淺談大直徑土壓盾構過既有高鐵營業線橋樁施工技術

董亮龍

廣東華隧建設集團股份有限公司，廣東廣州 510620

1 國內外研究現狀

國內小直徑土壓盾構有過房建樁基、橋梁樁基或一般鐵路樁基的經驗，由于這類型樁基可允許發生的沉降沒有高鐵橋樁樁基苛刻，因此，在下穿這類型的樁基前，可采用隔離防護樁阻隔、樁基托換和結構頂升等主動防護措施，形成剛性隔離墻，從而達到阻隔隧道施工對橋梁樁基的擾動。而本身隔離防護樁、樁基托換的施工就已經對既有高鐵營業性橋樁造成一個很大的擾動，因此主動防護措施不適用。

2 大直徑土壓盾構過既有高鐵營業線橋樁施工技術

2.1 大直徑土壓盾構過既有高鐵營業線橋樁的掘進控制技術

綜合考慮隧道洞身穿越上軟下硬地層、隧道拱頂埋深淺、水土壓力以及地面建（構）筑物情況，采用土壓平衡模式。以全斷面鑲硬質合金齒滾刀為主以降低砂層對刀盤的磨損量，其中雙刃滾刀4把，單刃硬質合金滾刀45把，中心刮刀58把，邊刮刀16把，同時配置相應的邊緣鏟刀和貝殼刀等。掘進過程中更好地控制了土倉壓力、滾動角、掘進推力和速度，采用泡沫劑進行渣土改良，有效地減少了刀盤結泥餅、噴涌、土倉漏氣和地表沉降現象。同時，下穿廣州南站前需對設備進行檢修。

（1）選擇地質情況較好的地方停機對盾構機進行全面檢查，將所有滾刀進行更換，檢查刮刀有無破損，對破損刮刀進行修復，對刀盤耐磨環進行全面檢查并補焊，對存在問題的泡沫管頭進行修理或更換。

（2）對盾構機包括液壓系統、電氣系統、主軸承密封系統、注脂系統、注漿系統、盾尾密封系統及壓縮空氣供應系統等進行全面檢修保養，確保機況良好。

（3）對隧道內電瓶車等設備，龍門吊、砂漿攪拌站、叉車等設備進行維修保養，確保盾構下穿時設備正常運轉。

（4）對有易損耗零配件儲備要充分，常見故障制定快速反應機制。

3 大直徑土壓盾構過既有高鐵營業線橋樁WSS地基預處理技術

3.1 預處理段地質條件

鑒于袖閥管注漿工法能較好地控制注漿范圍和注漿壓力，可重復注漿，且發生冒漿與串漿的可能性很小等特點，采用袖閥管對下穿段地層進行WSS預加固。

實驗8周后，實驗班和對照班的群體凝聚力存在顯著性差異(P<0.05)，說明拓展訓練教學法有助于提高學生對籃球選項課的學習興趣，促進學生之間交流與溝通，增強群體凝聚力。

3.2 WSS預處理設計概況

加固橫斷面范圍上表面為隧道結構頂面以上3m，下表面為進入<7-1＞全風化地層不小于1m，寬度為隧道結構邊緣外擴3m。

注漿材料及配比：主要采用水玻璃、水泥、磷酸等作為注漿材料。A液為硅酸鈉 （水玻璃），B液位磷酸水，C液位水泥與水，其中以上A、B液均在200L油桶內攪拌，C液在水泥攪拌桶內攪拌。

注：①A液 水∶硅酸鈉=1∶1（體積比）；

B液 磷酸∶水=0.08∶1（質量比）；

C液 水∶水泥=4.6～5.6∶1（質量比）；

②A液∶ C液=0.1～0.2∶1；A液∶ B液=1∶0.05～0.1 ；

③硅酸鈉密度1.37，波美度40；

④溶液由A、B液組成；懸濁液由A、C組成；

⑤注漿時，將根據現場實際地質情況選擇不同的漿液類型及根據注漿部位不同的強度要求，隨時調整注漿配合比，并適當加入特種材料以滿足盾構施工的技術要求。

3.3 WSS預加固區穩定性分析

采用Midas GTS NX巖土工程計算軟件建立三維模型對廣佛環城際鐵路盾構下穿廣州南站WSS預加固區進行分析，并與實測數據進行對比，探討WSS預加固區加固后盾構掘進情況。

3.3.1 計算模型

采用二維殼體模型，樁基采用梁單元，樁基礎持力層位于弱風化層，橋墩上部結構簡化為等效靜載根據工程試驗，隧道開挖影響范圍約為開挖尺寸的3～5倍。建立的數值模型網格劃分見圖1。

圖1 橋梁樁基礎、承臺及隧道網格

3.3.2 數值計算分析

（1）地層加固后盾構機穿越砂層時地表變形情況分析。加固結束后，沉降數據在未加固段小于數值模擬的結果，而在注漿加固區段，數值模擬結果與實測數據較為接近，數值模擬分析結果較為準確，盾構穿越加固區至盾構機出洞，對地表沉降的影響很小，沉降趨于穩定。

（2）加固前后地層塑性區對比分析。盾構掘進至未加固區前，刀盤前方和砂層都存在塑性區，且有逐漸形成聯通的趨勢，在未進行注漿加固工況下，盾構機穿越砂層過程中刀盤前方塑性區逐漸與砂層區域塑性區聯通且塑性區域擴大，塑性應變增大。而在注漿加固工況下，盾構機前方塑性區與頂部砂層中塑性區一直處于隔絕，且兩區域塑性應變隨盾構掘進并未出現較大變化?？梢妼ι皩舆M行WSS注漿加固增強了砂層的穩定性，降低了盾構掘進的風險，注漿效果良好。

4 大直徑土壓盾構過既有高鐵營業線線下橋梁結構靜態實時監測技術

線下橋梁結構靜態實時監測采用測量機器人+反射片的方式實施線下橋梁撓度變形自動遠程監控。選用全站儀的測角精度為0.5″，測距精度為0.6mm+1mg/kg。在盾構掘進方向的每道高架橋梁體上、兩側橋墩上和沿軌道方向的軌道板上對應位置埋設，軌道板上測點布置間距為5m。監測點布置如下：

4.1 橋墩及站棚支柱沉降與水平位移監測點

測點布設與埋設避開有礙設標與觀測的障礙物，高于路面0.2～0.5m。橋墩沉降點標志采用“L”型測點標志形式，橋墩上下各布置1個監測棱鏡，形成2個監測點，對于雙腿橋墩，每墩腿均布置上下2個測點。橋墩水平位移或傾斜監測利用橋墩豎向兩點連線的變化來監測。

4.2 地表沉降、站臺與站房沉降監測點

地表監測點打洞前探明對應位置管線埋設情況，確保布點過程中不損壞任何管線，站臺監測點不高于站臺平面且不侵入行車限界。

4.3 地層水平位移與地下水位變化監測監測點

地層水平位移與地下水位監測現場測試時，測斜管埋深需超過橋墩樁基深度2m以上，水位管埋深到隧道仰拱深度。

4.4 地下管線監測點布置

鑄鐵供水管道和高壓電纜通信管道為一級管理控制，布點監控間距為5～15m；普通雨水管、排水管及沿縱向的高壓電纜分線為二級管理控制，布點監控間距控制為15～30m。

5 技術創新

（1） 通過從掘進模式選擇、渣土改良、姿態控制、WSS地基預處理、監控量測等方面進行控制，可確保大直徑土壓盾構過既有高鐵營業線橋樁施工條件下掘進的安全性與高效性。

（2） 通過“掘進控制技術+WSS地基預處理技術+線下橋梁結構靜態實時監測技術”，形成一套完整的施工技術措施，為今后大直徑土壓盾構在穿越既有營業線橋樁掘進施工提供了借鑒經驗。

6 結語

大直徑土壓盾構過既有高鐵營業線橋樁施工技術能有效解決長期困擾城際軌道等大直徑隧道盾構施工過既有高鐵營業線橋樁技術難題，能有效保證施工影響范圍內建（構）筑物結構安全，可為盾構隧道按期順利完成過既有高鐵營業線橋樁施工提供技術支撐，從而為建設方和施工方帶來巨大的社會和經濟效益，應當廣泛推廣。

[1] 李波.盾構施工對高速鐵路橋梁樁基的影響分析及防護措施[J].鐵道建筑，2014（15）.

[2] 黃新民.盾構隧道下穿既有橋樁工程的保護方案研究[J]. 地下空間與工程學報，2012 ，8（3）：557-561.