盾构隧道近距离穿越既有线高架桥施工技术研究

2023-02-03芦玉杰

山西建筑 2023年3期

芦玉杰

(北京轨道交通建设管理有限公司，北京 100068)

0 引言

近年来，以北京为例的特大城市轨道交通建设发展迅速，总里程已经达到1 000 km，并且相关建设仍在持续进行，通过不断优化轨道交通建设的布局、理念，轨道交通建设已经形成集交通、文化、娱乐等功能的城市微中心，有效促进了城市的新发展。但同时新建轨道交通建设面临的难度和风险也逐渐增加。北京地铁建设各类桥梁近接施工案例增加，侧穿、下穿等工况已经成为当前地铁施工的常态。因此，如何确保地铁施工安全以及桥梁的正常运行成为施工的重难点，也是当前研究的重要课题。

郭一斌等以盾构近距离穿越大型立交桥超长桩基为案例，系统研究施工队桩基及桥梁上部结构的影响。穿越施工过程会导致桩身变形和内力变化，且会随着穿越位置关系的不同产生差异性的变化[1]。贺善宁针对南京地铁连续下穿6座高架桥桩问题为对象，通过数值模拟计算分析了注浆加固措施、纵梁横撑加固及钻孔灌注桩隔离加固措施等对桥梁的影响[2]。丁智系统分析了地铁隧道与桥桩相互近接施工的影响及控制技术，总结分析了隧道施工对桩基的控制保护技术以及桥桩施工对既有隧道结构的控制保护技术[3]。汪卫军等以北京地铁12号线切削西坝河桥桩为例，分析盾构刀盘系统、推进系统以及排渣系统切桩难点，并提出再制造对盾构各系统进行改进，优化再制造盾构各部分的切桩适应性[4]。漆伟强等采用数值模拟方法，以北京地铁16号线垂直下穿肖家河匝道桥为例，分析了盾构掘进参数对桥桩纵横向及沉降变形的影响[5-6]。

本文以北京地铁下穿13号线高架桥桩基为例，通过总结侧穿施工经验为同类施工提供借鉴依据。

1 工程概况

1.1 既有13号线高桥梁概况及位置关系

既有地铁13号线高架区间，桥梁两侧与路基相接，中间设变形缝，高架形式为15 m+14.25 m+17.5 m+18.5 m四跨简支箱梁，梁高约1.4 m；桥墩为片墩，高约6 m；承台尺寸为5 m×5.5 m，高2 m；桥桩直径1 m，桩长约23 m。

单体桥碎石道床采用单层碎石道床，道碴层厚25 cm，道床边坡1∶1.75，道床肩宽40 cm。土质路基上的道床采用双层碎石道床，道床厚45 cm，其中道碴层厚25 cm，底碴层厚20 cm，道床边坡1∶1.75，道床肩宽40 cm，轨道建筑高度(内轨顶至路肩坡脚)为99.5 cm。

新建隧道采用两台土压平衡盾构法施工，盾构刀盘直径6.68 m，隧道管片外径6.4 m，内径5.8 m，厚300 mm，环宽1.2 m，新建区间盾构隧道穿越既有线高架桥区间，新建隧道结构与既有线桥桩平面最小净距为 1.51 m(见图1)。

1.2 工程地质和水文地质条件

新建隧道主要赋存三层地下水，上层滞水(一)标高36.94 m～38.88 m，层间潜水(三)标高19.19 m～19.39 m，层间潜水(四)10.88 m～11.69 m。盾构区间洞身围岩主要为粉质黏土、黏土、粉土、粉细砂、中粗砂层，局部卵石-砾石，影响本区间地下水主要为层间潜水(三)，水位位于区间顶板附近，具有微承压性。下穿既有线地铁范围从上往下主要为粉细砂层、卵石层、黏土、粉土。

2 施工技术控制

2.1 地层加固

针对盾构区间穿越既有线高架桥桥桩情况，采用地面注浆措施对桥桩进行隔离保护。地面注浆范围：桥桩下方3 m，盾构顶上方5 m，桥桩两侧各3 m；深孔注浆采用后退式(WSS)注浆施工。

注浆工艺参数：

1)浆液扩散半径：深孔注浆为R=500 mm。

2)注浆压力：深孔注浆的初压注浆压力0.8 MPa～1 MPa，在终压状态下当每分钟进浆量小于3 L或注浆压力在终压状态逐步升高可停止注浆。

3)注浆浆液：注浆材料为水灰比(质量比)1∶1水泥浆。

2.2 既有线桥梁支顶防护

在新建地铁盾构施工过程中，为确保桥梁结构安全，确保既有13号线的运营安全，对既有区间高架上部结构进行支顶防护，使上部结构主梁差异沉降、绝对沉降不超过控制指标，桥墩结构变形控制指标，墩顶竖向变形3 mm，水平变形1 mm，桥墩间差异沉降2.5 mm，路基与桥台间差异沉降1.0 mm，桥墩倾斜1‰。

利用既有13号线高架桥1号～3号轴中墩墩顶空间，在墩顶与梁底约20 cm间隙内布设120 t超薄型千斤顶，对上部结构主梁进行顶升保护。工程实施应利用夜间列车停运时间，对上部结构进行顶升。

支顶防护的实施，应根据地铁施工监测结果，确定启动支顶的桥墩位置。

1)千斤顶的吨位选择。

千斤顶有各种不同吨位，如75 t，100 t，200 t，300 t等。千斤顶所给的吨位是最大限度的顶力，所以考虑到对仪器的减少磨损，应预留出安全值。在给定的千斤顶吨位上乘以80%后还应大于设计所给的荷载。根据设计所给的荷载判定出我们应使用的千斤顶吨位为150 t 24个(备用4个)，每个墩柱设置8个千斤顶(见图2)。

2)顶升系统设计。

顶升系统设置1个总泵站，3个分泵站，每个分泵站设置2个子站，每个子站控制4台千斤顶，见图3。

3)顶升步骤。

顶升分3个步序施工，第一序顶升，第二序加垫，第三序落梁。具体步骤见图4。

2.3 盾构掘进

为了保证盾构穿越既有线安全，满足结构沉降变形要求，在穿越既有线前设置试验段，在试验段(50环)掘进中参照类似地层确定盾构掘进参数。盾构推力15 000 kN～18 000 kN，盾构刀盘转速1.0 r/min～1.2 r/min，扭矩2 500 kN·m～2 700 kN·m，推进速度40 mm/min～60 mm/min，土仓顶部压力1.5 Bar～1.8 Bar。同步注浆压力2 Bar～3 Bar，每环(1.2 m)注浆量Q=4.86 m3～6.48 m3。

盾构机穿越后,通过管片中部的注浆孔进行二次补注浆，补充一次注浆未填充部分和体积减少部分，从而减少盾构机通过后,土体的后期沉降，减轻隧道的防水压力，提高止水效果。

3 监控量测

盾构穿越既有线桥桩前后及盾构穿越过程中的桥梁及既有线轨道安全监测，监测内容：路基、轨道结构沉降，轨道静态几何形位监测，桥墩沉降、位移、倾斜监测，地面沉降监测，桥梁墩台沉降及差异沉降监测，桥梁墩柱水平位移及倾斜监测。既有线路基、轨道结构沉降采用自动化监测，自动化监测频率采用20 min/次～60 min/次，既有线影响区域内布置5组自动化监测点，具体见图5。