浅谈大直径土压盾构过既有高铁营业线桥桩施工技术

董亮龙

广东华隧建设集团股份有限公司，广东广州 510620

1 国内外研究现状

国内小直径土压盾构有过房建桩基、桥梁桩基或一般铁路桩基的经验，由于这类型桩基可允许发生的沉降没有高铁桥桩桩基苛刻，因此，在下穿这类型的桩基前，可采用隔离防护桩阻隔、桩基托换和结构顶升等主动防护措施，形成刚性隔离墙，从而达到阻隔隧道施工对桥梁桩基的扰动。而本身隔离防护桩、桩基托换的施工就已经对既有高铁营业性桥桩造成一个很大的扰动，因此主动防护措施不适用。

2 大直径土压盾构过既有高铁营业线桥桩施工技术

2.1 大直径土压盾构过既有高铁营业线桥桩的掘进控制技术

综合考虑隧道洞身穿越上软下硬地层、隧道拱顶埋深浅、水土压力以及地面建（构）筑物情况，采用土压平衡模式。以全断面镶硬质合金齿滚刀为主以降低砂层对刀盘的磨损量，其中双刃滚刀4把，单刃硬质合金滚刀45把，中心刮刀58把，边刮刀16把，同时配置相应的边缘铲刀和贝壳刀等。掘进过程中更好地控制了土仓压力、滚动角、掘进推力和速度，采用泡沫剂进行渣土改良，有效地减少了刀盘结泥饼、喷涌、土仓漏气和地表沉降现象。同时，下穿广州南站前需对设备进行检修。

（1）选择地质情况较好的地方停机对盾构机进行全面检查，将所有滚刀进行更换，检查刮刀有无破损，对破损刮刀进行修复，对刀盘耐磨环进行全面检查并补焊，对存在问题的泡沫管头进行修理或更换。

（2）对盾构机包括液压系统、电气系统、主轴承密封系统、注脂系统、注浆系统、盾尾密封系统及压缩空气供应系统等进行全面检修保养，确保机况良好。

（3）对隧道内电瓶车等设备，龙门吊、砂浆搅拌站、叉车等设备进行维修保养，确保盾构下穿时设备正常运转。

（4）对有易损耗零配件储备要充分，常见故障制定快速反应机制。

3 大直径土压盾构过既有高铁营业线桥桩WSS地基预处理技术

3.1 预处理段地质条件

鉴于袖阀管注浆工法能较好地控制注浆范围和注浆压力，可重复注浆，且发生冒浆与串浆的可能性很小等特点，采用袖阀管对下穿段地层进行WSS预加固。

实验8周后，实验班和对照班的群体凝聚力存在显著性差异(P<0.05)，说明拓展训练教学法有助于提高学生对篮球选项课的学习兴趣，促进学生之间交流与沟通，增强群体凝聚力。

3.2 WSS预处理设计概况

加固横断面范围上表面为隧道结构顶面以上3m，下表面为进入<7-1＞全风化地层不小于1m，宽度为隧道结构边缘外扩3m。

注浆材料及配比：主要采用水玻璃、水泥、磷酸等作为注浆材料。A液为硅酸钠 （水玻璃），B液位磷酸水，C液位水泥与水，其中以上A、B液均在200L油桶内搅拌，C液在水泥搅拌桶内搅拌。

注：①A液 水∶硅酸钠=1∶1（体积比）；

B液 磷酸∶水=0.08∶1（质量比）；

C液 水∶水泥=4.6～5.6∶1（质量比）；

②A液∶ C液=0.1～0.2∶1；A液∶ B液=1∶0.05～0.1 ；

③硅酸钠密度1.37，波美度40；

④溶液由A、B液组成；悬浊液由A、C组成；

⑤注浆时，将根据现场实际地质情况选择不同的浆液类型及根据注浆部位不同的强度要求，随时调整注浆配合比，并适当加入特种材料以满足盾构施工的技术要求。

3.3 WSS预加固区稳定性分析

采用Midas GTS NX岩土工程计算软件建立三维模型对广佛环城际铁路盾构下穿广州南站WSS预加固区进行分析，并与实测数据进行对比，探讨WSS预加固区加固后盾构掘进情况。

3.3.1 计算模型

采用二维壳体模型，桩基采用梁单元，桩基础持力层位于弱风化层，桥墩上部结构简化为等效静载根据工程试验，隧道开挖影响范围约为开挖尺寸的3～5倍。建立的数值模型网格划分见图1。

图1 桥梁桩基础、承台及隧道网格

3.3.2 数值计算分析

（1）地层加固后盾构机穿越砂层时地表变形情况分析。加固结束后，沉降数据在未加固段小于数值模拟的结果，而在注浆加固区段，数值模拟结果与实测数据较为接近，数值模拟分析结果较为准确，盾构穿越加固区至盾构机出洞，对地表沉降的影响很小，沉降趋于稳定。

（2）加固前后地层塑性区对比分析。盾构掘进至未加固区前，刀盘前方和砂层都存在塑性区，且有逐渐形成联通的趋势，在未进行注浆加固工况下，盾构机穿越砂层过程中刀盘前方塑性区逐渐与砂层区域塑性区联通且塑性区域扩大，塑性应变增大。而在注浆加固工况下，盾构机前方塑性区与顶部砂层中塑性区一直处于隔绝，且两区域塑性应变随盾构掘进并未出现较大变化。可见对砂层进行WSS注浆加固增强了砂层的稳定性，降低了盾构掘进的风险，注浆效果良好。

4 大直径土压盾构过既有高铁营业线线下桥梁结构静态实时监测技术

线下桥梁结构静态实时监测采用测量机器人+反射片的方式实施线下桥梁挠度变形自动远程监控。选用全站仪的测角精度为0.5″，测距精度为0.6mm+1mg/kg。在盾构掘进方向的每道高架桥梁体上、两侧桥墩上和沿轨道方向的轨道板上对应位置埋设，轨道板上测点布置间距为5m。监测点布置如下：

4.1 桥墩及站棚支柱沉降与水平位移监测点

测点布设与埋设避开有碍设标与观测的障碍物，高于路面0.2～0.5m。桥墩沉降点标志采用“L”型测点标志形式，桥墩上下各布置1个监测棱镜，形成2个监测点，对于双腿桥墩，每墩腿均布置上下2个测点。桥墩水平位移或倾斜监测利用桥墩竖向两点连线的变化来监测。

4.2 地表沉降、站台与站房沉降监测点

地表监测点打洞前探明对应位置管线埋设情况，确保布点过程中不损坏任何管线，站台监测点不高于站台平面且不侵入行车限界。

4.3 地层水平位移与地下水位变化监测监测点

地层水平位移与地下水位监测现场测试时，测斜管埋深需超过桥墩桩基深度2m以上，水位管埋深到隧道仰拱深度。

4.4 地下管线监测点布置

铸铁供水管道和高压电缆通信管道为一级管理控制，布点监控间距为5～15m；普通雨水管、排水管及沿纵向的高压电缆分线为二级管理控制，布点监控间距控制为15～30m。

5 技术创新

（1） 通过从掘进模式选择、渣土改良、姿态控制、WSS地基预处理、监控量测等方面进行控制，可确保大直径土压盾构过既有高铁营业线桥桩施工条件下掘进的安全性与高效性。

（2） 通过“掘进控制技术+WSS地基预处理技术+线下桥梁结构静态实时监测技术”，形成一套完整的施工技术措施，为今后大直径土压盾构在穿越既有营业线桥桩掘进施工提供了借鉴经验。

6 结语

大直径土压盾构过既有高铁营业线桥桩施工技术能有效解决长期困扰城际轨道等大直径隧道盾构施工过既有高铁营业线桥桩技术难题，能有效保证施工影响范围内建（构）筑物结构安全，可为盾构隧道按期顺利完成过既有高铁营业线桥桩施工提供技术支撑，从而为建设方和施工方带来巨大的社会和经济效益，应当广泛推广。

[1] 李波.盾构施工对高速铁路桥梁桩基的影响分析及防护措施[J].铁道建筑，2014（15）.

[2] 黄新民.盾构隧道下穿既有桥桩工程的保护方案研究[J]. 地下空间与工程学报，2012 ，8（3）：557-561.