地鐵盾構隧道極限超近距離側穿橋梁樁基實例研究

夏松林，向功興，雷山川，劉佳申

（1.武漢地鐵集團有限公司，湖北 武漢 430000；2.長江勘測規(guī)劃設計研究有限責任公司，湖北 武漢 430000；3.中鐵一局集團有限公司城市軌道交通工程有限公司，江蘇 無錫 214100）

隨著我國經濟的高速發(fā)展，綜合國力不斷提升，城市化建設不斷推進，地鐵作為具備安全、快捷、高效、環(huán)保等特點的交通方式，是許多大城市解決城市交通問題的首選方案[1]。由于我國地鐵建設起步較晚，建設中常常出現地鐵區(qū)間于其他建筑物相距較近，需要采取特別技術措施的情況[2]。對此，文章以武漢某地鐵盾構隧道超近距側穿橋梁樁基為例，通過綜合分析設計、施工中的關鍵點，制定安全可行的技術方案。

1 工程概況

本區(qū)間右線隧道盾構從車站始發(fā)后沿道路向東前行，側穿二環(huán)線大橋樁基，繼而下穿港渠后繼續(xù)沿道路南側前行，最后到達盾構接收站。區(qū)間里程范圍為右DK20+320.108～右DK21+741.958，線路全長為1421.980m（含長鏈0.130m），區(qū)間隧道埋深為9.8～17.3m，與左線隧道線間距為11.7～36.1m，區(qū)間掘進需穿越橋樁達10次，其中DK21+255處隧道距明渠地面橋橋樁圖紙距離僅0.32m，距二環(huán)線匝道橋橋樁圖紙距離為0.59m。

本區(qū)間位于長江1級階地，盾構機穿越地層主要為（3-5）粉砂、粉土、粉質黏土互層、（4-1）粉砂夾粉土、（4-2）粉細砂和（4-3）細砂。盾構沿線地下水主要類型有上層滯水、孔隙承壓水、碎屑巖裂隙水和巖溶裂隙水等，孔隙承壓水對本標段的影響最為突出，承壓水測壓水位絕對標高一般為15.0～20.0m（黃海高程），與長江、水有密切水力聯系，呈壓力傳導互補關系。

區(qū)間下穿管線較多，主要包括φ2000排水管、φ600污水管、φ325中壓燃氣、φ1200給水管、φ1400給水管、電力管線等。

明渠橋梁：橋梁為2×21m鋼混組合連續(xù)梁，兩側橋臺為輕型橋臺。橋臺樁基為兩根φ1500mm的鉆孔灌注樁，樁長50m，樁底位于中風化膠結泥質粉砂巖。

二環(huán)線匝道橋：盾構側穿處橋梁為四跨預應力混凝土連續(xù)箱梁橋，樁基為四樁承臺，樁基為四根φ1500mm的鉆孔灌注樁，樁長65m，樁底位于中風化膠結泥質粉砂巖。

2 穿越橋樁關鍵位置設計思路

2.1 加固方式選取

由于右線DK21+255處明渠地面橋樁和二環(huán)線匝道橋樁均位于明渠河邊的護坡處，樁基承臺均埋置在土下2m深處，地面加固可能需要對橋樁承臺部位開挖，從而會影響橋梁自身的穩(wěn)定性和安全性，且防汛期預加固整體條件較差。由于盾構隧道與橋梁樁基距離較近，加固過程本身對土體擾動較大，同時承臺對橋樁的遮擋，對樁基實施側壁密貼加固施工難度和風險均較大。因此，未采取通常使用的地面加固方案，以洞內注漿加固、同步注漿和二次注漿（補償注漿）以及盾構施工控制等措施來保證穿越的安全，如圖1所示。設計在側穿橋梁樁基區(qū)段全部采用加強型襯砌管片，管片配筋加強，同時在管片共增加了10個注漿孔，確保通過注漿能夠將盾構背后間隙填充密實，也可以通過注漿孔對隧道與橋樁臨近范圍地層進行補償注漿，以減小隧道施工引起的地面沉降和工后沉降。

圖1 側穿橋梁段特殊管片注漿示意圖

2.2 橋樁受力復核

為了復核擬建盾構區(qū)間隧道掘進對二環(huán)匝道高架橋、明渠地面橋的影響，根據隧道結構與橋梁樁基及承臺的空間關系，采用midas GTS軟件建立了三維整體有限元模型進行仿真分析，如圖2所示。整體模型中包含了既有的二環(huán)匝道高架橋、羅家港地面橋、巖土層，模型底部約束Z方向位移，模型前后兩面約束Y方向位移，模型左右兩面約束X方向位移，模型計算區(qū)域為長300m、寬250m的范圍，土層計算深度為60m。

圖2 盾構隧道與明渠地面橋、二環(huán)線匝道橋的相互關系實體模型

經計算復核，二環(huán)線匝道橋距離隧道最近的樁基最大沉降為2.2mm，承臺的最大差異沉降為0.6mm；明渠地面橋臨近隧道的橋臺樁基最大沉降為2.4mm，橋臺最大的差異沉降為2.3mm，上述數值均小于橋梁控制標準，滿足規(guī)范要求。盾構隧道施工后二環(huán)線匝道橋和明渠地面橋的樁基軸力較盾構施工前有小幅度減小，樁基彎矩較盾構施工前有小幅度增大。對增大的彎矩進行驗算，結果表明樁基抗彎承載能力滿足規(guī)范要求，且有較大的富裕度。

3 穿越橋樁施工技術措施

3.1 盾構機精度控制

本區(qū)間選用海瑞克S-1158盾構機，刀盤直徑為6400mm，隧道直徑為6200mm，因此在盾構刀盤距離橋樁最近理論距離約為0.22m，如圖3所示。

圖3 盾構刀盤與橋樁理論位置關系圖（單位：m）

本區(qū)間臨近橋梁樁基垂直度偏差≤1/100，根據隧道最寬處覆土深度計算橋樁最大垂直度偏差達0.19m[3]。因此，在考慮橋樁合理施工偏差后刀盤和橋樁距離最小處間距離應在0.03～0.41m，根據盾構導向系統誤差范圍，最不利狀態(tài)下盾構刀盤邊沿與橋樁相碰的風險較大。經設計單位確認，將線路水平位置向遠離最近點方向調整0.03m，確保刀盤距離橋樁最不利距離＞0.05m。

3.2 控制推進參數

（1）以盾構機距離橋樁前100m作為試驗段，總結分析土壓力、掘進速度、渣土量等參數，總結適合本區(qū)域施工參數，嚴格按照盾構參數控制。

（2）為保證盾構機安全順利通過，橋樁范圍內掘進速度控制在20mm/min以內，防止掘進速度過快，出現姿態(tài)突變。

（3）嚴格控制每環(huán)出土量，出土量不超過51m3，防止出現超挖現象。

（4）通過橋樁過程中，上部土壓力控制在0.15MPa，下部土壓力控制在0.3MPa左右。

（5）嚴格管控盾構機姿態(tài)，做好對操作人員的技術交底，每環(huán)人工復核導向系統數據，確保實際軸線偏差在±50mm以下[4]。

3.3 有效降低橋樁摩阻力損失措施

（1）刀盤到達橋樁影響范圍控制。盾構到達前采用膨潤土漿改良渣土，在土層空隙內形成泥膜，有效控制刀盤范圍內地層水土損失。

（2）盾構通過過程中控制。盾構機刀盤通過后采用中盾預留注漿口，壓注水泥漿，進行及時注漿，快速填充刀盤與盾構機殼間隙。

（3）盾構機通過后控制。盾構機管片脫出盾構機后，及時采用盾構機自帶同步注漿系統進行同步注漿，注漿量不少于6m3/環(huán)，注漿壓離控制在0.3～0.4MPa，有效調整填充管片壁后間隙。

（4）后續(xù)沉降控制。盾構機通過后隧道內采取二次注漿機補充注漿，將注漿壓力控制在0.4MPa左右，補充盾構通過地層后續(xù)沉降引起橋樁摩阻力損失[5]。

4 結束語

綜上所述，得出以下幾點結論：

（1）對盾構法極限超近距離穿越樁基時應對穿越橋樁實地放線，同時不應忽視橋樁施工及盾構施工的合理誤差，以明確樁基與盾構刀盤的相對位置關系，確保掘進線路安全。（2）對盾構超近距離穿越橋樁使橋樁周邊土體有明顯變化時，應對穿越全過程橋樁受力進行計算復核，并對加固方案進行論證比選，采取合理的地層加固補償措施，確保橋梁結構安全。（3）施工中應根據設計要求優(yōu)化盾構機施工參數，嚴格注漿補漿系統管理，減少超近距穿越對橋樁的摩阻損失，并加強導向系統復核，確保盾構機按設定線路推進。