盾构区间下穿高速公路立交桥施工技术
摘 要:深圳地铁 5 号线洪浪—兴东盾构区间下穿广深高速公路立交桥，立交桥为双幅桥梁，1. 2 m 钻孔灌注桩基础，桩底岩层为全风化花岗岩，桩基为摩擦桩，隧道结构边缘与桥桩外侧最小净距为 1. 6 m。本文通过理论计算分析了盾构施工期间对桥桩的影响，根据计算结果，提出盾构区间下穿立交桥的相关施工技术措施，并结合施工过程中采集的现场数据，进一步验证了计算结果的正确性及施工方案的可行性。
关键词:盾构区间 立交桥桩基 施工技术
1 工程概况
深圳地铁 5 号线洪浪—兴东盾构区间在 DK7 +135. 00—DK7 + 164. 37 段下穿广深高速公路立交桥。左线隧道外边缘与桥桩最小净距约为 1. 6 m，右线隧道外边缘与桥墩最小净距均为 4. 4 m。其位置关系见图 1。
高速公路立交桥为双幅桥梁，上部结构为 3 × 16m 预应力钢筋混凝土空心板，下部结构为三柱盖梁、ɸ120 cm 钻孔灌注桩基础，桩底岩层为全风化花岗岩，桩基为摩擦桩。立交桥桥台下桩基底高程为 －6. 247m，桩长为 17 m; 桥墩下桩基底高程为 － 10. 247 m，桩长为 20 m。
洪浪—兴东地铁盾构区间左线始发端距离桥桩为373 m，右线始发端距离桥桩为 113 m。线路与广深高速相交段纵向为 17‰下坡，线路平面在过广深高速之前均为直线段，在过广深高速 19 m 之后进入一段长30 m 的缓和曲线。
盾构区间圆形隧道外径为6. 0 m，内径 5. 4 m，管片厚度为0. 3 m，管片宽度1. 5 m，分块数为6 块( 管片由1块封顶块、2 块连接块、3 块标准块构成) 。环间采用错缝拼装。管片混凝土等级为 C50，抗渗等级为 P10。
右线隧道距高速桥桩较远，且已安全穿越桥桩，左线隧道距离桥桩净距较小，需要进行理论分析后确定穿越方案。
隧道洞深范围主要为砾质黏土层，拱顶地层厚度为 9. 4 m，主要由花岗岩风化残积层组成，含约 20% ～25% 的石英质砾石。上层覆盖约 2. 0 m 素填土，向下依次为淤泥粉细砂、亚黏土、黏土，下卧全风化和中风化花岗岩。盾构隧道穿越广深立交桥地段时左线隧道穿过砾质黏性土土体。右线隧道上断面一小部分断面穿过砾质黏性土土体，其余断面穿过全风化花岗岩土体。其地层参数见表 1。
2 计算模型及计算结果分析
2. 1 计算模型
根据隧道空间位置和地质情况建立三维有限元模型进行分析，整体模型高度为 60 m，宽度为 100 m，沿盾构方向长度为 92 m( 其中到达桥墩桩基位置前的长度为 30 m、桥面下方长度为 32 m、离开桥墩桩基位置前的长度为 30 m) 。荷载步骤按盾构向前推进一环衬砌的距离拟定。整体有限元模型如图 2 和图 3 所示。
2. 2 计算结果及分析
按照逐步开挖直至离开桥桩后进行模拟计算，当开挖至离第 1 根桩沿盾构轴向距离为 1. 5 m 时，计算结果如图 4 和图 5。当开挖至第 7 个 4. 5 m 时( 通过桥墩下方桩基位置) 时，计算结果如图 6 ～ 图 7 所示。从盾构下穿桥桩施工过程的模拟计算分析结果可知，在盾构机通过桥桩基础的过程中，计算所得的桩基的水平位移 ＜2 mm、竖向位移 ＜ 2 mm，桥桩不均匀沉降最大为 1 mm，地表沉降为 5 mm，满足桥梁的沉降控制值( 10 mm) ，不需要对桥梁桩基进行加固处理。
3 施工控制措施及监测
3． 1 施工措施
由理论计算结果分析可知，左线通过时不需要预先对桥梁进行加固处理，但考虑到桥梁的施工质量、使用年限、桥梁桩基施工对地层的扰动等不确定性因素影响，对盾构施工过程需要做到精益求精。施工需从盾构机刀盘配置、掘进控制、施工监测等方面严格控制，以保证盾构安全通过。
3. 1. 1 刀盘配置
刀盘的设计布局及刀具的选用对盾构机的开挖效率起着十分重要的作用，根据地质情况( 可能会遇到孤石) ，采用齿刀、滚刀和刮刀混合配置的组合方案，既能有效开挖各种淤泥、砂土、黏土，又能适应各种风化程度的风化岩等。
3. 1. 2 掘进控制
1) 通过前的准备工作
在盾构机通过前 15 m 即 DK7 +179 时，全面检修盾构机，对盾构机存在的一些问题彻底解决，为盾构机过桥桩做好准备。在盾构机通过前，做好监测点布置，并取得原始数据。
对前期掘进数据进行分析，并与通过立交桥前的数据相比较，看推力、扭矩、掘进速度等数据是否有突变及异常，结合推进过程中的异常情况和渣土的性状分析，判断是否遇见孤石。
对掘进参数进行比较，如果出现刀盘扭矩显著增大、推进速度降低、推力增大的情况，且出渣温度过高( ＞50 ℃) ，则可判断刀盘或者土仓内已结泥饼，应立刻采取措施进行处理。
2) 掘进参数控制
盾构通过桩基时，严格控制掘进参数以及管片拼装、注浆质量，保证盾构平稳、顺利通过，并将地表及桥桩沉降控制在允许值之内。
在盾构机距离钻孔桩15 m 时降低推进速度，将掘进速度控制在 20 ～40 mm/min，以便保证出土量、正面土压力及注浆均匀、及时。
严格控制正面土压力、注浆量和注浆压力。
加强盾构掘进时的地质预测和泥土管理，特别是在黏性土中掘进时，更加密切注意开挖面的地质情况和刀盘的工作状态。增加刀盘前部中心部位泡沫、膨润土注入量和选择比较大的泡沫加入比例，减少渣土的黏附性，降低泥饼产生的机率。一旦产生泥饼，及时采取对策，必要时采用人工处理的方式清除泥饼。必要时螺旋输送机内也要加入泡沫，以增加渣土的流动性，利于渣土的排出。
3) 加强施工监测
盾构下穿该桥时必须加强对地面监测。原则上在盾构推进轴线上每 5 m 布置一个地面沉降观测点，但是广深立交桥下车流量很大，监测很难实施。所以观测点设在人行道上或设在广深立交桥的桥墩防撞墙上。盾构掘进时在立交桥的桥墩设沉降观测点。对桥墩前后15 m 的地面观测点和桥墩、盖梁的沉降点要加大观测频率，要求每天观测 3 次，直至地面、桥墩、盖梁沉降稳定为止。
4) 其他注意事项
在穿越桩基础之前提前检查刀具，对刀具的磨损应有一个正确的估计。确保盾构掘进过程中盾尾不漏浆，防止由于漏浆导致的注浆不足，导致沉降变大。各工种协同工作，避免各行其事。加强穿越期间的质量、安全管理工作。盾构穿越前严格控制轴线偏差，如发生偏差及时纠偏，做好施工应急预案。
为保证穿越安全，对广深高速公路立交桥进行了第三方监测。测点布置如图 8。根据以上的理论计算结果及施工、监测措施，盾构区间左线已安全顺利通过桥桩。第三方监测数据显示，穿越过程中桥墩的最大沉降发生在 QD5-2 处，为 －4. 97 mm( 盾构完全穿越后脱出盾尾位置) ，满足广深高速桥梁最大沉降允许值。
4 结语
1) 对于在黏性土层中的盾构区间，下穿摩擦桩净距≥1. 4 m 时，不用对桥梁上部或下部进行预加固处理即可安全通过。
2) 在盾构下穿的过程中，二次注浆、土压力的控制、实时监控起到了关键作用。
3) 在盾构下穿前与产权单位的沟通协调是盾构下穿的必要条件。应与产权单位协调，委托第三方鉴定单位对被穿越的桥梁进行安全鉴定，摸清桥梁的工作现状、病害等，根据鉴定结果确定是否进行桥梁预加固和病害处理，同时根据鉴定结论制定桥梁变形的控制指标。必须参与产权单位组织的设计、施工专项方案评审，通过评审后方可组织实施。
4) 在盾构下穿前，应事先模拟下穿工程，根据监测结果调整盾构穿越的参数，为穿越过程做好准 备。
5) 选择好合适的换刀位置，避免在桥下换刀。
6) 桥墩发生沉降的最大值在穿越过程结束时、盾构脱出盾尾时发生，应注意加强此阶段的同步注浆和二次注浆。
参 考 文 献
［1］LOGANATHAN N，POULOS H J，STEWART D P． Centrifuge model testing of tunneling-induced ground and pile deformations［J］． Geotechnique，2000，50( 3) : 283-294．
［2］刘晓萍，李坚． 桥梁桩基受地铁盾构掘进影响的研究与探讨［J］． 上海公路，1998( 3) : 20-24．
［3］张志强，何川． 深圳地铁隧道邻近桩基施工力学行为研究［J］． 岩土工程学报，2003，25( 2) : 204-207．
［4］张海波，殷宗泽，朱骏高． 地铁隧道盾构法施工过程中地层变位的三维有限元模拟［J］． 岩石力学与工程学报，2005，24( 5) : 755-760．
［5］张海波，刘国楠，高俊合． 盾构近距离掘进对桥梁桩基的影响分析［J］． 铁道建筑，2007，8( 2) : 37-40．
京公网安备 11010202007575号