔斷盾構(gòu)掘進(jìn)地層擾動對高壓塔的影響。除了采用地面鋼管樁加固隔離，還在盾構(gòu)穿越范圍內(nèi)采用特制加強型配筋管片，并在管片上增設(shè)注漿孔進(jìn)行洞內(nèi)深孔注漿（見圖2），注漿范圍為隧道臨近高壓塔側(cè)方向180°范圍，通過強化高壓塔附近土體進(jìn)而降低對土層的擾動，同時盾構(gòu)掘進(jìn)過程中控制掘進(jìn)參數(shù)，確保掘進(jìn)過程掌子面穩(wěn)定，確保成型隧道質(zhì)量。

圖1 鋼管樁加固U型布置示意圖

圖2 隧道內(nèi)深孔注漿范圍示意圖

1.2 工藝流程

（1）地面鋼管樁加固施工工藝流程。①平整場地。根據(jù)施工要求平整施工場地，為鉆機安裝及成孔作業(yè)提供場地。②測量放線。根據(jù)現(xiàn)場需要調(diào)整樁孔位，使其軸線在一條直線上。采用全站儀放樣孔位點并記錄孔口高程，嚴(yán)格將鉆孔位置控制在同一軸線上。③孔距定位。根據(jù)設(shè)計的孔洞直徑、間距（成孔直徑為400mm，鋼管樁直徑為299mm，壁厚12mm，管中心間距為600mm）進(jìn)行定位，現(xiàn)場做好標(biāo)記。④鋼管樁定位。根據(jù)鋼管樁定位，在成孔位置上進(jìn)行鉆機定位，確保其穩(wěn)定。⑤鉆孔就位。將鉆機安放在指定位置，水平安放，防止傾斜；將鉆桿抬至鉆機旁，啟動鉆機，慢慢鉆進(jìn)，直至達(dá)到設(shè)計有效深度。⑥鋼管加工下放。施工過程中按設(shè)計要求將鋼管接長，并應(yīng)檢查鋼管的垂直度。接長的鋼管采用鉆機沉入鉆孔，注漿管沿鋼管樁一同沉入孔內(nèi)。⑦灌注水泥砂漿。在現(xiàn)場指定位置固定注漿機，電源由指定的配電箱接入，把拌制的水泥漿放入相應(yīng)的灰槽內(nèi)，然后由注漿機注漿。注漿管裝設(shè)壓力表，注漿壓力為0.5MPa，水泥砂漿配合比為1∶3∶0.6（水泥∶砂∶水），直到水泥砂漿從管外流出才拔出注漿管，并密封鋼管端部，加壓數(shù)分鐘，待水泥砂漿再次從鋼管外流出為止。⑧多次加壓注漿。因一次注漿難以達(dá)到要求，需要多次間隙注漿，直至管口翻漿為止。

（2）隧道內(nèi)深孔注漿施工流程。①洞內(nèi)注漿方案。洞內(nèi)加固段采用增加注漿孔特殊型管片的方式，在注漿孔內(nèi)設(shè)注漿管，注漿管采用Φ32mm、壁厚3.5mm的鋼花管。袖閥管注漿壓力控制在0.3～0.5MPa，注漿擴散半徑不小于0.7m。施工過程中應(yīng)控制好注漿壓力，嚴(yán)防因注漿壓力過大導(dǎo)致高壓塔變形過大。采用水泥漿注漿，根據(jù)實際情況，選用水灰比為1∶1的水泥單液漿，注漿過程中采用注漿自動記錄儀進(jìn)行記錄。注漿過程中應(yīng)兩側(cè)對稱注漿，防止盾構(gòu)隧道發(fā)生偏移。注漿順序應(yīng)現(xiàn)場統(tǒng)籌，不得有相鄰管片同時注漿的情況，應(yīng)至少間隔一環(huán)注漿，防止壓力疊加，導(dǎo)致管片位移過大或破損。洞內(nèi)注漿結(jié)束后，鋼花管無須拔出，所有注漿孔均應(yīng)采用注漿管塞封堵密實，并做好施工記錄，為后續(xù)工程實施提供準(zhǔn)確依據(jù)。②注漿材料及設(shè)備。第一，注漿材料及制漿。注漿漿液由注漿水泥、粗骨料、細(xì)骨料和水組成。其中，粗骨料選用級配良好、質(zhì)地堅硬的碎石，粒徑為5～10mm；細(xì)骨料選用干燥、清潔、級配良好的砂料，粒徑不大于2mm；水泥采用強度等級不低于42.5的普通硅酸鹽水泥，細(xì)度要求通過80μm的方孔篩的篩余量小于5%[4]。第二，注漿及觀測設(shè)備。注漿設(shè)備包括注漿泵、注漿管、漿液攪拌器和注漿塞，其中注漿泵采用雙缸或多缸活塞式。注漿泵的允許工作壓力應(yīng)大于最大設(shè)計注漿壓力的1.5倍，壓力擺動范圍小于設(shè)計注漿壓力的20%，并有足夠的排漿量和穩(wěn)定的工作性能。注漿管路應(yīng)采用鋼絲編織膠管，能承受1.5倍的最大注漿壓力，并保證漿液流動暢通。注漿塞應(yīng)和注漿方式、注漿壓力及地質(zhì)條件相適應(yīng)，膠塞應(yīng)具有良好的膨脹性能，在最大壓力下能可靠地封閉注漿孔段，并易于安裝與拆除。注漿施工應(yīng)使用注漿自動記錄儀。注漿自動記錄儀經(jīng)有關(guān)部門鑒定和校準(zhǔn)，能自動、準(zhǔn)確地測記注入率、漿液水灰比、注漿壓力等參數(shù)，保證數(shù)據(jù)的真實性和準(zhǔn)確性。③施工工藝。注漿時需用機械設(shè)備對預(yù)留注漿孔進(jìn)行鉆孔，擊穿50mm外側(cè)混凝土；鉆孔時應(yīng)正對注漿孔圓心，鉆孔精度偏差不得超過1mm。鉆孔直徑應(yīng)比注漿管直徑大1～2mm。鉆孔過程中應(yīng)采取防斜措施，孔斜偏差值不大于0.5%孔深。實際注漿壓力根據(jù)生產(chǎn)性試驗調(diào)整在0.3～0.5MPa。當(dāng)注漿施工過程中發(fā)現(xiàn)冒漿、嚴(yán)重串孔、漏漿不起壓等情況時，應(yīng)根據(jù)具體情況采取濃漿、低壓、灌水泥砂漿、間歇注漿、加速凝劑等措施進(jìn)行處理。

2 工程應(yīng)用效果

武漢市軌道交通16號線老關(guān)村車輛段站～老關(guān)村站區(qū)間左線全長1739.269m，右線全長1738.975m，采用盾構(gòu)法施工。在施工過程中采用上文所述的兩種加固方案對該區(qū)間段的高壓塔群進(jìn)行了加固。

在盾構(gòu)掘進(jìn)之前，首先對該區(qū)間段中8座高壓輸電塔周圍地基進(jìn)行鋼管樁加固處理，在穿越過程中采用隧道洞內(nèi)深部注漿處理。在施工過程中，對高壓塔進(jìn)行實時監(jiān)測，穿越過程中高壓塔沉降變形量平均值為2.54mm，平均傾斜變形量為0.36%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于高聳結(jié)構(gòu)建設(shè)設(shè)計等相關(guān)規(guī)范對高壓塔地基變形的允許值[5-7]。

3 結(jié)束語

文章針對盾構(gòu)法施工過程中穿越高壓塔群這種特殊工況，依托武漢市軌道交通16號線老關(guān)村車輛段站～老關(guān)村站盾構(gòu)區(qū)間側(cè)穿高壓塔群工程實例，研究了地面U型布置鋼管樁加固和隧道內(nèi)深孔注漿加固方法，可有效加強高壓塔群的地基強度，降低盾構(gòu)穿越對塔群的擾動影響。