地鐵盾構(gòu)近樁穿越病害橋梁施工技術(shù)

郭茶發(fā)

(中鐵十七局集團(tuán)第六工程有限公司　福建福州　350000)

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地鐵盾構(gòu)近樁穿越病害橋梁施工技術(shù)

郭茶發(fā)

(中鐵十七局集團(tuán)第六工程有限公司福建福州350000)

基于長(zhǎng)沙地鐵1號(hào)線2標(biāo)段北辰三角洲站～開(kāi)福寺站區(qū)間盾構(gòu)近樁穿越湘江二橋東引橋的工程實(shí)例，采用數(shù)值模擬方法對(duì)穿越情況進(jìn)行分析。分析結(jié)果表明：盾構(gòu)穿越過(guò)程中通過(guò)注漿固結(jié)透水地層、施作整體鋼筋混凝土筏板基礎(chǔ)、并加強(qiáng)掘進(jìn)參數(shù)控制及測(cè)量監(jiān)控等措施，可控制橋樁最大沉降為17mm，并減少不均勻沉降(最大差異沉降為6.3mm)，以及地面最大沉降為19mm。

長(zhǎng)沙地鐵1號(hào)線；盾構(gòu)穿越；病害；橋樁；沉降

0　引言

隨著社會(huì)的發(fā)展，我國(guó)許多城市開(kāi)始了地鐵工程建設(shè)，其中區(qū)間隧道絕大部分采用安全可靠的盾構(gòu)法施工。盾構(gòu)通過(guò)時(shí)，如何保證建(構(gòu))筑物的安全可靠，成為地鐵隧道施工中一項(xiàng)重要技術(shù)。本文結(jié)合長(zhǎng)沙地鐵1號(hào)線北辰三角洲站～開(kāi)福寺站區(qū)間盾構(gòu)順利穿越湘江二橋東引橋的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)施工技術(shù)進(jìn)一步加以總結(jié)，以供類(lèi)似工況施工提供借鑒。

1　工程概況

北辰三角洲站～開(kāi)福寺站區(qū)間，線路出北辰三角洲站后沿規(guī)劃縱二路向南行進(jìn)，下穿湘江二橋東引橋，沿規(guī)劃黃興北路繼續(xù)向南行進(jìn)，到達(dá)開(kāi)福寺路與規(guī)劃黃興北路交叉路口南面的開(kāi)福寺車(chē)站。

盾構(gòu)區(qū)間線路在東引橋橋墩基礎(chǔ)間穿過(guò)，湘江二橋東引橋橋墩下采用直徑1.5m的鉆孔灌注樁。樁長(zhǎng)約19.5m。在最不利斷面處，左線線隧道與樁水平最小凈距約為2.97m，右線隧道與樁水平最小凈距約為2.53m，此處區(qū)間覆土厚度約17m。湘江二橋東引橋與盾構(gòu)位置關(guān)系詳見(jiàn)圖1。

北辰三角洲站～開(kāi)福寺站區(qū)間右線下穿湘江二橋東引橋，該處橋跨梁片已經(jīng)采用貝雷梁進(jìn)行了支撐，梁片正在檢修。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)詳細(xì)調(diào)查，湘江二橋東引橋梁片跨度為16m，東西走向，單塊梁片寬度為1m，東引橋橋面由13片梁組成，從南往北方向，第4片～第8片共計(jì)5片梁均采用貝雷梁進(jìn)行支撐。地面橫向設(shè)置三道貝雷梁，每道貝雷梁設(shè)置三層，縱向設(shè)置二道貝雷梁，每道貝雷梁設(shè)置一層。貝雷梁上面采用工字鋼進(jìn)行支撐，工字鋼上墊片有脫落現(xiàn)象。據(jù)調(diào)查了解該處梁片有破損和斷裂現(xiàn)象，詳見(jiàn)圖2。

盾構(gòu)下穿湘江二橋東引橋，橋樁附近區(qū)間主要穿越地質(zhì)為(13-1-2)強(qiáng)風(fēng)化板巖、(13-1-3)中風(fēng)化板巖，上部覆土地質(zhì)為(1-2-1)雜填土、(1-2-2)素填土、(1-6)粉質(zhì)粘土、(2-2)粉土、(2-9)卵石。

本區(qū)間周邊地表水發(fā)育，西邊距湘江河0.5km，地形較平坦，地貌屬湘江河高漫灘及Ⅰ級(jí)沖積階地，區(qū)間地下水位與地表水水力聯(lián)系密切，水位受河水位影響大。每年隨豐水期、枯水期年變化幅度約2.00～4.00m，具承壓性。

2　數(shù)值模擬分析

為避免危重大風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生，設(shè)計(jì)單位提前采用有限元軟件Ansys10.0進(jìn)行了數(shù)值模擬分析[1]。進(jìn)行數(shù)值模擬時(shí)做如下假定：(1)土體為DP材料，忽略構(gòu)造應(yīng)力，只考慮自重應(yīng)力場(chǎng)；(2)將土層簡(jiǎn)化成均質(zhì)水平狀分布，并視為理想的彈塑性材料；(3)盾構(gòu)C50管片為線彈性材料；(4)在土體和管片之間施加一定厚度的實(shí)體單元來(lái)模擬注漿作用；(5)開(kāi)挖過(guò)程中，掘進(jìn)壓力為均布荷載，沿開(kāi)挖面均勻布置。

2.1建模及參數(shù)

注漿層、管片、巖體均采用實(shí)體SOLID45單元來(lái)模擬；管片內(nèi)徑為5 400mm，管片厚度為300mm。計(jì)算模型計(jì)算模型尺寸為120m×40m×60m，其中水平x方向?yàn)?20m,豎直y方向計(jì)算尺寸為40m, z方向計(jì)算尺寸為60m。計(jì)算模型的位移邊界條件：計(jì)算模型的左右兩側(cè)邊界x=60m與x= -60m施加x方向位移約束；上邊界無(wú)位移約束，下邊界施加y方向位移約束，而前后邊界z=30m與z= -30m施加z方向位移約束，土體采用摩爾庫(kù)倫模型；有限元模型如圖3所示。

2.2沉降分析

由Ansys云圖4～6可知，盾構(gòu)穿越過(guò)程中重點(diǎn)控制y方向位移值(即沉降值)為施工難點(diǎn)。

由圖4、圖5可知，盾構(gòu)下穿湘江二橋東引橋引起地面最大沉降為19mm；由于隧道中線離各橋樁距離不一致，導(dǎo)致相應(yīng)的橋面、橋樁節(jié)點(diǎn)不同程度上的偏壓受力，進(jìn)而使其沉降反應(yīng)不一致；盾構(gòu)穿越施工時(shí)，地面沉降影響范圍以隧道中心軸線近似呈對(duì)稱(chēng)分布，且離隧道中心越遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)沉降越小。

由圖6可知，盾構(gòu)下穿湘江二橋東引橋引起橋樁可能的最大沉降為17mm，最大差異沉降為6.3mm。

3　盾構(gòu)施工主要技術(shù)措施

3.1總體思路

施工措施主要針對(duì)盾構(gòu)下穿湘江二橋時(shí)，地面沉降對(duì)支撐系統(tǒng)、墩柱、橋面系的影響，以及因間距較小，隧道對(duì)樁基的影響兩個(gè)方面控制，由于隧道斷面位于巖層，且隧道上方、側(cè)面均有2m以上巖層分布，上述影響都不明顯，考慮梁體損壞，采取貝雷片支撐系統(tǒng)保護(hù)，且該支撐系統(tǒng)直接立于地表上，地面沉降對(duì)支撐系統(tǒng)影響較大。為此，采用的辦法主要為盾構(gòu)推進(jìn)控制為主，并采取地層加固措施、地面筏板基礎(chǔ)保證地面沉降處于可控狀態(tài)。

3.2盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)控制[1,2]

盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中采取勻速、低推力、低扭矩掘進(jìn)，減少盾構(gòu)掘進(jìn)對(duì)地層的擾動(dòng)，消除對(duì)橋梁樁基的影響；控制同步注漿壓力和注漿量，及時(shí)跟進(jìn)二次注漿，確保隧道施工質(zhì)量；必要時(shí)采取自盾體徑向注漿孔灌注惰性漿液，控制盾體上方土體坍塌。

由于本段地層與前期施工地層有相似之處，為此，穿越階段的參數(shù)設(shè)定以前階段掘進(jìn)參數(shù)作為參考。在總結(jié)以往參數(shù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)板巖地層的巖體性狀，穿越時(shí)采取土壓平衡模式掘進(jìn)，倉(cāng)內(nèi)土位保持二分之一倉(cāng)至三分之二倉(cāng)，以加氣保壓輔助，倉(cāng)內(nèi)上部壓力設(shè)定為1.1bar～1.2bar，倉(cāng)內(nèi)平均壓力1.5bar左右，盾構(gòu)穿越階段掘進(jìn)參數(shù)控制如下表1。

表1　穿越時(shí)擬定掘進(jìn)參數(shù)表

3.3盾構(gòu)覆土注漿加固

由于隧道拱頂存在圓礫、卵石等透水地層，為此，采取袖閥管注漿方式提前固結(jié)圓礫、粉土等透水層，以及強(qiáng)風(fēng)化板巖內(nèi)裂隙，形成隔水保護(hù)層，消除隧道掘進(jìn)對(duì)地下水分布的影響，防止透水層坍塌。

湘江二橋縱向加固范圍為橋墩向南、北向各3m，左線為盾構(gòu)外輪廓線橫向以東3m，外輪廓線以北2m；右線為盾構(gòu)外輪廓線橫向以東1.8m，外輪廓線以北3m，單洞平面加固尺寸為15m*11m。深度加固范圍為粉土層以上1m，以下加固至隧道拱頂，加固深度約6m。按800mm×800mm梅花型均勻布設(shè)袖閥管孔，袖閥管注漿擴(kuò)散半徑不小于500mm，湘江二橋加固平面布置圖見(jiàn)圖7，斷面圖見(jiàn)圖8。

在盾構(gòu)開(kāi)挖面頂面進(jìn)行注漿加固，目的是對(duì)開(kāi)挖面頂部的粉土和圓礫的透水層進(jìn)行隔離，保證盾構(gòu)開(kāi)挖過(guò)程中的地面沉降不超過(guò)允許值。并將右線盾構(gòu)靠近E14號(hào)橋樁的加固范圍向下延伸至中風(fēng)化板巖頂面，起到隔離樁的作用，隔離盾構(gòu)開(kāi)挖過(guò)程中的擾動(dòng)對(duì)E14號(hào)橋樁的影響，保證盾構(gòu)開(kāi)挖過(guò)程中E14號(hào)橋樁的樁周摩擦力不產(chǎn)生損失。

3.4設(shè)置鋼筋混凝土筏板

現(xiàn)澆筏板基礎(chǔ)，包裹住貝雷片支架，將貝雷片和砼筏板基礎(chǔ)形成框架整體，使其支撐系統(tǒng)具備穩(wěn)定的基礎(chǔ)，有效抵抗地基不均勻沉降，將局部沉降轉(zhuǎn)化為均勻沉降，降低風(fēng)險(xiǎn)。

筏板基礎(chǔ)尺寸橫向長(zhǎng)為16 211mm ，縱向?qū)挒?5 000mm，基礎(chǔ)板厚為600mm，主要采用鋼筋型號(hào)有Φ20和Φ10二種，筏板配筋采用雙層雙向20@150，拉筋采用Φ10@600*600。

3.5加強(qiáng)測(cè)量監(jiān)控

加強(qiáng)橋面、墩柱、貝雷梁支撐系統(tǒng)、地面以及洞內(nèi)的沉降監(jiān)測(cè)，用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)指導(dǎo)盾構(gòu)掘進(jìn)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)解決。

(1)監(jiān)測(cè)嚴(yán)格按照GB12897-2006國(guó)家二等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范執(zhí)行。沉降點(diǎn)間距和復(fù)測(cè)周期按照國(guó)家《城市測(cè)量規(guī)范》等規(guī)范執(zhí)行。橋梁保護(hù)按照業(yè)主、管理單位要求或按國(guó)家相關(guān)規(guī)范執(zhí)行。詳見(jiàn)表2。

表2　沉降監(jiān)控表

(2)盾構(gòu)到達(dá)建筑物前30m，盾構(gòu)通過(guò)及盾構(gòu)通過(guò)后的兩個(gè)星期內(nèi)，對(duì)地表沉降及建筑物傾斜、不均勻沉降、裂縫開(kāi)展情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

(3)監(jiān)測(cè)頻率每天監(jiān)測(cè)兩次，盾構(gòu)通過(guò)兩個(gè)星期后，當(dāng)監(jiān)測(cè)數(shù)值顯示已趨于穩(wěn)定，可每1～2d監(jiān)測(cè)一次，如監(jiān)測(cè)數(shù)值異常應(yīng)加大監(jiān)測(cè)頻率。

4　實(shí)施效果檢測(cè)[3]

本次盾構(gòu)穿越，各項(xiàng)掘進(jìn)參數(shù)及指標(biāo)正常，出土量、注漿量都得到較好控制。穿越當(dāng)天和穿越2周后的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)(表3)顯示，各項(xiàng)檢測(cè)值都在允許范圍內(nèi)，盾構(gòu)機(jī)安全、順利完成穿越施工。監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面布置詳見(jiàn)圖10。

表3　YDK645測(cè)量監(jiān)控點(diǎn)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)穿越前后對(duì)比表

圖10監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面布置圖

5　結(jié)論

(1)施工前首先采取數(shù)值模擬方法提前對(duì)穿越引橋的沉降情況進(jìn)行分析，為下階段制定措施提供有力的理論支持。

(2)為保證橋樁周邊土體摩阻力不受到損失，需要采取注漿固結(jié)透水地層。

(3)為確保病害梁片支撐體系的穩(wěn)定，可采取設(shè)置整體鋼筋混凝土筏板基礎(chǔ)消除不均勻沉降。

(4)施工前應(yīng)認(rèn)真分析并結(jié)合同類(lèi)地層施工經(jīng)驗(yàn)針對(duì)性調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)加以控制。

(5)過(guò)程中通過(guò)信息化監(jiān)控量測(cè)手段實(shí)時(shí)指導(dǎo)盾構(gòu)施工，以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)管理要求，保證實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)隧道成功近樁穿越病害橋梁。

[1]關(guān)寶樹(shù). 隧道工程施工要點(diǎn)集[M].北京:人民交通出版社,2003.

[2]周文波. 盾構(gòu)法隧道施工技術(shù)及應(yīng)用[M].上海:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2004.

[3]GB50446-2008 盾構(gòu)法隧道施工與驗(yàn)收規(guī)范[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2008.

Metro Shield near piles crossing diseased bridge construction technology

GUOChafa

(China Railway seventeen bureau group Sixth Engineering Co., Ltd., Fuzhou 350000)

Based on the Changsha No.1 Metro Line Section 2 of North Star Delta Station - Kaifu Temple station interval shield close to the pile through East Xiangjiang bridge approach engineering examples, using numerical simulation method of through the analysis. Analysis results show that the shield tunneling process through grouting consolidation permeable stratum, applied for monolithic reinforced concrete raft foundation, and strengthen the tunneling parameters and measurement monitoring measures, Can control the pile maximum settlement is 17cm and reduce uneven settlement (maximum difference settlement 6.3mm), and the maximum ground settlement is 19mm.

Changsha No.1 Metro Line; Shield Crossing; Diseases; Bridge pile; Settlement

郭茶發(fā)(1983.11-)，男，工程師。

E-mail:1762363763@qq.com

2016-04-25

TU74

A

1004-6135(2016)06-0088-04