盾構(gòu)下穿既有地鐵高架橋施工技術(shù)探討

（天津國際工程建設(shè)監(jiān)理有限公司，天津市，300010） 余增暉

1 工程概況

1.1 區(qū)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(cè)，車站結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)為32.7m的簡支梁橋，下部為三柱式混凝土墩，每墩下設(shè)6 根DN1250mm 摩擦樁，樁長為31m。6 號線采用盾構(gòu)法施工，隧道線間距為21.26m，盾構(gòu)隧道邊緣與鐵路橋墩樁基礎(chǔ)邊緣最小凈距為5m，盾構(gòu)的管片外徑為6m，內(nèi)徑為5.4m，管片厚度為0.3m，管片幅寬為1.5m。盾構(gòu)工程區(qū)域位置關(guān)系關(guān)系示意見圖1。

圖1 區(qū)域位置關(guān)系示意

1.2 工程地質(zhì)

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(tǒng)人工填土（Q4ml），其下為第四系全新統(tǒng)沖洪積層粉質(zhì)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(nèi)人工填土層廣泛分布，主要為雜填土，局部為素填土。

粉質(zhì)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(nèi)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(shù)平均值N=9.0 擊/30cm。壓縮模量為5.85MPa，壓縮系數(shù)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(nèi)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(shù)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?guī)r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(zhì)

地表水：擬建工程區(qū)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(nèi)水面坡降不大，地表水與地下水水力聯(lián)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(wěn)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(shù)方案

為保證盾構(gòu)能順利通過成都地鐵2號線犀浦高架橋橋墩，在盾構(gòu)側(cè)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(nèi)側(cè)0.3m范圍打設(shè)袖閥管注水泥-水玻璃雙液漿[1]，防止盾構(gòu)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(gòu)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(gòu)接收和洞門注漿封堵。

3 關(guān)鍵施工技術(shù)

3.1 盾構(gòu)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(jié)構(gòu)往大里程方向10m×隧道結(jié)構(gòu)邊各3m，加固豎向方向范圍為盾構(gòu)隧道拱頂以上3m 和隧道結(jié)構(gòu)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(nèi)管、橡皮套、密封圈等結(jié)構(gòu)組成[2]。盾構(gòu)洞門加固段采用大管棚＋管棚內(nèi)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(nèi)，換向間距大小為0.4m。

在施工過程中應注意以下幾個關(guān)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(nèi)的土體進行快速封堵，以防止注漿過程中出現(xiàn)冒漿現(xiàn)象；②鉆孔和注漿順序：均為先外圍，后內(nèi)部，同一排間隔施工，以達到一序外圍成墻、二序內(nèi)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(jié)束標準：當達到設(shè)計注漿壓力（0.2~0.4MPa）或者注漿量超過設(shè)計注漿量的80%以上時可結(jié)束注漿施工；④在開挖輪廓線范圍內(nèi)打設(shè)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(shù)≥1×10-6/cm/s。

3.2 盾構(gòu)側(cè)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(gòu)側(cè)穿掘進施工，每一環(huán)的出土量必須控制在56m3以內(nèi)，盾構(gòu)軸線控制偏離設(shè)計軸線不大于±20mm，盾構(gòu)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(huán)左右）進行一次人工測量，從而及時調(diào)整盾構(gòu)參數(shù)和姿態(tài)。

為了減小和防止盾構(gòu)掘進施工過程中地面沉降情況發(fā)生，要在脫出盾構(gòu)后的襯砌背面環(huán)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(jié)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(gòu)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(diào)整至1~4min。

在盾構(gòu)通過成都地鐵2 號線犀浦高架橋后，當出現(xiàn)管片錯臺和地面沉降量超限時，需要進行洞內(nèi)徑向加固注漿，注漿范圍為管片外邊緣向外延伸3m。洞內(nèi)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(nèi)，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(nèi)設(shè)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(jié)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(nèi)預埋一環(huán)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(jié)構(gòu)混凝土厚度一致，在套筒內(nèi)環(huán)形預留兩排Φ22mm鋼筋孔，用于插入鋼筋加強與車站結(jié)構(gòu)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(huán)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(shè)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(huán)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(jié)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(nèi)外2 排M30 的壓緊螺桿傳遞力，這樣可以通過調(diào)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(cè)中的一側(cè)均布三根l0寸鋼管與洞口墻體頂緊，另側(cè)用兩根直徑500mm鋼管斜支撐。

鋼套筒安裝完成后，向鋼套簡內(nèi)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(huán)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(gòu)機到達掘進

①盾構(gòu)機到達前：盾構(gòu)機接觸到端頭維護樁后，以2d/次的頻率監(jiān)測地面沉降情況，在到達前30環(huán)，對盾構(gòu)姿態(tài)和軸線進行調(diào)整。②碰壁前推進設(shè)置：在即將碰壁之前，盾構(gòu)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(xù)放緩盾構(gòu)速度至5mm/min以下，推力控制在10 000kN以下，刀盤轉(zhuǎn)速控制在1.5r/min以下；③出洞推進設(shè)置：盾構(gòu)速度控制在10mm/min 以下，推力控制在10000kN 以下，刀盤轉(zhuǎn)速控制在1.5r/min 以下，同時為了防止盾構(gòu)機載頭，將盾構(gòu)機機頭沿軸線方向略抬高2~3cm；④進鋼套筒掘進參數(shù)設(shè)置：盾構(gòu)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(nèi)，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(jié)語

通過注漿加固、管棚加固、鋼套管接收技術(shù)以及嚴格控制盾構(gòu)機的掘進速度、推力大小和轉(zhuǎn)盤速度，從而達到減小盾構(gòu)穿越造成地表沉降的目的，通過采取上述技術(shù)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?jié)B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。