浅谈盾构近距离侧穿高架桩基础施工技术

庄万龙

摘要：随城市不断发展，盾构机因其施工过程的优越性，将越来越广泛的运用在地铁施工中。本文通过介绍无锡地铁一号线江海路站～广石路站盾构区间盾构近距离侧穿高架桥桩基础施工实际情况，对盾构侧穿桩基础施工技术措施进行了一些总结，供大家借鉴和参考。

关键词：土压平衡盾构；侧穿桩基础；盾构掘进参数

中图分类号：TU74文献标识码： A

1工程概况

本工程位于无锡市北塘区，始于江海路站，线路由南向北偏东方向前进，下穿江海路高架，终于广石路站，盾构区间采用1台φ6370土压平衡盾构进行施工，隧道埋深6.05m~10.61m。隧道区间在里程YCK8+730下穿江海高架，隧道左右线距离桥墩较近。

工程区域为广阔冲湖积平原，地势平坦，地面标高为1.9m～2.6m。线路穿越土层大部分为粉质粘土、粉砂、粉土夹粉质粘土。该地层具有“压缩性高，强度低，灵敏度高，透水性强”等特点。

2隧道与江海高架关系

盾构隧道在里程YCK8+730处穿越江海路高架桥，隧道自上而下分别穿过粉质粘土夹粉土、粉砂及粉质粘土层。江海路高架为双幅预应力混凝土连续梁桥；每根桥墩采用8根D1200mm钻孔灌注桩作基础，桩基础长为60m，区间隧道线路设计已避开其桩基。该高架桩基距离盾构隧道结构外边线最近距离为1.523m，隧道左线左侧距离11号桥墩1.523m，详见下图：

图1 盾构隧道与江海路高架桩基础平面关系图

3施工方案

盾构隧道近距离从桩基中间穿过时，盾构机推进力非常大，对掌子面的土方有非常大的挤压作用，直接影响高架桥正常使用，故盾构下穿江海路高架是施工重点。为保证盾构机顺利安全通过江海路高架，采取如下保护方案与措施：

3.1盾构机过高架准备工作

（1）在盾构始发前对江海路高架桥桥墩进行补勘，确定其准确位置；（2）编制专项施工方案、应急预案，并通过专家评审；（3）施工前做好技术交底、人员培训等工作，现场配置应急物资；（4）在盾构机通过前50m即YCK8+750时，全面检修盾构机，对盾构机存在的问题彻底解决，为盾构机过高架桥做好准备。

其中包括：

①驱动动力系统。如电机、油马达、高压油管等；②电气控制系统中电磁阀、接触器及传感器；③注浆系统。检修注浆泵、清通注浆管路，使之保持畅通；④碴土改良装置，检修泡沫泵，水泵，清通管路，使之保持畅通；⑤运输系统。含皮带机及电瓶车，改造皮带机。在螺旋泵出口处皮带下部设置刮泥板，使之少落泥；尤其是电瓶车，必须保证刹车系统正常工作；⑥盾尾排水设备，潜水泵为备用设备；⑦气压设备按照3Bar压力进行保压试验，对气压设备气密性进行全面检查；⑧检查铰接密封、盾尾密封。保证各部位具有良好密封性能。

3.2盾构机模拟掘进

在穿越江海路高架桥前50米设立模拟推进区，设置相应深度的土体垂直及水平位移监测点，主要摸索施工过程中不同施工参数对盾构顶端上部的深度范围内地层的扰动影响，摸索不同盾构推进速度和土压力及盾构注浆工艺（同步注浆、二次注浆）对地层的影响。精确测定地层的变形与盾构机土压力设定值、盾构掘进速度的实际值，并采用数理统计的原理，找出上述参数之间的关联。通过模拟推进，测得最优施工参数，指导正式通过江海路高架桥时的施工。

3.3掘进参数控制

3.3.1土仓压力值P的选定

P值应能与地层土压力和静水压力相平衡，设刀盘中心地层静水压力、土压力之和为P0，P0＝γ·h（γ－土体的平均重度，h－刀盘中心至地表的垂直距离），则P＝K·P0，K—土的侧向静止土压力系数。

盾构机在掘进过程中据此取得平衡压力的设定值，并且根据该位置盾构机的埋深、土层状况及地表监测结果进行调整。

盾构推进中，地表隆陷与工作面稳定的关系以及相应技术见下表。

表1 地表沉降与工作面稳定关系以及相应对策

3.3.2掘进速度控制

盾构机掘进至距离桥墩位置20m处，应降低推进速度，已减小盾构机油缸推力，尽而减少掌子面对桩基础的作用力；盾构推进速度拟定为10mm/min，在掘进过程根据监测数据及时调整盾构掘进速度。当盾构机刀盘通过桩基础后10m，掘进速度应适当提高至20mm/min，以提供盾尾同步注浆、二次注浆条件，及时填充、加固地层，减少二次沉降对桩基础扰动。

3.3.3严格控制出土量

盾构机切削直径为6.38m，盾构隧道主要采用的管片幅宽（f=1.2m），粉质粘土层松散系数为1.2，计算每环出渣量： V=（D1/2）2π×f×1.2=（6.38/2）2π×f×1.2=46m3。盾构侧穿桩基础期间，派专人监控出土量，每环出碴量控制在46ｍ３以内。

3.3.4控制同步注浆

根据江海高架下的地质、水文及隧道埋深情况按以下理论公式计算注浆量。

注浆量：q=π/4(D2-d2)×m×a

式中：D1—理论掘削外径，D2—管片外径，m—每环长度，a—注入率，取1.3~1.8。

同步注浆与盾构掘进同时进行，通过同步注浆系统及盾尾的内置注浆管，在盾构推进过程同时进行，注浆压力取值为0.15~0.3MPa 。根据本工程地层孔隙率计算，注浆率取为180 %。

3.3.5控制二次注浆

二次注浆遵循“多点、少量、多次”的原则。盾构机通过高架后，应及时通过盾尾管片注浆孔进行地层二次补压浆，以减少地层二次沉降，进而对桩基础产生扰动。根据沉降出现的峰值，二次注浆时间分别为盾构通过后的第2天、3天、7天、10天、15天。二次注浆以单液浆为主，单液浆和双液浆结合，单液浆的水灰比0.4～0.6，注浆压力0.3～0.4MPa，单次注浆量为0.2～0.5m3。注浆位置以拱部120°范围为重点。

3.4掘进方向的控制与调整

因地层变化、隧道曲线和坡度变化以及操作等因素影响，盾构推进过程会产生一定的轴向偏差，并造成地层损失增大而使地表沉降加大。

盾构侧穿高架桥期间应做到勤测勤纠，而每次的纠偏量尽量小，切勿一次性纠偏到位。在确保盾构正面沉降控制良好的情况下，使盾构均衡匀速施工，盾构姿态变化不可过大、过频。采用稳坡法、缓坡法推进，以减少盾构施工对桩基的影响。提前纠偏过程中必须保持良好的盾构姿态，盾构轴线偏差不得超过±50mm。

3.5盾构测量

本工程采用ZED隧道自动导向系统和人工测量辅助进行盾构姿态监测。采用分区操作盾构机的推进油缸控制盾构推进方向。

盾构通过高架桥前50m提前对盾构机及管片姿态进行人工复测，并及时进行调整，避免因隧道轴线偏差较大导致盾构机与桩基础距离拉近或碰撞等风险。同时在盾构通过高架桥前20m需再次进行人工复测，确保盾构掘进方向与设计线路一致。

在盾构侧穿高架桥桩基础过程，每日进行管片姿态进行人工复测，比对导向系统测量数据，确保盾构掘进线路的精确性。每日测量工作内容有：盾尾间隙、管片水平坐标、垂直高差。

3.6施工监控量测

在隧道施工过程中，由于掘进破坏了地层的原始应力状态，地层单元产生了应力增量，特别是剪应力增量，这将引起地层的移动，而地层移动的结果又必将导致不同程度的地面沉降。当地面建筑物和设施的基础底部（天然地基、桩基等）地基土扩散附加应力的有效范围处于隧道周围和上方土体受扰动后的塑性区时，塑性区地层的施工沉降和后期固结沉降将引起建筑物的差异沉降。当差异沉降过大，建筑物就会遭到损坏。

因此加强监控量测，并根据监测数据，分析盾构掘进至江海路高架桥处引起的地表隆陷，以及地层应力重分布、地层变位对江海路高架桥的影响；以采取相应的加固、防范措施，才能确保盾构机顺利通过江海路高架桥。

3.7桥墩位移、倾斜采取措施

（1）桥墩位移提前警报，跟踪监测

由于桥墩所受的水平力为缓慢的形变过程，在监测值即将达到警报值时就应提前预警，避免后续的变形超警报值。观测每日位移量，制定位移记录表，便于两次下穿高架的数据进行比较。桥墩的监测工作应长期进行。

（2）掘进参数的控制

当桥墩发生位移时，掘进参数应根据发生位移的日位移量进行调整。与控制地表沉降类似，在盾构机即将靠近高架桥前（水平位移的影响范围为切口前方13m—20m）就应减慢掘进速度，同样速度不应过慢。

（3）注浆控制

在发生位移后，应及时注浆，加大注浆量及注浆压力，使注浆范围增大，同时应调整胶凝时间，使土体产生一定强度，有效减小桥墩后期的位移。同时应增加两隧道间的注浆量及注浆压力，避免二次穿越时土体的相互作用。

同时对地面预埋于桥墩周围的注浆管进行注浆加固。

（4）二次穿越高架位移的控制

盾构机二次穿越高架桥时，桥墩此时的位移有可能是两次穿越所产生的位移叠加，桥墩受力为两个方向相反的力的合力。因此，两次穿越高架时间间隔应增大，从目前工期计划以及建模数据分析并参照类似工程监测记录显示：当二次穿越桥墩时，因首次穿越引起的变形已基本稳定。因此，二次穿越高架过程中引起桥墩位移变化时，可参照首次穿越时的掘进参数，注浆记录，并加以变化（二次穿越，隧道外边线距离桥墩较近）。

4 结束语

通过采取以上技术及应急措施，本工程盾构机先后两次顺利完成侧穿江海路高架桥桩基础，施工过程，高架桥墩、桥面沉降、倾斜均满足相关规范要求，为实现区间的顺利贯通奠定了坚实的基础。

参考文献

[1] 盾构法隧道施工与验收规范（GB50446-2008）中国建筑工业出版社．2008．

[2] 周文波主编．盾构法隧道施工技术及应用[M]．中国建筑工业出版社．2004．

[3] 张风祥，傅德明，杨国祥，项兆池编著．盾构隧道施工手册[M]．人民交通出版社．2005．