地铁盾构近距离下穿城市快速路地基加固关键技术

张朝彪 刘军华

上海市机械施工集团有限公司 上海 200000

1、工程概况

1.1 快速路结构概况

前湖大道快速路工程新建丰和南桥梁分为东西两幅单箱四孔钢筋砼箱涵桥，桥跨布置为净12.3m+16.2～16.59m+16.2～16.59m+12.3m，单幅宽为22.75m。中间有QN(S)U45节段U型槽宽度为14.5米,因在现状河道内，设计结构采用U型槽形式。垂直方向有南昌市轨道交通2号线直接下穿前湖快速路工程箱涵桥和U型槽结构底板，结构底板厚度为1.2米，采用钢筋混凝土结构，0.15米素混凝土垫层，U型槽地基承载力要求120KPa。轨道交通2号线穿越区域要求地基无侧限达到0.8Mpa。

1.2 地质、水文情况

根据地质勘察报告钻孔编号Z255-1和Z255-2，本区域地质依次为（1）人工填土，杂色，杂填，以碎石、砂土、砖块等组成，土石等级为Ⅰ，松土，承载力容许值200kpa。（2）黏土，可塑，黄褐色，干强度高，切面光滑，无摇振反应，土石等级为Ⅱ，普通土，承载力容许值130kpa。（3）粉质黏土，黄褐色，软塑，干强度及韧性中等，土石等级为Ⅰ，松土。（4）细砂，黄褐色，松散，很湿，局部见团状黏土，承载力容许值150kpa。（5）中砂，灰黄色，稍密，很湿，主要矿物质成分以石英长石为主，承载力容许值200kpa。（6）粗砂，灰黄色，中密，很湿，偶见贝壳与云母碎屑，主要矿物成分以适应长石为主，含有5%直径4.5-5cm的砾石，土石等级为Ⅱ，普通土，承载力容许值300kpa。（7）强风化粉砂岩，红色-紫红色，厚层状结构，结构大部分破坏，风化裂隙很发育，岩芯呈碎块状及短柱状，土石等级为Ⅳ，软石。

不良地质埋深一般在Q4黏性土底部或砂层顶部，一般埋深在5-6m以下，U型槽开挖时会引起局部塌方。要特别注意人工填土和软弱土。人工填土厚度从0.5～9.9m，结构松散填料不均，大多数以黏性土为主，混有砂砾石等，暗埋箱涵及U型槽开挖时需要注意填土坍塌及测向渗水。软弱土零星分布于黏性土层中及粉砂层，一般埋深在5-6m以下，暗埋箱涵及U型槽处开挖深度范围内，地层主要以（0）层人工填土和黏土及粉质黏土、粉细砂、中粗砂组成。再下主要为强风化泥质粉砂岩和中风化泥质粉砂岩。

地下水主要为孔隙水，水力特性以承压水为主，水位变幅2-3m/年。受大气降水补给，地下水的变化受大气降雨影响显著，水流向赣江低地排泄及人工开采排泄。地下水以系杆拱桥为界限，小里程至系杆拱桥地下砂层较薄且不连续，地下水量预计较小，系杆拱桥至大里程方向，地下砂层厚且连续，地下水发育，含水层透水性强，水量丰富，单井涌水量3000t/d。

1.3 近接位置关系

即将建设的地铁2号线为分离式隧道，与前湖快速路垂直相交，隧道掘进尺寸为6.34米；隧道间净距为6米，下穿前湖快速路工程，U型槽分南北2条。隧道穿越中砂、粗砂层，处于底板下3至4米，最近为3.442米。见图1 U型槽与隧道关系及旋喷桩布置断面图。

图1 U型槽与隧道关系及旋喷桩布置断面图

2、城市快速路地基加固关键技术

在综合各方面安全、技术、经济比较后，确定前湖快速路工程在地铁2号线隧道掘进前先期施工；前湖大道快速路工程该节点基坑采用分级放坡，喷射混凝土支护形式，确保无支护桩穿越设计隧道内。快速路主体结构为钢筋混凝土结构，主要施工流程为土方开挖→边坡支护→基坑降水→基坑开挖→穿越区域加固→加固检测→快速路结构施工→辅道道路施工→地铁盾构掘进。

2.1 加固总体方案

闭合框架箱型结构基础落在粉砂或细砂层，考虑地跌2号线后期施工需要，对本箱涵桥基础底土层进行预先加固处理，以满足后期地铁施工和运营主体结构本身安全需要。根据现场实际情况和加固试验效果：

（1）在地铁隧道范围内，包含中间U型槽，采用Φ800mm@600mm的高压旋喷桩满堂加固；高压旋喷桩共有5789根，其中地基加固为5058根，止水封端为731根（封堵墙同样采用Φ800mm@600mm的高压旋喷桩），桩顶标高为15.5m，桩底为1.74m。

（2）在地铁隧道范围外箱涵桥以内外加1米，考虑到影响减弱及压密注浆成本较低，采用压密注浆工艺施工；在加固范围内有1500个注浆孔，孔顶标高为15.5m，孔底标高为1.74m，入强风化0.6m。

（3）为确保压密注浆的效果，在其外围区域采用Φ800mm@600mm进行封闭。

2.2 施工参数

（1）高压旋喷桩，在地铁隧道范围内，包含中间U型槽，采用Φ800mm@600mm的高压旋喷桩满堂加固。采用三重管法连续不间断作业，根据最终的施工总结，具体参数如下：水灰比=1：1，水泥种类：P.O.42.5，水泥掺量：25%，每延米水泥用量271kg（含溢浆量损失），高压泵：20MPa，空压机：0.7MPa，泥浆泵：3～5MPa，喷嘴个数：2个，喷嘴直径2－3mm，流量：应大于80－120L/min，下钻速度：宜为1m/min，提升速度：宜为15－20cm/min；地基加固所用高压旋喷达5058根，边缘止水731根。

（2）在地铁隧道范围外箱涵桥以内外加1米，采用压密注浆工艺施工，根据相关资料进行推算注浆半径为0.35m，在现场压密注浆作业开始前进行试验验证，按试验结果选定施工参数后进行规模压密注浆工艺施工。具体参数如下：浆液配比：水：灰：水玻璃=1.0：2.0：0.05；注浆率（20%～25%）；水泥为PO42.5；下沉速度：＜1m/Min；提升速度：＜15cm/Min；每立方米土体水泥用量：418kg；注浆压力：0.3-0.8Mpa；注浆深度：按入强风化0.6m控制；注浆间距：梅花形1～1.5m布孔位，总注浆孔3213个。

2.3 施工注意事项

①施工前，应重点做好技术策划，寻求与地铁2号线各参建单位共同制定该节点的总体实施思路，确定目标最终参数，由重点办召集协调，形成相关会议记录。

②根据地铁2号线设计图纸，结合本工程的图纸进行位置关系分析，确定地铁穿越区域和快速路结构区域，加强测量精度的控制，确定并标识出高压旋喷桩加固区域，压密注浆区域，做好相应的测量成果交底。

③施工期间，安排专人对关键参数进行监控和测量，总体上根据理论和实际水泥用量进行比较和分析，过程中对各个技术参数（水灰比、压力、速度，顺序等）进行测量和仪表识读，做好记录，确保后期土体的加固效果，杜绝减料现象的发生。

④高压喷射注浆因故停喷后重新恢复施工前，应将喷头下放0.5米，采取重叠搭接喷射处理后，方可继续向上提升及喷射注浆，并应记录中断深度和时间。停机超过3h时，应对泵体输浆管路进行清洗后方可继续施工。压密注浆原则是先进行上部封浆，即在地面以下1m范围内低压注浆，形成顶部封闭浆液；再进行深度注浆，每0.5米注浆一次；注浆压力提高0.3-0.8Mpa；压浆顺序按梅花1.5m间距实施，施工时顺序按隔一孔间跳打施工原则；自下而上分层注浆；

⑤重视施工期间地下既有管线的保护，考虑到现状前湖地面辅道大量的强电，最高达110KV，弱电，自来水，燃气等管线，开工前务必对既有管线进行详细的图纸查阅和现场开挖探查，确定其类别，走向，位置关系，使用功能等，特别是涉及到加固（压密注浆）区域及高压旋喷桩距管线较近，为了保证在施工期间不影响现有管线的正常使用，需要施工过程中增设相关管线的保护措施，制定详细的管线保护方案。

⑥基坑开挖后，根据要求进行地基承载力实验和桩基取芯实验，确保加固效果满足0.8Mpa要求。施工期间和后期的试验建议邀请地铁各参建方来现场察看，防止后期一些不必要的麻烦，也有利于2个工程之间密切沟通和协调。

3、加固效果

基坑开挖后，根据地基承载力、取芯试验结果，外观上加固土体均匀，未出断桩现象，加固无侧限抗压达到了要求的0.8MPa。通过对各个参数的精确控制，解决了砂层中注浆达到均匀性的技术难题，提高了加固区域的整体地基稳定性。

4、结论和建议

面对地铁盾构穿越快速路箱涵桥和U型槽垂直距离小，安全风险高的难题，通过前期的技术策划，巧妙地选择先施工快速路再施工地铁，规避地铁先施工，快速路后施工所产生保护地铁的巨额费用及很高的施工安全风险，通过选择合理的技术方案，采用高压旋喷桩和压密注浆相结合的施工方法，达到了在细砂、中砂、粗砂等复杂地层中加固效果大于等于0.8MPa要求，有效解决了地铁盾构穿越南昌市前湖快速路工程复杂地层掘进安全问题和后期运营结构安全问题。对今后类似的工程情况，具有较高的参考价值，也积累了宝贵的经验，目前前湖快速路和地铁2号线施工期间和运营情况均良好。