地鐵盾構(gòu)下穿河流及橋梁樁基施工與監(jiān)測(cè)技術(shù)

摘? 要：地鐵盾構(gòu)施工是地鐵工程中的重要環(huán)節(jié)，其中又以下穿河流及橋梁樁基施工難度最大。基于此，本文從開(kāi)始施工分析、確定施工方案，實(shí)施施工監(jiān)測(cè)三方面入手，對(duì)地鐵盾構(gòu)下穿河流及橋梁樁基施工提出相關(guān)建議，以供參考。

關(guān)鍵詞：地鐵盾構(gòu);下穿;橋梁樁基;監(jiān)測(cè);技術(shù)

中圖分類號(hào)：U455? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? 文章編號(hào)：2096-6903（2020）08-0000-00

隨著社會(huì)的發(fā)展，城市人口數(shù)量不斷增加，城市交通運(yùn)行壓力不斷增大，擁堵現(xiàn)象頻繁發(fā)生。為了有效緩解城市交通壓力，有條件的城市實(shí)施了地鐵工程。在地鐵工程施工過(guò)程中，盾構(gòu)施工是其極其重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。其中，盾構(gòu)在橋址處穿越橋梁或橋梁樁的施工難度較大，對(duì)整個(gè)工程而言顯得非常關(guān)鍵。提前做好施工方案，有效開(kāi)展施工監(jiān)測(cè)是確保這一關(guān)鍵環(huán)節(jié)順利完成，降低整體項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)，促進(jìn)整體項(xiàng)目順利推進(jìn)的重要保障。

1 施工分析和研究

地鐵施工中，遇到下穿情況一般會(huì)有三種解決方案。其一是拆舊建新。分析施工條件，在可能的情況下，先拆除舊的橋體后在盾構(gòu)范圍內(nèi)對(duì)既有樁一一破除，待盾構(gòu)通過(guò)后，在原來(lái)的地址重新建設(shè)新的橋梁恢復(fù)運(yùn)行。其二是樁基替換。對(duì)現(xiàn)有樁基進(jìn)行分析，對(duì)影響盾構(gòu)穿越的部分進(jìn)行替換，再實(shí)施穿越，在這個(gè)過(guò)程中，需要對(duì)原橋梁進(jìn)行觀測(cè)，并確保其安全。第三是避繞改道。根據(jù)現(xiàn)有橋梁樁基的方位，設(shè)計(jì)規(guī)避線路，讓盾構(gòu)區(qū)間完全避開(kāi)阻礙點(diǎn)，即將建設(shè)的隧道一般從阻礙位置的兩側(cè)通過(guò)。三種方案在施工工藝和資金投入上各有優(yōu)勢(shì)，在具體工程中，需要通過(guò)對(duì)施工環(huán)境進(jìn)行分析，因地制宜，對(duì)三種方式的可行性進(jìn)行綜合比對(duì)和分析，最終按照技術(shù)上可行，經(jīng)濟(jì)上合理的原則，確認(rèn)最合適施工方案[1]。

在做好施工方案的初步選擇之后，需要對(duì)技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行分析，以便制定具體的施工方案。首先，要考慮施工環(huán)境中巖石的質(zhì)地。若發(fā)現(xiàn)巖石軟硬不一情況，如施工位置位于弱風(fēng)化的泥質(zhì)粉砂巖時(shí)，其屬于軟巖，其具有石英含量低，巖層厚度薄，洞頂圍巖穩(wěn)定性差等特點(diǎn)。當(dāng)鉆孔附近有斷層時(shí)其屬于硬質(zhì)巖，于是盾構(gòu)施工時(shí)需要時(shí)刻注意巖石軟硬變化，制定遇到不同巖石軟硬程度的解決措施。其次，要考慮刀盤易結(jié)泥餅等問(wèn)題，要根據(jù)施工所在地河床下地層土質(zhì)進(jìn)行具體分析，如其中黏土粒、細(xì)顆粒比重高，可推測(cè)在具體掘進(jìn)進(jìn)程中，刀盤沖擊有可能形成泥餅。從而影響刀盤的有效開(kāi)口率，使出土量難以計(jì)算，導(dǎo)致施工異常。第三，要考慮橋的安全問(wèn)題。具體掘進(jìn)中，如何提高對(duì)盾構(gòu)機(jī)的控制是一大關(guān)鍵。如對(duì)土倉(cāng)內(nèi)土壓控制不當(dāng)，會(huì)對(duì)上層結(jié)構(gòu)造成不利影響，表現(xiàn)為造成表面隆起或者下沉，帶來(lái)安全問(wèn)題。同時(shí)，引起橋樁失穩(wěn)，周圍土體可能會(huì)在水壓之下沖入土倉(cāng)，使得土倉(cāng)壓力激增，存在爆倉(cāng)的巨大隱患，或?qū)е聡娪康陌l(fā)生。最后，要考慮監(jiān)測(cè)難度，在施工中及時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，其難點(diǎn)在于輸水隧洞位置特殊，監(jiān)測(cè)布點(diǎn)難度較大，因此需要考慮合適的監(jiān)測(cè)儀器，提高工人操作水平，從而保證測(cè)量精度，如圖1所示。

2 施工方案

在制定施工方案之前，需要明確總體施工思路，預(yù)設(shè)參數(shù)等，并在施工中開(kāi)展有效監(jiān)測(cè)，邊施工邊調(diào)整，以此提高施工質(zhì)量。

（1）基礎(chǔ)設(shè)備的選擇。根據(jù)土質(zhì)選好盾構(gòu)機(jī)是施工的關(guān)鍵。一般來(lái)說(shuō)，盡管巖石軟硬有變化，但根據(jù)國(guó)內(nèi)土壤質(zhì)量分析，盾構(gòu)區(qū)間需要穿越的主要為中強(qiáng)度風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖地層，以及局部的粗砂、礫砂地層。所以，在盾構(gòu)機(jī)的選擇上應(yīng)首要考慮其掘進(jìn)能力，以及其是否在硬巖和軟巖層中都具有作業(yè)能力。其次是考慮密封性，盾構(gòu)機(jī)需要具備良好的密封性能，孔隙不漏水且承壓能力強(qiáng)。同時(shí)，保壓泵渣功能以及土壓平衡功能要確保性能良好。掘進(jìn)施工中遇到的巖石強(qiáng)度大，因此對(duì)盾構(gòu)機(jī)的耐磨性有較高要求。最后，盾構(gòu)機(jī)還應(yīng)具備高精確度的控制能力，以保證線路方向的正確性。同時(shí)，在確定盾構(gòu)機(jī)后，需要明確刀盤道具，做好其規(guī)格和數(shù)量的選擇[2]。

（2）施工參數(shù)的預(yù)設(shè)。根據(jù)前期分析現(xiàn)將參數(shù)調(diào)整如下：土壓力1bar;刀盤扭矩≤2000 kN·m;推力≤1500 t;刀盤轉(zhuǎn)速1.0～1.3r/rain;推進(jìn)速度20～30mm/min;出土量≤68m3;上部土壓波動(dòng)范圍±0.1 bar。以上參數(shù)均為初步盾構(gòu)參數(shù)，最終還需要通過(guò)施工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果指導(dǎo)盾構(gòu)掘進(jìn)施工參數(shù)的改進(jìn)。

（3）明確掘進(jìn)模式。分析穿越的地理環(huán)境，根據(jù)地質(zhì)土質(zhì)，建筑物情況以及周邊環(huán)境，選擇合適的掘進(jìn)模式。一般至少需要兩種模式。第一種是針對(duì)軟層土質(zhì)的，即使用土壓平衡模式，另一種是針對(duì)硬巖土質(zhì)的，需要選擇半敞開(kāi)式模式。這兩種模式需要結(jié)合施工推進(jìn)的實(shí)際情況及時(shí)調(diào)整策略，同時(shí)可穿插進(jìn)行，確保掘進(jìn)的科學(xué)合理。

（4）掘進(jìn)方向的控制與調(diào)整。盾構(gòu)機(jī)不可能完完全全的按照設(shè)計(jì)線路前進(jìn)，這是由地質(zhì)軟硬不一，存在坡度變換，工人操作不穩(wěn)定等原因造成的。盡管一定范圍內(nèi)的偏差是可以接受的，但當(dāng)偏差超過(guò)閾值限界會(huì)對(duì)隧道造成不利影響，嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致地表形態(tài)改變等問(wèn)題。因此，需要在掘進(jìn)開(kāi)始時(shí)就對(duì)軸線方向進(jìn)行合理把控。同時(shí)，在自動(dòng)模式的前提下，進(jìn)行人工測(cè)量以彌補(bǔ)技術(shù)盲區(qū)，兩者相互輔助進(jìn)行盾構(gòu)姿態(tài)監(jiān)測(cè)。其次，在選擇管片時(shí)，以質(zhì)量與精度為先，力求保持管片端面與計(jì)劃的掘進(jìn)方向的垂直。操作盾構(gòu)機(jī)行的方向和位置是其關(guān)鍵，只有對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格的姿態(tài)控制，才能確保順利掘進(jìn)。一般來(lái)說(shuō)，實(shí)際軸線與方案計(jì)劃的變差有一定的安全區(qū)間，其可以在安全區(qū)間內(nèi)設(shè)置預(yù)警線，觸達(dá)預(yù)警線后馬上實(shí)行糾偏，通過(guò)以上措施可以較為有效的確保掘進(jìn)方向的正確。但糾偏的過(guò)程不宜操之過(guò)快，防止糾偏過(guò)度。

（5）正確操作注漿。注漿可以分為同步注漿及二次注漿。前者是指在掘進(jìn)過(guò)程中，盾尾空隙形成時(shí)同步進(jìn)行填漿，為周圍巖體提供有力支撐。這是有效預(yù)防空隙的較好的做法，也可以有效控制出現(xiàn)的地表沉降等問(wèn)題。在同步注漿時(shí)需要選擇合適的漿液、注漿參數(shù)和注漿工藝。在盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)，盾尾形成空隙，及時(shí)填充空隙可穩(wěn)定地層，防止沉降，同時(shí)有利于隧道襯砌的防水。二次注漿是為了在掘進(jìn)過(guò)程中各環(huán)塊的同步推進(jìn)。因在同步注漿時(shí)，可能存在填漿量不足等問(wèn)題，因此通過(guò)管片預(yù)留孔，進(jìn)行再一次漿液填充可保證管片與圍巖間隙之間的充實(shí)，保護(hù)周圍建筑，減少安全事故。一般情況下，二次注漿采用水泥漿，但也存在使用水泥和水玻璃雙液漿的特殊情況[3]。

（6）渣土的改良。隨著施工的推進(jìn)，工藝和設(shè)備的負(fù)面影響或有可能導(dǎo)致發(fā)生泥餅的情況將會(huì)顯現(xiàn)，這需要提前做好預(yù)判和處理預(yù)案。為了確保盾構(gòu)機(jī)順利掘進(jìn)，可以借助外加劑改良土體，例如分散劑、高壓水、高分子材料等，使之接近更為理想的狀態(tài)。

3 施工監(jiān)測(cè)

（1）合理選取和設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)。在設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)之前，需要針對(duì)工程施工特點(diǎn)，對(duì)周邊環(huán)境進(jìn)行充分的調(diào)查和取證，并由專業(yè)人員編制專門的監(jiān)測(cè)方案。監(jiān)測(cè)方案通過(guò)論證后，需要建立嚴(yán)格的水平及沉降監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)，以便于及時(shí)掌握盾構(gòu)施工時(shí)和盾構(gòu)通過(guò)后，對(duì)周圍環(huán)境以及隧道的影響，做好數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)收集和分析。

（2）合理選取監(jiān)測(cè)設(shè)備。選取電子水準(zhǔn)儀DINI03和徠卡TS09，使用極坐標(biāo)的測(cè)量方法開(kāi)始施工監(jiān)測(cè)，全過(guò)程按照國(guó)家二等水準(zhǔn)測(cè)量執(zhí)行。在監(jiān)測(cè)中，為能夠保持監(jiān)測(cè)精度，儀器及后視基點(diǎn)均采用強(qiáng)制對(duì)中。

（3）合理推進(jìn)監(jiān)測(cè)過(guò)程。為提高監(jiān)測(cè)工作質(zhì)量，在開(kāi)展監(jiān)測(cè)前應(yīng)充分考慮應(yīng)急措施，制定應(yīng)急預(yù)案。在盾構(gòu)施工過(guò)程中派專人按照《城市軌道交通工程測(cè)量規(guī)范》對(duì)河流、橋梁進(jìn)行巡視，對(duì)一切跑氣、涌水或者沉降、隆起等異常現(xiàn)象進(jìn)行及時(shí)記錄，如果發(fā)生異常，必須第一時(shí)間做出應(yīng)急措施。此外，在隧道內(nèi)的監(jiān)測(cè)主要包括管片間滲漏水、錯(cuò)臺(tái)、管片破損以及滲漏水等情況，需要對(duì)這些情況認(rèn)真做好記錄。采取水平位移監(jiān)測(cè)，按照相關(guān)技術(shù)要求和監(jiān)測(cè)方法具體開(kāi)展相關(guān)工作。當(dāng)安全問(wèn)題產(chǎn)生并接近限定閾值時(shí)，必須加大監(jiān)測(cè)力度，并通過(guò)擴(kuò)大對(duì)比范圍，進(jìn)行進(jìn)一步的數(shù)據(jù)分析，采取必要措施控制不利影響。

4 結(jié)語(yǔ)

盾構(gòu)下穿河流及橋梁施工是地鐵工程施工過(guò)程中的一大難點(diǎn)。在施工過(guò)程中，需要注重參數(shù)的調(diào)整、盾構(gòu)機(jī)型和掘進(jìn)模式的選擇，以及注漿與渣土的改良，并按照相關(guān)要求規(guī)定，進(jìn)行施工監(jiān)測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整施工方案，做到邊施工邊調(diào)整，從而確保工程質(zhì)量和安全，確保整個(gè)施工過(guò)程中，不會(huì)出現(xiàn)任何滲漏、涌水等情況，同時(shí)確保橋梁的沉降與最大位移均在合理范圍之內(nèi)，使施工過(guò)程安全平穩(wěn)。

參考文獻(xiàn)

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[3]李明華，張娟.盾構(gòu)下穿橋梁及河流關(guān)鍵技術(shù)方案 [J].鐵道建筑，2015（7）：54-57.

收稿日期：2020-06-15

作者簡(jiǎn)介：謝強(qiáng)（1988—），男，四川成都人，本科，工程師，研究方向：水利水電施工管理。