地铁盾构近桩穿越病害桥梁施工技术

郭茶发

(中铁十七局集团第六工程有限公司　福建福州　350000)



地铁盾构近桩穿越病害桥梁施工技术

郭茶发

(中铁十七局集团第六工程有限公司福建福州350000)

基于长沙地铁1号线2标段北辰三角洲站～开福寺站区间盾构近桩穿越湘江二桥东引桥的工程实例，采用数值模拟方法对穿越情况进行分析。分析结果表明：盾构穿越过程中通过注浆固结透水地层、施作整体钢筋混凝土筏板基础、并加强掘进参数控制及测量监控等措施，可控制桥桩最大沉降为17mm，并减少不均匀沉降(最大差异沉降为6.3mm)，以及地面最大沉降为19mm。

长沙地铁1号线；盾构穿越；病害；桥桩；沉降

0　引言

随着社会的发展，我国许多城市开始了地铁工程建设，其中区间隧道绝大部分采用安全可靠的盾构法施工。盾构通过时，如何保证建(构)筑物的安全可靠，成为地铁隧道施工中一项重要技术。本文结合长沙地铁1号线北辰三角洲站～开福寺站区间盾构顺利穿越湘江二桥东引桥的实践经验，对施工技术进一步加以总结，以供类似工况施工提供借鉴。

1　工程概况

北辰三角洲站～开福寺站区间，线路出北辰三角洲站后沿规划纵二路向南行进，下穿湘江二桥东引桥，沿规划黄兴北路继续向南行进，到达开福寺路与规划黄兴北路交叉路口南面的开福寺车站。

盾构区间线路在东引桥桥墩基础间穿过，湘江二桥东引桥桥墩下采用直径1.5m的钻孔灌注桩。桩长约19.5m。在最不利断面处，左线线隧道与桩水平最小净距约为2.97m，右线隧道与桩水平最小净距约为2.53m，此处区间覆土厚度约17m。湘江二桥东引桥与盾构位置关系详见图1。

北辰三角洲站～开福寺站区间右线下穿湘江二桥东引桥，该处桥跨梁片已经采用贝雷梁进行了支撑，梁片正在检修。经过现场详细调查，湘江二桥东引桥梁片跨度为16m，东西走向，单块梁片宽度为1m，东引桥桥面由13片梁组成，从南往北方向，第4片～第8片共计5片梁均采用贝雷梁进行支撑。地面横向设置三道贝雷梁，每道贝雷梁设置三层，纵向设置二道贝雷梁，每道贝雷梁设置一层。贝雷梁上面采用工字钢进行支撑，工字钢上垫片有脱落现象。据调查了解该处梁片有破损和断裂现象，详见图2。

盾构下穿湘江二桥东引桥，桥桩附近区间主要穿越地质为(13-1-2)强风化板岩、(13-1-3)中风化板岩，上部覆土地质为(1-2-1)杂填土、(1-2-2)素填土、(1-6)粉质粘土、(2-2)粉土、(2-9)卵石。

本区间周边地表水发育，西边距湘江河0.5km，地形较平坦，地貌属湘江河高漫滩及Ⅰ级冲积阶地，区间地下水位与地表水水力联系密切，水位受河水位影响大。每年随丰水期、枯水期年变化幅度约2.00～4.00m，具承压性。

2　数值模拟分析

为避免危重大风险的发生，设计单位提前采用有限元软件Ansys10.0进行了数值模拟分析[1]。进行数值模拟时做如下假定：(1)土体为DP材料，忽略构造应力，只考虑自重应力场；(2)将土层简化成均质水平状分布，并视为理想的弹塑性材料；(3)盾构C50管片为线弹性材料；(4)在土体和管片之间施加一定厚度的实体单元来模拟注浆作用；(5)开挖过程中，掘进压力为均布荷载，沿开挖面均匀布置。

2.1建模及参数

注浆层、管片、岩体均采用实体SOLID45单元来模拟；管片内径为5 400mm，管片厚度为300mm。计算模型计算模型尺寸为120m×40m×60m，其中水平x方向为120m,竖直y方向计算尺寸为40m, z方向计算尺寸为60m。计算模型的位移边界条件：计算模型的左右两侧边界x=60m与x= -60m施加x方向位移约束；上边界无位移约束，下边界施加y方向位移约束，而前后边界z=30m与z= -30m施加z方向位移约束，土体采用摩尔库伦模型；有限元模型如图3所示。

2.2沉降分析

由Ansys云图4～6可知，盾构穿越过程中重点控制y方向位移值(即沉降值)为施工难点。

由图4、图5可知，盾构下穿湘江二桥东引桥引起地面最大沉降为19mm；由于隧道中线离各桥桩距离不一致，导致相应的桥面、桥桩节点不同程度上的偏压受力，进而使其沉降反应不一致；盾构穿越施工时，地面沉降影响范围以隧道中心轴线近似呈对称分布，且离隧道中心越远的节点沉降越小。

由图6可知，盾构下穿湘江二桥东引桥引起桥桩可能的最大沉降为17mm，最大差异沉降为6.3mm。

3　盾构施工主要技术措施

3.1总体思路

施工措施主要针对盾构下穿湘江二桥时，地面沉降对支撑系统、墩柱、桥面系的影响，以及因间距较小，隧道对桩基的影响两个方面控制，由于隧道断面位于岩层，且隧道上方、侧面均有2m以上岩层分布，上述影响都不明显，考虑梁体损坏，采取贝雷片支撑系统保护，且该支撑系统直接立于地表上，地面沉降对支撑系统影响较大。为此，采用的办法主要为盾构推进控制为主，并采取地层加固措施、地面筏板基础保证地面沉降处于可控状态。

3.2盾构掘进参数控制[1,2]

盾构掘进过程中采取匀速、低推力、低扭矩掘进，减少盾构掘进对地层的扰动，消除对桥梁桩基的影响；控制同步注浆压力和注浆量，及时跟进二次注浆，确保隧道施工质量；必要时采取自盾体径向注浆孔灌注惰性浆液，控制盾体上方土体坍塌。

由于本段地层与前期施工地层有相似之处，为此，穿越阶段的参数设定以前阶段掘进参数作为参考。在总结以往参数的基础上，根据板岩地层的岩体性状，穿越时采取土压平衡模式掘进，仓内土位保持二分之一仓至三分之二仓，以加气保压辅助，仓内上部压力设定为1.1bar～1.2bar，仓内平均压力1.5bar左右，盾构穿越阶段掘进参数控制如下表1。

表1　穿越时拟定掘进参数表

3.3盾构覆土注浆加固

由于隧道拱顶存在圆砾、卵石等透水地层，为此，采取袖阀管注浆方式提前固结圆砾、粉土等透水层，以及强风化板岩内裂隙，形成隔水保护层，消除隧道掘进对地下水分布的影响，防止透水层坍塌。

湘江二桥纵向加固范围为桥墩向南、北向各3m，左线为盾构外轮廓线横向以东3m，外轮廓线以北2m；右线为盾构外轮廓线横向以东1.8m，外轮廓线以北3m，单洞平面加固尺寸为15m*11m。深度加固范围为粉土层以上1m，以下加固至隧道拱顶，加固深度约6m。按800mm×800mm梅花型均匀布设袖阀管孔，袖阀管注浆扩散半径不小于500mm，湘江二桥加固平面布置图见图7，断面图见图8。

在盾构开挖面顶面进行注浆加固，目的是对开挖面顶部的粉土和圆砾的透水层进行隔离，保证盾构开挖过程中的地面沉降不超过允许值。并将右线盾构靠近E14号桥桩的加固范围向下延伸至中风化板岩顶面，起到隔离桩的作用，隔离盾构开挖过程中的扰动对E14号桥桩的影响，保证盾构开挖过程中E14号桥桩的桩周摩擦力不产生损失。

3.4设置钢筋混凝土筏板

现浇筏板基础，包裹住贝雷片支架，将贝雷片和砼筏板基础形成框架整体，使其支撑系统具备稳定的基础，有效抵抗地基不均匀沉降，将局部沉降转化为均匀沉降，降低风险。

筏板基础尺寸横向长为16 211mm ，纵向宽为15 000mm，基础板厚为600mm，主要采用钢筋型号有Φ20和Φ10二种，筏板配筋采用双层双向20@150，拉筋采用Φ10@600*600。

3.5加强测量监控

加强桥面、墩柱、贝雷梁支撑系统、地面以及洞内的沉降监测，用监测数据指导盾构掘进，发现问题及时解决。

(1)监测严格按照GB12897-2006国家二等水准测量规范执行。沉降点间距和复测周期按照国家《城市测量规范》等规范执行。桥梁保护按照业主、管理单位要求或按国家相关规范执行。详见表2。

表2　沉降监控表

(2)盾构到达建筑物前30m，盾构通过及盾构通过后的两个星期内，对地表沉降及建筑物倾斜、不均匀沉降、裂缝开展情况进行监测。

(3)监测频率每天监测两次，盾构通过两个星期后，当监测数值显示已趋于稳定，可每1～2d监测一次，如监测数值异常应加大监测频率。

4　实施效果检测[3]

本次盾构穿越，各项掘进参数及指标正常，出土量、注浆量都得到较好控制。穿越当天和穿越2周后的监测数据(表3)显示，各项检测值都在允许范围内，盾构机安全、顺利完成穿越施工。监测点平面布置详见图10。

表3　YDK645测量监控点监控数据穿越前后对比表

图10监测点平面布置图

5　结论

(1)施工前首先采取数值模拟方法提前对穿越引桥的沉降情况进行分析，为下阶段制定措施提供有力的理论支持。

(2)为保证桥桩周边土体摩阻力不受到损失，需要采取注浆固结透水地层。

(3)为确保病害梁片支撑体系的稳定，可采取设置整体钢筋混凝土筏板基础消除不均匀沉降。

(4)施工前应认真分析并结合同类地层施工经验针对性调整掘进参数加以控制。

(5)过程中通过信息化监控量测手段实时指导盾构施工，以实现动态管理要求，保证实现盾构隧道成功近桩穿越病害桥梁。

[1]关宝树. 隧道工程施工要点集[M].北京:人民交通出版社,2003.

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

[3]GB50446-2008 盾构法隧道施工与验收规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2008.

Metro Shield near piles crossing diseased bridge construction technology

GUOChafa

(China Railway seventeen bureau group Sixth Engineering Co., Ltd., Fuzhou 350000)

Based on the Changsha No.1 Metro Line Section 2 of North Star Delta Station - Kaifu Temple station interval shield close to the pile through East Xiangjiang bridge approach engineering examples, using numerical simulation method of through the analysis. Analysis results show that the shield tunneling process through grouting consolidation permeable stratum, applied for monolithic reinforced concrete raft foundation, and strengthen the tunneling parameters and measurement monitoring measures, Can control the pile maximum settlement is 17cm and reduce uneven settlement (maximum difference settlement 6.3mm), and the maximum ground settlement is 19mm.

Changsha No.1 Metro Line; Shield Crossing; Diseases; Bridge pile; Settlement

郭茶发(1983.11-)，男，工程师。

E-mail:1762363763@qq.com

2016-04-25

TU74

A

1004-6135(2016)06-0088-04