地铁暗挖隧道近距离穿越桥桩施工技术

王东清

(北京城建集团有限责任公司 北京100018)

1 工程概况

丽泽桥位于北京市西三环南段，是北京市几座大型桥梁之一，于1991年竣工投入使用，是连接西三环和丰台北路的重要交通枢纽。北京地铁14号线西局站—东管头站区间暗挖隧道下穿丽泽桥区，其中地铁近距离穿越的匝道桥共计7处，净距离在0.84～4.61 m，且桩端在隧道的肩部，为受力最不利位置。桥梁为混凝土现浇连续箱梁，检查评估报告显示，匝道桥技术状况等级评定为A级，即完好状态［1］。

地铁14号线西局站—东管头站区间暗挖隧道下穿丽泽桥桩工程，暗挖为马蹄形标准断面(6 570 mm×6 480 mm)。自上而下主要地层为粉土填土①、粉砂-细砂②3、圆砾-卵石②5、中砂、粗砂⑤1、卵石⑤、层卵石⑦。结构覆土厚度为10.1～15.3 m，隧道穿越地层主要为卵石⑤，中砂、粗砂⑤1。地下水位于结构线以下，设计采用地表双排复合锚杆桩隔离加固，洞内增设临时仰拱、径向注浆等措施来控制桥梁沉降。

桥梁沉降控制要求是:桥梁竖向均匀沉降为15 mm;纵向不均匀沉降位移值为5 mm;墩柱横桥向相邻基础不均匀沉降位移值为3 mm;地表沉降为30 mm。

2 桥桩与隧道沉降及变形模拟预测

2.1 建模

在施工之前，协调设计单位研究讨论各种技术措施，针对施工条件和工况，经过建模分析，提前预测施工沉降。采用大型岩土计算软件FLAC-3D，假定土体为各向同性弹塑体，由实体单元模拟，其应力-应变关系，满足莫尔-库仑准则;采用板单元模拟初衬，二衬采用实体单元;模型边界范围取4倍开挖洞径，地表为自由面，其余面均施加法向约束，进行施工模拟。每循环进尺0.5 m，按设计图工序的工况步骤，以Z3-4桥桩为例，计算模型［2］见图1～图2。

图1 Z3-4桥桩计算模型

图2 竖向位移云图

2.2 计算

按设计要求进行计算，以Z3-4桥桩为例:近暗挖侧桥桩的沉降值为4.8 mm，远暗挖侧桥桩的沉降值为3.6 mm，差异沉降值为1.2 mm，桥桩沉降主要发生在上台阶开挖期间，沉降值为3.7 mm，且沉降速率加大;在暗挖施工期间，隧道拱顶最大沉降值为7 mm，沉降主要发生在上台阶开挖期间，下台阶开挖时刚开挖期间发生小幅沉降;随开挖进展出现小幅隆起，水平收敛值为3.6 mm，地表最大沉降值为6.5 mm，各桥桩的沉降模拟数据统计见表1。

表1 各桥桩沉降模拟数据统计

2.3 分析

经过分析，在隧道施工期间，桥桩沉降主要发生在上导洞开挖期间，应加强施工工艺控制，尽快对上导洞临时仰拱封闭成环，并及时进行回填注浆。

3 施工措施

为保证施工过程中的沉降受控，确保施工安全，参考软件的分析情况，除严格按设计要求，采取地面实施复合锚杆桩对土体进行加固、洞内径向注浆、增设临时仰拱等措施外，同时在施工工艺控制上，采取上导洞先行通过和及时进行多次重复回填注浆等措施，控制施工给桥桩和地面带来的沉降。

3.1 地表加固措施

采用复合锚杆桩加固地层，将桥桩周围土体加固和改良，以不降低原有侧摩阻为目的，并在隧道内对桥桩底部的土体实施注浆加固，具体布置见图3。

复合锚杆桩直径150 mm，采用φ50钢管(煤气管)和3根φ18定位钢筋作为复合锚杆桩钢筋笼子的骨架，每段长100 mm，间距1 m，3根φ20钢筋作为纵向主受力筋，另附3根φ20塑料管作为注浆管，每根注浆管出浆口范围距底端4 m，注浆管φ20 mm，出浆孔φ4 mm，4孔竖向错开150 mm，如图4所示。采用两次注浆，第一次注浆压力为0.4～0.5 MPa，孔口溢浆时结束本次注浆，水泥浆水灰比为0.5∶1;第二次注浆采用中高压注浆，注浆压力1.0 MPa，水泥浆水灰比为0.75∶1，在第一次注浆完成后10～15 h进行。

图3 复合锚杆桩施工

图4 复合锚杆桩构造

复合锚杆桩在本工程相临标段也使用过(相似环境、相同工法、相同工艺情况下)，通过不同措施下产生的沉降进行对比后得出，复合锚杆桩对减少桥桩沉降的数值约为2～4 mm。

3.2 洞内加固措施

3.2.1 超前注浆

根据本段以卵石-圆砾石为主的地质，将超前注浆进行优化，小导管采用φ25无缝钢管，长1.75 m，水平倾角为10°～15°，在环向120°范围打设，纵向每榀打设，如图5所示。注浆浆液选用单液水泥浆+早强剂，压力控制在0.3～0.5 MPa，单根小导管注浆量按照扩散半径0.25 m进行计算。注浆结束后需要对注浆效果进行检查，并对注浆薄弱部位进行重新补充注浆。

3.2.2 临时仰拱

计算模型的桥桩沉降主要发生在台阶洞施工期间，为使上台阶尽早封闭，在隧道穿越桥桩前后各10 m范围内增设了临时仰拱，将隧道初衬分为上、下两个导洞。临时仰供采用I22a工字钢和挂网锚喷混凝土的形式，从而使隧道形成上、下两个导洞进行施工(见图6)。

图5 超前小导管布置

图6 临时仰拱位置及构造

3.2.3 径向注浆

暗挖区间下穿桥桩段时，桥桩底基本位于隧道中部，由于在开挖过程中容易造成土体松散、回喷不密实，导致桥桩沉降，因此在隧道靠近桥桩侧、临时仰拱下45°范围内进行径向注浆，注浆范围为1.5 m。注浆管采用φ25×5小导管，长1.5 m，采用1.0 m×1.0 m梅花型布置，布置纵向范围为桥桩两侧各6 m，注浆选用1∶1纯水泥浆液，压力控制为0.2～0.5 MPa(见图7)。

3.3 施工辅助技术措施

3.3.1 上导洞先行通过

经过数值模拟分析发现，导洞开挖时地面沉降纵向形状范围和沉降值略有不同，但大致影响范围为开挖面的纵向后方约12～18 m。为有效控制上导洞施工带来的沉降，采取上导洞先行通过桥桩，并及时完成回填注浆，待回填注浆强度充分起作用后(注浆后约7 d)，下导洞方施工到此位置为最佳状态，根据正常施工进度，下导洞7 d的施工长度约为15 m，加上上台阶核心土等长度约为20 m。此位置的下导洞施工在上导洞施工的沉降影响线以外，经过上导洞回填注浆的处理，下导洞施工带来的沉降几乎为0。隧道施工上导洞先行通过情况如图8所示。

图7 径向注浆管布置

图8 隧道施工上导洞先行通过情况

3.3.2 多次重复回填注浆

在暗挖施工过程中，初衬锚喷背后普遍存在锚喷不密实的现象，会导致地面或桥桩的沉降加大。在施工过程中，应以设计图纸为依据，对背后注浆施工进行优化和调整。

1)将回填注浆管的纵向间距由原设计的3 m缩短至2 m，环向间接由拱顶2 m、侧墙3 m统一调整为2 m，并呈梅花形布置，以保证回填注浆的密实性。

2)为保证对背后及时回填注浆，在保证开挖面土体稳定的前提下，将注浆段与掌子面开挖距离由原设计的5 m调整至4 m。

3)每次注浆段长度由原设计的5 m缩短至4 m。

4)注浆采用水泥+白灰+粉煤灰，重量比为1∶1∶1，加入适量水拌成黏稠状。注浆分两次进行，第一次注浆，压力达到0.3 MPa并稳压10 min后停止;30 min后开始进行二次补浆，二次补浆稳压压力应达到0.5 MPa，并稳压3 min后终止［3-5］。

5)对完工段进行回填注浆检测。每填充注浆完成约20 m，即对回填注浆情况进行雷达空洞扫描检测，在拱顶和起拱线处共设置3道平行检测线。如存在空洞或疏松现象，立即再次进行注浆和检测，直至填充密实。经取芯检查，效果显著(见图9)。

图9 隧道施工注浆段落划分

4 实施效果及沉降变形数据对比

暗挖隧道近距离下穿丽泽桥桩共计7处，隧道与桥桩之间净距离为2.76 m。根据各项数据比较，采用设计给定措施和施工辅助措施相结合的方式，经过穿越后2个月的持续监测，各数据已经稳定，监测数据与模拟数据对比见表2。实际监测数据为计算模拟数据的47.6%～82.2%，明显小于模拟计算数据。

表2 各项计算模拟数据与实际监测数据对比 mm

5 结语

根据数据对比分析得出，在砂卵石地层下施工暗挖隧道，采用临时仰拱、上导洞先行通过，并及时进行多次重复回填，注浆能够在沉降发生之前有效控制沉降。同时，在设计给定措施的基础上，调整施工顺序，可以有效控制隧道施工引起的地表构筑物、地下管线等建筑物的沉降，总体上具有指导施工和借鉴意义。复合锚杆桩是桥桩加固的常用措施，起到了对桥桩和施工隧道的隔离作用，对砂卵石特别是松散砂性土体具有很强的加固作用，但其造价相对较高，在其他地质条件下或桥桩和隧道距离大于5 m的情况不建议使用。

［1］王梦恕.地下工程浅埋暗挖施工技术通论［M］.合肥:安徽教育出版社，2004.

［2］崔玖江.隧道与地下工程注浆技术［M］.北京:中国建筑工业出版社，2011.

［3］张金伟.北京地铁十四号线工程西局站～东管头站区间特、一级风险工程专项设计:设计说明(五)(六)［G］.北京，2011.

［4］姚宣德.浅埋暗挖法地下工程施工对既有桥梁的影响分析［J］.水利水电技术，2010，41(4):62-68.

［5］王力勇，杨兆仁.地铁隧道下穿高架桥施工控制技术［J］.市政技术，2010，28(4):101-103，135.