地铁暗挖隧道穿越桥桩的安全质量措施

姜维杰

（中铁十六局集团有限公司， 北京 100018）

1 工程概况

本文以北京地铁十号线二期工程为背景，围绕其中的莲花桥站～公主坟站区段施工展开探讨，其设置为暗挖区间隧道，总体表现为南北走向，起讫里程为K47+614.837～K48+471.244，线路双线长度为856.407m，区间内设置渡线及停车线，共设两个施工竖井和两个施工横通道，其中一个兼迂回风道、一个联络通道兼泵站。

2#横通道兼迂回风道设计总长152.603m，其中标准断面64.756m、挑高段8m、加高段79.847m，初支尺寸标准断面为4.9m×5.163m（宽×高），加高段为4.9m×8.24m，结构埋深13.83～16.96m，洞身开挖采用台阶法施工，支护型式采用超前小导管注浆+双层网片+钢格栅+喷射混凝土支护。

在2#横通道兼迂回风道施工区域内需穿越新兴桥3 处桥桩，桥桩编号为三环跨线桥3#、4#、5#、6#及匝道桥26#、27#，三环跨线桥桥面宽度36m，3#、4#与5#、6#跨径24m，上部结构为预应力简支梁结构，梁高1.4m，下部结构为挖孔扩底桩，桩长7.1～7.36m，上设承台、矩形墩柱，双柱式盖梁；匝道桥桥面宽度12.5m，跨径22m，上部结构为预制预应力简支梁结构，梁高1.4m，下部结构为挖孔扩底桩，桩长8.5m，上设承台、矩形墩柱，T 型墩。横通道开挖面距桥桩承台在5.47～7.1m，处于开挖影响范围内。通道与桥桩关系平面图如图1。

图1 通道与桥桩关系平面图

2 工程地质及水文地质概述

区间处于永定河冲积扇中部，沿线地形平坦，地面略有起伏，南低北高。2#横通道兼迂回风道岩层坚硬，泥质胶结，胶结物已大部分风化成砂状，砾石成岩时间短、风化程度高，无水情况下坚硬，遇水易崩解，稳定性较差。

经实地勘察后可知，地层深度最大值达到了35m，同时存在明显的上层滞水现象，对应埋深普遍介于5.11～5.32m 范围内，其补给形式主要由大气降水、灌溉等方式。

3 桥桩加固技术措施分析

3.1 总体规划

3#、4#、5#、6#、26#、27#桥桩的保护采用双重保护措施：一是横通道施工前，对靠近横通道一侧的桥桩进行隔离加固，根据现场及其地质情况，选取合适的复合锚杆，要求其规格达到φ150，由此起到土体加固的效果、深度约为26m；二是横通道在开挖时，对拱顶及隧道两侧土层进行小半径加强型超前注浆，改善上部土体成拱能力，采用双排小导管，注浆加固体半径为开挖面外1000mm。2#施工横通道兼迂回风道过桥桩基础保护措施平面图如图2。

图2 横通道过桥桩地面保护保护措施平面图

3.2 效果分析预测

（1）复合锚杆桩加固后的地层刚度变化明显，界限清晰，地下形成了明显的刚度区域，比较普通的注浆手段，加固区域明显。

（2）复合锚杆桩对力流的引导作用明显，尤其在单桩承载力变化时，能够将力流引入深部地层扩散，这是设计者的初衷，能够将隧道开挖的影响降低。

（3）隧道开挖后形成了流体力学中的气泡效应，桩体计算不沉反浮，结合实际情况，该情况有利。

（4）开挖对称条件下，承台几乎没有侧向移动，即使开挖不对称加固区域刚度很大，承台水平向移动亦很小，避免了桩头抗剪的不利工况。

（5）横通道在开挖时，对拱顶及隧道两侧土层进行小半径加强型超前注浆，改善上部土体成拱能力；土体加固后，开挖过程中能够有效的减小对土体的扰动，进而减小因土体扰动造成的桥桩基础的下沉。

4 复合锚杆桩工法的工艺流程

复合锚杆桩工法的主要工艺流程如下：

锚杆+注浆管加工→平整工作面并测量放线→钻机就位后夯进成孔→下放钢筋笼并安装注浆管→第一次填充注浆并养护→第二次劈裂注浆并养护→第三次劈裂注浆并养护→扩大基础承台或施作冠梁。

5 复合锚杆桩施工

5.1 钻机选型及施工准备

综合考虑到锚杆桩直径以及打入深度这两大指标，在此基础上选定合适的成孔设备，本工程中引入的是XY-4 型地质钻机成孔，受桥下预留空间空间的影响（最低净空为4.0m），决定做好复合锚杆桩的前期准备工作，即设置一个宽2m、深1.5m 的基槽，这是扩大可施工空间的必行之举。

5.2 测放复合锚杆桩孔位

按照施工图纸间隔施做，先外排，后内排的原则，结合现场实际情况，进行测放复合锚杆桩孔位。

5.3 成孔

适当调整移动钻机的位置，使其到达孔位处，而后对钻杆垂直度进行调整，基于φ150 钻头进行钻进施工，此环节应避免塌孔现象。

5.4 下放钢筋笼并安装注浆管

利用简易支撑架完成吊放作业，此时因安排一定的人员进行配合。每完成一节段的孔桩就位工作后，均需要对标高以及垂直度做以调整，并使用接驳器对其进行紧固。在吊运过程中应避免扭转或是弯曲现象，整个施工应缓慢进行，不允许对孔壁造成损伤。

关于钢筋的连接，此处采用的是直螺纹机械连接的方式；关于注浆管，此处采用的是自来水管，基于丝口连接的方式提升其稳固性，并做好编号工作。

5.5 注浆

确保复合锚杆处于指定的位置，而后方可展开注浆施工，此环节对应有三根注浆管，三者均需要与管底保持4m 的距离，要求所使用的注浆管规格以φ20mm为宜，而出浆孔则应为φ4mm，对于任何一个断面而言均需要设置4 个注浆孔，彼此应错开150mm 的距离。

6 洞内超前径向注浆施工

在桥桩保护范围内，在洞内开挖支护过程中，对拱顶及隧道两侧土体进行双排小导管加固注浆，所形成的注浆半径以1000mm 为宜。

6.1 注浆加固范围及小导管布设

在进行开挖作业时有必要采取超前支护措施，此环节需要使用到小导管，对应规格以Ф32×3.25mm 为宜，由此起到加固地层的效果。注重小导管的设置，其需要穿过格栅腹部，严格控制环向间距为0.3m，纵向间距0.5m。

6.2 浆液选择配制及注浆

根据设计要求，注浆的浆液采用纯水泥浆液。关于注浆扩散半径，其需要建立在导管密度的基础之上，并采取相关的地质条件试验，最终得知合适的值，本工程中以0.3～0.4m 为宜。有必要展开现场试验，由此明确浆液配比，此处水泥与水以1：1 为宜。初始注浆压力较小，为0.3Mpa，经一段时间后到达终压状态，此时该值为0.6Mpa。凝胶时间根据实际情况确定。

6.3 注浆工艺及设备

当做好注浆管的连接作业后，有必要进行一次压水试验，由此明确管道的通畅程度，而后将预先配制好的纯水泥浆置入泵中，使其与水玻璃浆进行充分的混合，最后借助小导管压入土体之中。

7 监控量测

在横通道开挖过程中，应做好监控量测工作，并做好信息记录，这是对施工方案进行调整的必要依据。

7.1 监测数据统计

沉降监测从施作复合锚杆装开始至开挖结束后一个月，施作复合锚杆桩及土体开挖时监测频率为每日一测，开挖结束后监测频率调整为每周一测，任意选取一点的沉降曲线示意图见图3。

图3 沉降监测数据曲线示意图

由沉降监测数据曲线图可知，在整个施工过程中，通过复合锚杆桩及洞内径向注浆的加固有效的减小了桥桩基础的沉降。

8 结论

基于复合锚杆桩，可以提升狭小空间的施工灵活性，经过注浆后可以形成隔离墙，由此避免了桩周围土体过于松散的问题，这也是避免结构下沉与偏移的必要基础。整个施工过程较为简单，具有良好的环境保护效益，因此适用于城市暗挖工程中。而洞内超前小导管的径向注浆形成围岩加固圈，有效的加固了隧道外围土体，减小了因开挖过程的扰动对桥桩基础造成的沉降；同时通过施作复合锚杆桩形成的隔离墙还可对邻近暗挖隧道建(构)筑物进行保护，防止建(构)筑物因沉降过大造成的变形或倾斜。