地铁隧道下穿高铁桥盾构施工技术

2022-04-20张士民ZHANGShimin

建筑机械化 2022年3期

张士民/ZHANG Shi-min

（中铁上海工程局集团市政环保工程有限公司，上海 201906）

1 工程概况

沈阳地铁4 号线红椿路站～城建学院站区间盾构侧穿哈大高铁客专高架桥桩，地铁隧道与哈大高铁客专高架桥侧穿夹角分别为62°和63°，隧道里程（直线段）：左线DK29+061.90～DK29+89.06，27.16m；右线DK29+074.40～DK29+100.07，25.67m。高铁线路管理里程分别为K383+714、K383+681，侧穿位置在马总屯特大桥6 号墩（轨道设计高程51.03）、7 号墩（轨道设计高程51.292）、8 号墩（轨道设计高程51.292）之间。高铁桥为混凝土简支梁桥，跨度32.7m，桩基础，桩长21m，每处承台下设置8 根桩。桥梁支座标高约46.7m，地面标高约40.7m，净高约6.0m。

区间隧道与桥桩距离：水平7.4m/7.55m，盾构穿越地层为③-9-4 圆砾，隧道顶部埋深：左线16.2～16.5m，右线16.4～16.6m。具体位置关系如图1、图2 所示。

图1 区间隧道与高铁桥平面位置关系

图2 区间隧道与高铁桥剖面位置关系

2 关键施工技术

2.1 地面隔离桩施工措施

盾构区间隧道与沈大高铁客专桥桩间打设600@1200 隔离桩，隔离桩上设600mm×600mm的钢筋混凝土冠梁。桩径及桩型：∅600mm 钻孔灌注桩；桩顶标高：与地面齐平；桩底标高：盾构隧道底面下1 000mm；混凝土设计标号：C30水下；钢筋材料：主筋为∅22mm，加劲筋为∅16mm，螺旋箍筋为∅8mm。

1）钻孔桩设备选择现场实测高铁桥下净空距离约7.0m，正常钻孔桩设备不能满足高度要求，通过比选，选择最大高度6.5m 的反循环钻机。

2）钢筋笼制作综合考虑桥下净空高低、钢筋笼接驳距离、下放时安全距离等因素，对钢筋笼采取分节制作、机械套筒连接，单节长度为4m。

3）吊装设备选择分节的钢筋笼通过自卸吊运送至高铁桥钻孔灌注桩施作场地附近。为了防止起重机械对高铁营运线的干扰，吊装不使用起重机械，距离高铁线路50m 处吊放在地面，然后人工滚至桥下，通过130 反铲挖掘机吊装下放。

2.2 地铁盾构下穿高铁桥施工技术措施

2.2.1 试验段施工

通过试验段施工，收集施工相关的各项参数（表1），试验段长度100m。通过分析出土量、掘进状态及地层沉降变形数据等，选取最佳施工参数，达到试验的目的，确保盾构区间安全顺利施工。

表1 试验段总结盾构施工参数

2.2.2 下穿前技术、管理措施

盾构下穿沈大高铁桥期间，指从刀盘距离高铁桥20m 至盾尾离开高铁桥20m 期间，左线长67.16m、右线长65.67m，项目部针对盾构下穿沈大高铁桥施工做了相应准备工作。

1）推进至影响范围前停机，组织盾构下穿重大风险源条件验收，检查准备情况：①风险源专项措施（钻孔灌注桩隔离桩）已完成，桩体强度满足设计及相关要求；②自动化监测、地面人工监测现场布设完成，初始值已采集并上报第三方监测单位；③高铁桥附近的环境调查完善；④盾构停机检修、维保及配件更换，尽可能降低设备故障概率，保证设备性能良好；同步注浆、二次注浆系统全面检修、清理；⑤施工材料（油脂、渣土改良材料、同步注浆材料、衬砌管片、密封止水材料、管片螺栓等）现场盘点，满足使用需求；⑥应急物资设备（如深孔注浆机、黄沙）准备齐全。

2）管片脱离盾尾6～8 环位置二次注浆形成环箍，防止后方水流前窜。

3）总结下穿前试验段施工技术参数，为盾构下穿高铁桥参数设定提供理论依据。

4）对施工管理人员、作业层操作人员进行全员技术交底，思想状态上重视。

5）领导带班、关键工序值班、监控量测人员布置、任务划分及落实。

6）管片采用多孔管片，便于二次注浆施工。

2.2.3 盾构下穿施工技术控制措施

1）根据专项施工方案、试验段总结，设定上部土压力，尽量保证压力的稳定，保证开挖面前方土体稳定。

2）盾构推进速度，控制在60mm/min 左右。推进过程中确保同步注浆浆液在推进完成时可有效注入，掘进完成时浆液注入量不小于5.0m3；注浆压力不小于4bar。

3）优化同步注浆浆液配合比，调整好浆液的和易性，将稠度控制在12.5～13.0 之间，初凝时间≯6h。

4）下穿前调整好盾构姿态，下穿过程中严格控制盾构推进姿态，避免盾构大幅纠偏。

5）管片脱离盾尾后及时补强注浆，左上、右上间隔一环注入；二次注浆须多遍注入，且单孔注入量须进行控制0.5～0.6m3/孔；注浆压力不大于0.5MPa。保证二次注浆距离盾尾有一定的安全距离，避免二次注浆浆液包裹壳体造成壳体与地层摩擦。

6）地面监测：高铁桥墩沉降、倾斜自动化监测频率调整为1 次/2h，及时反馈数据；项目部安排专人24h 对地表进行监控量测、桥墩沉降复核，频率1 次/2h，及时术反馈数据。

7）管片螺栓复紧：管片螺栓进行多次复紧，拧紧力矩不低于300Nm。

8）控制掘进出渣量：推进过程中控制螺旋机转速；通过皮带称重、门吊称重反馈出渣情况，及时共享信息，做出分析。

2.2.4 盾构下穿施工管理保证措施

1）落实领导带班制度：盾构下穿沈大高铁马总屯特大桥期间，项目部和作业队伍建立现场带班值班制度（双人单岗），明确相关责任人，严格控制施工质量和安全。

2）关键工序现场管控：如盾构推进主要参数控制、同步注浆及二次注浆控制、出土量记录等，安排专人盯控。

3）停机准备时，将渣土箱清理干净，每环推进前向单个渣土箱内加清水（底部10cm），防止渣土粘在土箱内，造成出土方量无法统计。每班及时统计门吊称重，并做出分析。

4）停机准备时对盾构、电瓶机车编组、门式起重机、搅拌机等主要设备进行全面检修、维保，确保设备性能良好。下穿过程中，安质人员、设备管理人员每班对设备维保、检查情况进行监督再监督。

5）施工以安全、平稳为主，每一工序按部就班，禁止抢进度。

6）盾构隧道测量工作要按要求及时进行，反馈信息指导施工。

7）地面监测包括墩台自动化监测、地面监测数据，及时反馈。

8）如发现紧急情况，如渣土较稀、出土量不可控现象，立即停止推进，并向值班领导汇报，召开工地会议讨论方案，现场按照制定的方案、措施实施。

9）应急队伍、应急人员、应急设备物资准备。

3 监控测量

在复杂施工条件下，尤其是隧道下穿铁路工程时，施工可能会引起铁路轨道各种不平顺现象，铁路轨道的不平顺会引起轮轨剧烈振动，大大降低行车平稳性，进而威胁行车安全。因此，在下穿铁路的各类工程中，必须制定严格的控制标准，以保证行车安全。控制标准包括：沉降控制值、沉降控制速率、不均匀沉降控制值、水平位移控制值等。

采用沉降传感器JMQJ-6205AD、倾角传感JMQJ-7315ADS 和配套的硬软件实现对铁路桥墩的自动化监测，用到的硬件设备主要有测量传感器、信号控制箱、温度气压传感器、供电电源、计算机服务器。

如图3～图6 所示，区间隧道相邻的6#、7#、8#桥墩累计沉降数值小于1.5mm，人工复核结果，累计沉降数值2.5mm；水平位移累计值＜1mm；不均匀沉降一直在1mm 以内。各类变形数据都控制在允许范围内。