盾構下穿既有地鐵高架橋施工技術探討

（天津國際工程建設監理有限公司，天津市，300010） 余增暉

1 工程概況

1.1 區域位置

成都地鐵6 號線犀浦換乘站位于位于紅光大道、成都地鐵2號線犀浦高架橋線的西南側，車站結構外邊緣與成都地鐵2號線犀浦高架橋180#~183#橋墩并行，地鐵站主體結構邊緣至鐵路橋墩承臺邊緣的最小距離約11.99m，順鐵路橋方向的樁邊緣至鐵路橋墩承臺邊緣的最小距離為10.79m。地鐵3號線犀浦高架橋建成于2009年，上部結構為32.7m的簡支梁橋，下部為三柱式混凝土墩，每墩下設6 根DN1250mm 摩擦樁，樁長為31m。6 號線采用盾構法施工，隧道線間距為21.26m，盾構隧道邊緣與鐵路橋墩樁基礎邊緣最小凈距為5m，盾構的管片外徑為6m，內徑為5.4m，管片厚度為0.3m，管片幅寬為1.5m。盾構工程區域位置關系關系示意見圖1。

圖1 區域位置關系示意

1.2 工程地質

擬建6 號線地鐵車站地面標高在533.59m～535.70m，高差2.11m，地貌單元為岷江水系Ⅰ級階地。車站范圍上覆第四系全新統人工填土（Q4ml），其下為第四系全新統沖洪積層粉質黏土<2-2>、細砂層<2-4>及卵石<2-9>。

人工填土層（Q4ml）：勘察范圍內人工填土層廣泛分布，主要為雜填土，局部為素填土。

粉質黏土<2-2>：灰褐、黃褐色，可塑，局部硬塑，主要由黏粒組成，含少量粉粒，手搓捻略有砂感，稍有光澤反應，無搖振反應，干強度中等，韌性中等。該層在場地內30 個鉆孔揭露，層厚0.50～2.50m，層頂標高530.86～534.20m，層底標高530.11～531.90m，埋深0.90～3.40m。標貫實測擊數平均值N=9.0 擊/30cm。壓縮模量為5.85MPa，壓縮系數為0.30MPa，為中等壓縮性土。

細砂層<2-4>：青灰色～灰黃色，濕～飽和，松散，主要成分為長石、石英、次為云母，局部夾少量卵石。該層場地內局部分布于鉆孔中的卵石土上部，共有6 個鉆孔揭露。標貫實測擊數N=5.3 擊/30cm。 層厚0.50～0.90m，層頂標高530.42～531.90m，層底標高529.72～531.40m，埋深為2.30～4.40m。

卵石<2-9>：褐灰色、淺灰色，濕～飽和，稍密～密實為主，卵石成分以砂巖、石英砂巖、灰巖及花崗巖等為主。磨圓度較好，以亞圓形為主，少量圓形，分選性差，中風化～微風化。卵石含量一般50～80%，粒徑以2～15cm為主，最大粒徑達25cm，漂石含量小于10%，漂石最大粒徑為60cm，充填物主要為細、中砂及圓礫。按卵石顆粒含量和N120 動力觸探將其分為松散卵石、稍密卵石、中密卵石、密實卵石四個亞層。

1.3 水文地質

地表水：擬建工程區東北方向有一條配套溝渠馮家堰，河寬4.5m，深約為3.5m，河水深約2.5m，河內水面坡降不大，地表水與地下水水力聯系較弱。地下水：一是賦存于黏性土層之上填土層中的上層滯水，水量變化大，且不穩定；二是第四系砂、卵石層的孔隙潛水，賦存于卵石層中，其水量較大、水位較高。實測地下水位埋深5.70～7.70m，pH=7.30～7.50，中性水，礦化度410.0～454.4mg/l。

2 總體施工技術方案

為保證盾構能順利通過成都地鐵2號線犀浦高架橋橋墩，在盾構側穿橋墩前需使用Φ108 鋼管隔離樁對樁體周邊土體進行隔離并在加固體內側0.3m范圍打設袖閥管注水泥-水玻璃雙液漿[1]，防止盾構通過時水體流失引起地層擾動破壞樁體摩擦力。然后進行盾構掘進施工，最后再采用豎向袖閥管和大管棚對接收端頭土體進行加固，同時在接收井安裝鋼套筒完成盾構接收和洞門注漿封堵。

3 關鍵施工技術

3.1 盾構接收端地層固措施

接收端頭土體加固范圍：加固水平方向范圍為接收端圍護結構往大里程方向10m×隧道結構邊各3m，加固豎向方向范圍為盾構隧道拱頂以上3m 和隧道結構底部1.5m，部分加固深度為10m。土體加固采用袖閥管注雙漿液加固，注漿孔的間距為縱向×橫向=1m×1m，呈梅花型布置，注漿孔開孔直徑為108mm，終孔直徑為90mm，擴散半徑為1m，孔口管的直徑為76mm，孔口管的壁厚為4mm，袖閥管由Ф48mmPVC 外管、6 分鍍鋅注漿內管、橡皮套、密封圈等結構組成[2]。盾構洞門加固段采用大管棚＋管棚內注漿方式加固，管棚直徑為108mm，壁厚為6mm，長度為15m，布置于拱頂120°范圍內，換向間距大小為0.4m。

在施工過程中應注意以下幾個關鍵事項：①袖閥管上口應露出地面0.2m，在地面1m 以下位置采用砂或碎石進行填充，采用速凝水泥砂漿對孔口周圍0~1m 深范圍內的土體進行快速封堵，以防止注漿過程中出現冒漿現象；②鉆孔和注漿順序：均為先外圍，后內部，同一排間隔施工，以達到一序外圍成墻、二序內部壓密的目的，一般巖層采用后退式注漿，當巖層較為破碎時，采用前進式注漿，水泥漿水灰比為1:1；③注漿結束標準：當達到設計注漿壓力（0.2~0.4MPa）或者注漿量超過設計注漿量的80%以上時可結束注漿施工；④在開挖輪廓線范圍內打設5 個檢查孔（其中上部2個，左、右、底部各1 個），每個檢查孔的直徑為11cm，長度為7m，檢查孔的平均出水量要求<0.2L/min，在1MPa 壓力作用下的吸水量<2L/min，加固體的平均抗壓強度≥1MPa，加固體滲透系數≥1×10-6/cm/s。

3.2 盾構側穿掘進施工

按照“控制欠壓、充分注漿、深層量測、主動防護”的整體原則進行盾構側穿掘進施工，每一環的出土量必須控制在56m3以內，盾構軸線控制偏離設計軸線不大于±20mm，盾構機前點每次糾偏小于3mm，為保證推進方向的精確性，每10m（8環左右）進行一次人工測量，從而及時調整盾構參數和姿態。

為了減小和防止盾構掘進施工過程中地面沉降情況發生，要在脫出盾構后的襯砌背面環形建筑空隙中盡快填充足量的漿液材料，需要先后對隧道進行同步注漿和二次注漿。同步注漿采用惰性漿液，同步注漿實行雙控原則，即注漿壓力需要保持≥1.5bar，注漿量需保持≥6m3，同步注漿壓力宜控制在0.1~0.3MPa。二次注漿采用雙漿液材料，要求其稠度為12.5~13cm，比重為1.43~1.9g/cm3，結石率>97%，凝膠時間<4h，，二次注漿壓力宜控制在0.8~1.0MPa，當盾構隧道圍巖比較破碎時，為了盡快早日建立高粘度，需將漿液的凝膠時間調整至1~4min。

在盾構通過成都地鐵2 號線犀浦高架橋后，當出現管片錯臺和地面沉降量超限時，需要進行洞內徑向加固注漿，注漿范圍為管片外邊緣向外延伸3m。洞內徑向加固注漿采用水泥單槳液，水灰比為1:1，注漿壓力宜控制在0.5MPa以內，注漿管為直徑42mm，厚度3.5mm，長2m 的無縫鋼管，在注漿管底部2.2m 范圍內設置直徑為4mm 的溢漿孔，孔間距大小為15cm，呈梅花型布置。花管在下管之前將溢漿孔用貼片或者膠布粘貼封孔，施工結束后注漿孔采用微膨脹水泥封堵。

3.3 鋼套筒安裝及檢測

鋼套筒安裝主要分為筒體部分安裝、后端蓋安裝以及反力架安裝[3-4]。

3.3.1 筒體部分安裝

為了避免洞門施工時造成混凝土缺陷，在車站洞門內預埋一環形鋼套簡，鋼套簡的長度為10.5m（其中筒體部分長度為9.6m），直徑為6.62m，長度與車站結構混凝土厚度一致，在套筒內環形預留兩排Φ22mm鋼筋孔，用于插入鋼筋加強與車站結構的整體性。鋼套簡筒體部分分三段，每段分為上下兩半圓，均采用16mm 厚的鋼板，為保證筒體剛度，每段筒體外周焊接縱、環向筋板（筋板厚20mm，高150mm，間隔約550×600mm），筒體與筒體之間以及上下兩半圓接合面均焊接圓法蘭（厚度為24mm 的鋼板），并采用M30、8.8級螺栓連接，中間加3mm厚橡膠墊。每段筒體下方均設置三件托架，托架承力板和底板用24mm 厚鋼板，筋板用20mm 厚鋼板，底部用200×200mm工字鋼焊接成為一個整體。

3.3.2 后端蓋安裝

后端蓋由冠球蓋和平面環板組成，均采用30mm 厚鋼板，安裝后端蓋時應在地面上把這兩部分連接好再吊下井，后蓋板與冠球蓋之間加6mm厚的橡膠板后用M30 螺栓(8.8 級)上緊在鋼套筒后法蘭上，后端蓋在地面上將橢圓蓋板與后蓋板連接緊固后與第3節連接法蘭連接。

3.3.3 反力架安裝

反力架緊貼鋼套筒后蓋，但不與冠球接觸，通過內外2 排M30 的壓緊螺桿傳遞力，這樣可以通過調整各顆螺桿的長度來更好地保證到反力架各處都能與后端蓋頂緊，消除因平面貼不緊造成受力不均的情況。反力架上下位均布4根l0寸鋼管與洞口墻體頂緊，兩側中的一側均布三根l0寸鋼管與洞口墻體頂緊，另側用兩根直徑500mm鋼管斜支撐。

鋼套筒安裝完成后，向鋼套簡內填充M砂漿至完全充滿鋼套筒，然后對各個連接部位進行檢測，重點檢測部位包括兩個：①洞門環板與鋼套筒的連接位置，最大允許變形量為1.52mm；②后蓋橢球體的中心圓點位置（整個鋼套筒受壓最大的位置），最大允許變形量為5mm。

3.4 盾構機到達掘進

①盾構機到達前：盾構機接觸到端頭維護樁后，以2d/次的頻率監測地面沉降情況，在到達前30環，對盾構姿態和軸線進行調整。②碰壁前推進設置：在即將碰壁之前，盾構速度放緩至20mm/min，推力控制在12 000kN 以下，在碰壁前0.5m 時，繼續放緩盾構速度至5mm/min以下，推力控制在10 000kN以下，刀盤轉速控制在1.5r/min以下；③出洞推進設置：盾構速度控制在10mm/min 以下，推力控制在10000kN 以下，刀盤轉速控制在1.5r/min 以下，同時為了防止盾構機載頭，將盾構機機頭沿軸線方向略抬高2~3cm；④進鋼套筒掘進參數設置：盾構速度控制在5mm/min以下，推力控制在7 000kN以下，中心線偏差控制在2cm 之內，在盾尾通過圍護樁后，需要對盾尾部位的管片注雙液漿，注漿量為管片與洞門和隧道間隙的180%。

4 結語

通過注漿加固、管棚加固、鋼套管接收技術以及嚴格控制盾構機的掘進速度、推力大小和轉盤速度，從而達到減小盾構穿越造成地表沉降的目的，通過采取上述技術措施，不僅達到了橋樁保護的效果，而且在減小地層擾動的情況下提升了工程的抗滲能力和整體性，大大縮短了施工工期，保障了既有線路的行車安全。