盾構(gòu)隧道下穿城市老久立交關(guān)鍵技術(shù)研究

張偉

摘 要：盾構(gòu)隧道下穿城市已建老久立交會對立交橋產(chǎn)生極大的影響，因此在穿越前必須采取合理措施保證隧道穿越過程中立交橋的安全。該文以南昌軌道交通2號線學(xué)府大道-翠苑路站區(qū)間下穿豐和立交為背景，詳細(xì)介紹了盾構(gòu)下穿立交前的設(shè)計施工處理措施，以及盾構(gòu)穿越過程中的推進控制，為后續(xù)工程建設(shè)提供借鑒經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)隧道 立交橋 高壓旋噴樁 變形

中圖分類號：U231 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）04（a）-0084-03

南昌軌道交通2號線學(xué)府大道東站-翠苑路站區(qū)間隧道需下穿20世紀(jì)90年代建成的豐和立交，豐和立交由三座橋梁組成，其中區(qū)間在大約里程YDK29+519.53處穿越豐和立交1號橋，穿越長度為24 m。1號橋為三跨簡支梁橋，橋長42.06 m，橋面寬24 m（凈23 m+0.5×2 m防撞墻）。中跨為單箱五室箱梁結(jié)構(gòu)，梁高1.4 m，采用C40鋼筋混凝土；邊跨為40 cm厚搭板，采用C25鋼筋混凝土。1號橋橋面連續(xù)，梁高各處相等，頂?shù)装逡罉蛎鏅M傾斜，但箱梁及臺帽支座處局部調(diào)平，以使支座能鉛垂承壓。上部結(jié)構(gòu)為簡支體系，橋墩為柱式墩，橋臺為薄壁臺，基礎(chǔ)均為鉆孔灌注樁。該橋修建于1997年，運營時間較長，1號橋中間跨主梁，兩端表皮有開裂、剝落現(xiàn)象，在邊支座上部存在裂縫，裂縫寬度0.1～0.5 mm，且該位置存在少量滲漏水。橋邊跨臺身均存在裂縫現(xiàn)象，裂縫寬0.1～0.5 mm，每側(cè)臺身存在6條由上至下的裂縫。盾構(gòu)下穿時，易造成土體擾動，導(dǎo)致橋基礎(chǔ)產(chǎn)生不均勻沉降、結(jié)構(gòu)破壞失穩(wěn)等風(fēng)險。區(qū)間隧道與豐和立交相對關(guān)系見圖1。

1 區(qū)間所處工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

擬建場地位于贛江沖積平原區(qū)，擬建場地第四紀(jì)覆蓋層厚度小于20 m。勘探深度內(nèi)，場地地層由人工填土（Qml）、第四系全新統(tǒng)沖積層（Q4al）、下部為第三系新余群（Exn）基巖組成。按巖性及其工程特性，自上而下依次劃分為素填土、粉質(zhì)黏土、細(xì)砂、圓礫、礫砂、強風(fēng)化砂礫巖、中風(fēng)化砂礫巖。隧道掘進斷面主要位于圓礫、礫砂、強風(fēng)化砂礫巖、中風(fēng)化砂礫巖。為上軟下硬地層，根據(jù)勘察報告，地下水位埋深在地下2.10～4.30 m。

2 加固處理措施

區(qū)間隧道下穿豐和立交橋，豐和立交樁基礎(chǔ)距離隧道間距小，最小凈距離僅1.98 m，且主橋交通密度高，汽車運行的動載和震動對盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)安全有較大的影響。為確保豐和立交橋安全及盾構(gòu)推進的正常施工，盾構(gòu)推進達到前，對豐和立交橋預(yù)加固，此段加固施工共分為兩個階段進行，地下高壓旋噴樁隔離橋基礎(chǔ)加固與地上鋼支撐支撐主橋防沉降加固，見圖2。

因在富水砂層中掘進，地下水對盾構(gòu)隧道掘進影響極大，為了減少對立交橋影響，在區(qū)間隧道與立交橋基礎(chǔ)之間搭設(shè)兩排高壓旋噴樁，起到隔離水及加固土體的作用，減少盾構(gòu)施工對橋梁基礎(chǔ)的影響。同時為了確保橋面在盾構(gòu)推進時變形可控，靠近橋樁處每側(cè)增設(shè)4根鋼支撐，以確保橋梁安全，見圖3。

3 盾構(gòu)推進控制

3.1 盾構(gòu)推進過程控制

為保證盾構(gòu)隧道和豐和立交橋的安全，調(diào)整隧道與橋基礎(chǔ)的間距，縮小盾構(gòu)隧道為3.5 m的線間距。對豐和立交橋范圍的盾構(gòu)隧道采用增設(shè)注漿孔【P2】k深埋管片，每環(huán)共16個注漿孔進行注漿加強。盾構(gòu)隧道施工完成后，根據(jù)建筑物監(jiān)測情況及時二次注漿，注漿量較一般環(huán)應(yīng)適當(dāng)增加，注漿量為普通環(huán)的1.1～1.3倍。

盾構(gòu)在通過該段時，根據(jù)地面的監(jiān)測情況，不斷優(yōu)化盾構(gòu)施工的各種技術(shù)參數(shù)，合理選定推進速度、平衡土壓力、出土量等參數(shù)，嚴(yán)格控制盾構(gòu)糾偏量。調(diào)整盾構(gòu)相關(guān)掘進參數(shù)（如刀盤、排土量和推進速度、螺旋機轉(zhuǎn)速、千斤頂總推力、注漿壓力與時間、注漿量方式、漿體漿體性能、盾構(gòu)坡度、盾構(gòu)姿態(tài)和管片拼裝偏差等），并加強對隧道和該構(gòu)筑物的沉降監(jiān)測。

盾構(gòu)推進實行信息化反饋施工，增加監(jiān)測頻率。在主橋兩側(cè)埋設(shè)沉降觀測點，進行6 h一次的跟蹤測量，并進行信息分析，及時通知井下調(diào)整掘進施工參數(shù)。當(dāng)跟蹤測量發(fā)現(xiàn)盾構(gòu)推進對橋梁超過限值時，立即在立交橋橋基進行靜壓跟蹤注漿。

為減少盾構(gòu)施工對周圍環(huán)境的影響，在施工中盡可能減少對周圍土體的擾動，其主要技術(shù)關(guān)鍵是保持盾構(gòu)開挖面的穩(wěn)定和管片脫出盾尾時及時填充盾尾建筑空隙。盾構(gòu)開挖面的穩(wěn)定通過優(yōu)化掘進參數(shù)來控制，建筑空隙的填充則采用同步注漿、二次注漿等來實現(xiàn)。

在盾構(gòu)推進時，對于豐和南大道豐和立交橋下方進行部分交通限制，限制區(qū)域主要是對盾構(gòu)上方埋深較淺（刀盤前和盾尾后25 m進行水碼跟蹤防護，兩班倒，每班2人，24 h巡查），地面沉降對橋基礎(chǔ)危害較大的范圍。

3.2 加強同步注漿與二次注漿

盾構(gòu)施工引起的建筑空隙、地層損失和盾構(gòu)隧道周圍受擾動或受剪切破壞的重塑土的再固結(jié)，是導(dǎo)致地表沉降的主要因素。盾構(gòu)隧道主要通過均布在盾殼體外的4根同步注漿管來控制地表沉降。

同步注漿液采用單液漿，水泥砂漿基準(zhǔn)配合比如表1和表2所示。該漿液凝固時間短，以便在填充地層的同時能盡早獲得漿液固結(jié)強度，保證路面安全并防止?jié)B漏漿、水等，并確保橋基礎(chǔ)地層穩(wěn)定。

注漿壓力為2～3 bar，并根據(jù)盾構(gòu)推進速度控制注漿量，實際注漿量采用理論值的160%～200%。

隧道推進過程中，注漿量應(yīng)根據(jù)不同的地質(zhì)情況和地表隆陷監(jiān)測情況進行調(diào)整和動態(tài)管理。一般情況下，以滿足控制地表隆陷為原則，以控制地表稍微向上隆起3～5 mm為宜。

同步注漿速度和推進保持同步，即在盾構(gòu)機推進的同時進行注漿，推進停止后，注漿也相應(yīng)停止。注漿壓入的時間應(yīng)控制在盾尾脫離管片時為宜。

盾構(gòu)施工不可避免地要擾動周圍土體，引起地面的隆起或沉降可以采取在洞內(nèi)預(yù)留注漿孔的方式，在盾構(gòu)機頭過一段后，為保證漿液在管片外充填密實、減小地面沉降，對盾尾后部10環(huán)以外的管片及時進行壁后二次補漿，注漿材料選用水灰比為1∶1的雙液漿，注漿壓力控制在3 bar；及時對隧道上方、側(cè)向土體進行深孔注漿，擠密、劈裂受擾動的土體，有效地控制地面的最終變形，使穿越物的最終沉降控制在設(shè)計允許的范圍內(nèi)。

盾構(gòu)施工對地面沉降能夠有效控制，但是其對地面不可能沒有影響，沉降量也不可能為零，為確保盾構(gòu)施工過后沉降的控制，使其不影響使用功能，在盾構(gòu)施工時，按照設(shè)計要求在洞內(nèi)采取管片新增注漿孔的措施，采用增加注漿孔【P2】k深埋管片，加強注漿施工。

3.3 監(jiān)測控制

盾構(gòu)推進過程中對橋面及橋樁的沉降、水平位移、傾斜及裂縫進行重點監(jiān)測，見圖4、表3、表4。

4 施工效果及評價

現(xiàn)該區(qū)間隧道上下行線均已安全穿越豐和立交，豐和立交樁基沉降小于1 mm，水平位移小于1 mm，橋面沉降也不足2 mm，豐和立交處于安全狀態(tài)，通過對該盾構(gòu)穿越豐和立交方案的分析可得出如下結(jié)論。

（1）盡可能增大區(qū)間隧道與立交橋基礎(chǔ)的距離，能夠極大減少盾構(gòu)推進對立交橋的影響。

（2）必要的加固措施是盾構(gòu)順利穿越老久立交的前提。

（3）合理確定盾構(gòu)推進參數(shù)、加強同步注漿并及時二次注漿能夠極有效地控制立交橋沉降。

參考文獻

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