盾構隧道下穿城市老久立交關鍵技術研究

張偉

摘 要：盾構隧道下穿城市已建老久立交會對立交橋產生極大的影響，因此在穿越前必須采取合理措施保證隧道穿越過程中立交橋的安全。該文以南昌軌道交通2號線學府大道-翠苑路站區間下穿豐和立交為背景，詳細介紹了盾構下穿立交前的設計施工處理措施，以及盾構穿越過程中的推進控制，為后續工程建設提供借鑒經驗。

關鍵詞：盾構隧道 立交橋 高壓旋噴樁 變形

中圖分類號：U231 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）04（a）-0084-03

南昌軌道交通2號線學府大道東站-翠苑路站區間隧道需下穿20世紀90年代建成的豐和立交，豐和立交由三座橋梁組成，其中區間在大約里程YDK29+519.53處穿越豐和立交1號橋，穿越長度為24 m。1號橋為三跨簡支梁橋，橋長42.06 m，橋面寬24 m（凈23 m+0.5×2 m防撞墻）。中跨為單箱五室箱梁結構，梁高1.4 m，采用C40鋼筋混凝土；邊跨為40 cm厚搭板，采用C25鋼筋混凝土。1號橋橋面連續，梁高各處相等，頂底板依橋面橫傾斜，但箱梁及臺帽支座處局部調平，以使支座能鉛垂承壓。上部結構為簡支體系，橋墩為柱式墩，橋臺為薄壁臺，基礎均為鉆孔灌注樁。該橋修建于1997年，運營時間較長，1號橋中間跨主梁，兩端表皮有開裂、剝落現象，在邊支座上部存在裂縫，裂縫寬度0.1～0.5 mm，且該位置存在少量滲漏水。橋邊跨臺身均存在裂縫現象，裂縫寬0.1～0.5 mm，每側臺身存在6條由上至下的裂縫。盾構下穿時，易造成土體擾動，導致橋基礎產生不均勻沉降、結構破壞失穩等風險。區間隧道與豐和立交相對關系見圖1。

1 區間所處工程地質及水文地質條件

擬建場地位于贛江沖積平原區，擬建場地第四紀覆蓋層厚度小于20 m。勘探深度內，場地地層由人工填土（Qml）、第四系全新統沖積層（Q4al）、下部為第三系新余群（Exn）基巖組成。按巖性及其工程特性，自上而下依次劃分為素填土、粉質黏土、細砂、圓礫、礫砂、強風化砂礫巖、中風化砂礫巖。隧道掘進斷面主要位于圓礫、礫砂、強風化砂礫巖、中風化砂礫巖。為上軟下硬地層，根據勘察報告，地下水位埋深在地下2.10～4.30 m。

2 加固處理措施

區間隧道下穿豐和立交橋，豐和立交樁基礎距離隧道間距小，最小凈距離僅1.98 m，且主橋交通密度高，汽車運行的動載和震動對盾構隧道結構安全有較大的影響。為確保豐和立交橋安全及盾構推進的正常施工，盾構推進達到前，對豐和立交橋預加固，此段加固施工共分為兩個階段進行，地下高壓旋噴樁隔離橋基礎加固與地上鋼支撐支撐主橋防沉降加固，見圖2。

因在富水砂層中掘進，地下水對盾構隧道掘進影響極大，為了減少對立交橋影響，在區間隧道與立交橋基礎之間搭設兩排高壓旋噴樁，起到隔離水及加固土體的作用，減少盾構施工對橋梁基礎的影響。同時為了確保橋面在盾構推進時變形可控，靠近橋樁處每側增設4根鋼支撐，以確保橋梁安全，見圖3。

3 盾構推進控制

3.1 盾構推進過程控制

為保證盾構隧道和豐和立交橋的安全，調整隧道與橋基礎的間距，縮小盾構隧道為3.5 m的線間距。對豐和立交橋范圍的盾構隧道采用增設注漿孔【P2】k深埋管片，每環共16個注漿孔進行注漿加強。盾構隧道施工完成后，根據建筑物監測情況及時二次注漿，注漿量較一般環應適當增加，注漿量為普通環的1.1～1.3倍。

盾構在通過該段時，根據地面的監測情況，不斷優化盾構施工的各種技術參數，合理選定推進速度、平衡土壓力、出土量等參數，嚴格控制盾構糾偏量。調整盾構相關掘進參數（如刀盤、排土量和推進速度、螺旋機轉速、千斤頂總推力、注漿壓力與時間、注漿量方式、漿體漿體性能、盾構坡度、盾構姿態和管片拼裝偏差等），并加強對隧道和該構筑物的沉降監測。

盾構推進實行信息化反饋施工，增加監測頻率。在主橋兩側埋設沉降觀測點，進行6 h一次的跟蹤測量，并進行信息分析，及時通知井下調整掘進施工參數。當跟蹤測量發現盾構推進對橋梁超過限值時，立即在立交橋橋基進行靜壓跟蹤注漿。

為減少盾構施工對周圍環境的影響，在施工中盡可能減少對周圍土體的擾動，其主要技術關鍵是保持盾構開挖面的穩定和管片脫出盾尾時及時填充盾尾建筑空隙。盾構開挖面的穩定通過優化掘進參數來控制，建筑空隙的填充則采用同步注漿、二次注漿等來實現。

在盾構推進時，對于豐和南大道豐和立交橋下方進行部分交通限制，限制區域主要是對盾構上方埋深較淺（刀盤前和盾尾后25 m進行水碼跟蹤防護，兩班倒，每班2人，24 h巡查），地面沉降對橋基礎危害較大的范圍。

3.2 加強同步注漿與二次注漿

盾構施工引起的建筑空隙、地層損失和盾構隧道周圍受擾動或受剪切破壞的重塑土的再固結，是導致地表沉降的主要因素。盾構隧道主要通過均布在盾殼體外的4根同步注漿管來控制地表沉降。

同步注漿液采用單液漿，水泥砂漿基準配合比如表1和表2所示。該漿液凝固時間短，以便在填充地層的同時能盡早獲得漿液固結強度，保證路面安全并防止滲漏漿、水等，并確保橋基礎地層穩定。

注漿壓力為2～3 bar，并根據盾構推進速度控制注漿量，實際注漿量采用理論值的160%～200%。

隧道推進過程中，注漿量應根據不同的地質情況和地表隆陷監測情況進行調整和動態管理。一般情況下，以滿足控制地表隆陷為原則，以控制地表稍微向上隆起3～5 mm為宜。

同步注漿速度和推進保持同步，即在盾構機推進的同時進行注漿，推進停止后，注漿也相應停止。注漿壓入的時間應控制在盾尾脫離管片時為宜。

盾構施工不可避免地要擾動周圍土體，引起地面的隆起或沉降可以采取在洞內預留注漿孔的方式，在盾構機頭過一段后，為保證漿液在管片外充填密實、減小地面沉降，對盾尾后部10環以外的管片及時進行壁后二次補漿，注漿材料選用水灰比為1∶1的雙液漿，注漿壓力控制在3 bar；及時對隧道上方、側向土體進行深孔注漿，擠密、劈裂受擾動的土體，有效地控制地面的最終變形，使穿越物的最終沉降控制在設計允許的范圍內。

盾構施工對地面沉降能夠有效控制，但是其對地面不可能沒有影響，沉降量也不可能為零，為確保盾構施工過后沉降的控制，使其不影響使用功能，在盾構施工時，按照設計要求在洞內采取管片新增注漿孔的措施，采用增加注漿孔【P2】k深埋管片，加強注漿施工。

3.3 監測控制

盾構推進過程中對橋面及橋樁的沉降、水平位移、傾斜及裂縫進行重點監測，見圖4、表3、表4。

4 施工效果及評價

現該區間隧道上下行線均已安全穿越豐和立交，豐和立交樁基沉降小于1 mm，水平位移小于1 mm，橋面沉降也不足2 mm，豐和立交處于安全狀態，通過對該盾構穿越豐和立交方案的分析可得出如下結論。

（1）盡可能增大區間隧道與立交橋基礎的距離，能夠極大減少盾構推進對立交橋的影響。

（2）必要的加固措施是盾構順利穿越老久立交的前提。

（3）合理確定盾構推進參數、加強同步注漿并及時二次注漿能夠極有效地控制立交橋沉降。

參考文獻

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