浅谈盾构施工穿越立交桥箱涵施工方案

吴波浪

摘要：总结并分析了西安地铁盾构施工穿越立交桥箱涵，同时介绍了成功的施工方案和保护方法，并结合西安地铁的地表沉降现象，验证了该施工方案的实用性和可借鉴性。

关键词：地质、方案、工艺

1、工程概况及水文地质情况

1.1工程概况

西安市地铁一号线（后围寨～纺织城段）工程的五路口站～朝阳门站区间隧道（简称：五朝区间）起迄里程为Z（Y）DK21+536.250～Z（Y）DK22+384.200（其中ZDK22+274.282 ～ZDK22+270.274 长链4.008m），左、右线区间分别长：851.958m和847.95m，均采用盾构法施工。

朝阳门立交桥为箱涵结构，箱涵底板下至隧道顶部最小覆土厚度为7.882m，最大覆土厚度为8.282m。基础为混凝土灌注桩基，桩长：13.8m，桩底2m范围内为C25素混凝土，其余为钢筋混凝土。盾构通过朝阳门立交桥下方时，需切割立交桥桩基侵入隧道的素砼部分，切割高度为0.702～1.118m。该建筑物周边地面沉降要求（+5mm，-15mm）。

1.2 工程地质及水文地质

盾构在穿越朝阳门立交桥下部时主要位于4-1老黄土层中，隧道底部位于4-4粉质粘土层中，区间隧道与立交桥箱涵底板最小净距约为7.882m（其中粉质粘土层厚约为2.989m，古土壤层厚约3.3m，饱和新黄土层厚约1.4 m），箱涵结构位于新黄土（湿陷）、新黄土（饱和）、饱和软黄土层中，底部覆土为素填土，上面为交通主干道。地下水位埋深约6.5m。

2、盾构过朝阳门立交桥施工方案

2.1 盾构过朝阳门立交桥风险分析

本段隧道顶距立交桥底板间覆土厚度约为7.882m，大于一倍隧道洞径，且由于该立交桥为箱涵结构，整体性比较好，盾构机切削桩体为素混凝土桩，未影响桩体钢筋，故对箱涵结构影响不大，因此盾构在通过该立交桥时，主要从调整盾构相关掘进参数方面入手，如推力、掘进速度等，以及及时纠偏、及时进行同步注浆和二次注浆，来保证减小地面沉降及对周围土体的扰动来控制朝阳门立交桥结构物的安全。

2.2 盾构掘进切素混凝土桩施工方法

（1）参数选取方法

在盾构机到达素混凝土桩前3环开始，将盾构机参数调整到切削素桩时的掘进参数，观测盾构机推力、扭矩及土仓压力，作为掘进盾构机切削素桩时土的土压力标准。该3环管片贯入度4mm/rpm，推力不大于7000kN。

（2）当盾构机刀盘到达素桩部位开始切削桩体时，注意刀盘推力和扭矩的变化。当刀盘推力变化不大时，可适当增加刀盘的贯入度，可按5mm/rpm掘进，但必须控制刀盘推力不大于7000kN；当刀盘推力突然增大，增大的推力不超过原土压力标准的40%时，仍按4mm/rpm贯入度进行掘进；当增大推力超过原推力标准的40%时，应降低刀盘的贯入度，按3mm/rpm，选取进行掘进，若刀盘推力仍比较大时，可继续降低贯入度，直到推力控制在7000kN范围内。

（3）土仓压力保持在0.17～0.2MPa、同步注浆量4～5m3、同步注浆压力1.8～2.5bar，增加盾尾密封油脂用量，防止渗水。掘进过程中向土仓内注入高浓度泥浆或泡沫，改善土体的和易性，使土体中的颗粒和泥浆成为一整体，有效的携带出切削后的混凝土渣。

（4）及时进行二次注浆。在盾构后约10环处再向衬砌背后进行二次注浆，以弥补同步注浆的不足，以有效控制地面沉降，较少对路面的影响。二次注浆压力2～2.5bar。在盾构机通过朝阳门立交桥后，在朝阳门立交桥段管片周围进行支撑加固，防止管片滑动、上浮等对周围土体扰动。

2.3 盾构机刀盘改造方法

五～朝区间右线使用的小松盾构机采用外置注浆管。因此，在此次刀盘改造中，增加了34把撕裂刀，同时，盾构过素混凝土桩时超挖刀达到最大伸出量120mm，以保证盾构机注浆管能顺利通过，不被桩体卡住。

3、应急预案

3.1 应急方案

监测项目 监测数据 采取措施

箱涵及地面变形 隆起3mm以上，沉降10mm以上 1）进行盾构二次注浆；

2）应急袖阀管注浆；

箱涵及地面变形 隆起4mm以上，沉降12mm以上 报告业主、设计及总体，进一步采取保护措施。

箱涵及地面变形 隆起5mm以上，沉降15mm以上 停止施工，请专家组，分析原因，对拱桥采取救护措施。

局部倾斜 超过0.001

3.2 朝阳门立交桥应急措施

在穿越过程中一旦出现不可预见因素而引起箱涵沉降、倾斜超过预警值，立即启动应急预案，采取如下应急预案：

1、备一套注浆系统，备足相应的注漿材料，保证可及时实施注浆。

2、对在现场周围设置警示牌，使行人和车辆绕行。并积极和产权单位、监理单位等有关单位商讨对策，及时处理。

3、若发现地层结构或立交桥结构与设计图不符的，及时报告有关单位，并请其进行复核。核对后，再进行加固方案设计和处理。

4、联系交通部门封锁事发地段交通，并派专人进行交通疏解。

5、维护好事发地点，无关人员不得靠近或擅自进入。

6、检查事故作业面，及时进行桥体的加固工作，防止发生坍塌。

7、视桥体损坏的严重程度选择合理的急救措施，如发现现场人员伤亡事故应迅速抢救，但不应使用大型机械等高硬度工具，以免发生二次伤害。

结束语：盾构机穿越立交桥由于采用切削板桩的施工方案，盾构机右线已于2010年12月12日～2010年12月21日已安全顺利穿越朝阳门立交桥箱涵，在建筑物变形监测中，变形监测控制在（+2，-10）mm范围内，证明了该施工方法在西安地铁立交桥板桩切削和箱涵保护得到有效的肯定，对今后盾构机穿越立交桥进行板桩切削和箱涵保护起到了参考指导作用。