李涛
中煤天津设计工程有限责任公司 天津 300100
摘要：近年来，随着城市现代化进程的迅猛发展，地铁线路、综合管廊、地下管线等地下空间的建设如火如荼地开展。城市复杂的交通环境导致了盾构隧道选线受市政管线、轨道线路及地下空间的限制，不可避免的出现盾构隧道从桥梁桩基础穿越的工程。虽然盾构技术在近年来取得了很大的进步，但施工中必然会对土体产生扰动，从而导致土体应力重新分布，带来不同程度的地层沉降或变形，当土体产生的变形较大时，将会引发桥梁桩基础的开裂、沉降、倾斜等，对桥梁的安全性和稳定性造成危害，从而引发重大的安全事故。
关键词：盾构隧道穿越；既有桥桩；变形控制
1工程概况
欣甸π入市中变220kV线路工程隧道下穿既有东环互通立交桥梁。桥梁上部结构为预应力现浇箱梁，沥青混凝土桥面铺装、钢筋混凝土防撞护栏；下部结构为矩形墩柱、桩基础，支座采用板式橡胶支座。新建电力隧道采用盾构法施工，与既有立交桥梁北侧桥桩之间的垂直净距为1.88m。东环立交桥梁桩基础主要位于粉土层和粉质黏土层中，桩底位于粉细砂土层中。新建电力隧道主要位于粉土层与粉质黏土层中。
2工前评估
为了保证既有桥梁结构在盾构施工过程中的安全性，在电力隧道施工前对整个立交桥工程进行了详细的前期评估，并在全面了解盾构施工风险的基础上，进行了施工阶段的风险评估。制定了科学合理的桥梁变形控制标准，为后续施工中桥梁的变形控制奠定了基础。1）电力隧道穿越东环立交主桥段，上部主要覆盖粉土层，地层相对稳定，但地下水位较高，常水位为地下2 m，粉土层摩阻力大、渗透性大、流塑性差等。因此，电力隧道穿越东环立交桥段围岩整体稳定性较差，盾构施工容易引起周围地层的较大变化，严重威胁桥梁结构的安全。2）在穿越施工前对东环立交桥进行详细的工前检测，根据检测结果可以判定：匝道桥部分由于超限车辆的刮擦导致箱梁底板漏筋外，整体状况良好，主桥路段接近完好，没有严重影响桥梁稳定性和耐久性的病害。桥梁检测的结果表明，桥梁构件强度、承载能力满足要求，使用状态良好。3）通过对电力隧道工程总体风险状况和既有桥梁健康状况的分析，分别建立了与东环立交桥交叉施工时的变形控制标准。①相邻桥墩纵向不均匀沉降控制值为4mm；②同一跨横桥向2个支座不均匀沉降位移控制值为2mm；③墩柱、承台倾斜控制值为0.8‰；④桥梁墩柱竖向最大沉降控制值为12mm。
3既有桥梁变形控制措施
3.1盾构控制措施
1）选定盾构机最佳掘进参数。为确定盾构机最佳掘进参数，在距离东环立交桥1320m处的区段设立试验段，该位置地层分布及地下水情况与东环立交桥区段基本吻合。2）严格控制盾构同步注浆量。在盾构施工过程中，同时注浆在地表沉降变形中起着重要作用。为了确定盾构同步注浆的合理参数，在试验段中系统地调试了同步注浆。通过监测地表沉降和土体深部沉降，得到盾构的最佳同步注浆量。在电力隧道盾构施工中，采用同步注浆来控制注浆量和注浆压力，以保证最佳注浆效果。3）密切关注土壤的变化。在盾构穿越施工过程中，必须严格控制开挖土体的数量。同时密切关注土壤质量的变化，消除水土流失现象。盾构机穿越富水层时，应适当改善土压力的控制，保证前部土体的稳定性，并对前部地下水进行干燥，保证出土土壤的质量。4）屏蔽尾密封的严密控制。在盾构推进过程中，如果盾构姿态没有得到很好的控制，很容易造成盾构尾部的泥浆漏失，地表沉降过大。因此在盾构穿越东环立交桥期间，应确保盾尾四周间隙均匀，通过加大盾尾油脂注入量来防止浆液通过盾尾流失，从而确保盾构机尾部时刻保持良好的密封性。5）保证拼接质量。分段拼接的质量不仅影响管片的位移和变形，而且还会引起其它次生病害，从而影响隧道的使用寿命。因此，在盾构施工过程中，应加强分段拼接的质量控制。一方面，技术人员要有丰富的技术经验，负责管片的拼接，确保工件一次到位紧固牢固；另一方面，要有专门技术人员后续进行拼接质量的检查，及时相应的二次紧固螺栓。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆6 ）严格控制二次补浆量。由于同步注浆过程中浆液的流失与凝固等现象，会导致隧道周边土体空洞或出现不密实区域，因此在盾构穿越施工期间，应及时进行周边土体的二次补浆，从而确保周边地层的稳固。
3.2隔离加固措施
为保证盾构掘进过程中东环立交桥的安全，应对盾构穿越既有桥梁区段采用严格的注浆阻隔加固措施，隔断地层的变形传递，保证桥梁的安全。该次阻隔加固选用复合锚杆桩施工工艺。1）加固范围在盾构穿越东环立交主桥范围内，于电力隧道两侧1.5m处打设复合锚杆桩，复合锚杆桩选用梅花形布设，距离为500mm，打设3排，加固长度为17m。该次复合锚杆桩在电力隧道中心线高程方位上、下各9m范围内进行压力注浆加固，注浆长度为15m。2）锚杆桩资料为保证复合锚杆桩加固质量，该次复合锚杆桩注浆管选用φ150mm钢管，定位支撑选用φ18钢筋，纵向选用φ20mm钢筋。注浆材料选用水泥浆，即一般硅酸盐水泥掺加微膨胀剂。注浆具体参数主要根据地层实际情况实验确认，并在现场施工中不断调整完善。3）注浆参数注浆管竖向装置，第1根注浆管端不关闭，管壁无出浆孔，其它2根管端关闭。当第1根管注浆时，第2、3根管的出浆孔用塑料胶带粘贴以隔离浆液，防止注浆时出浆孔封堵。注浆分3次完成即：①第1次选用常压注浆，注浆压力为0.4～0.6MPa，水灰比为0.5：1，孔口溢浆时结束注浆；②第2次选用中高压注浆，注浆压力为1.0～1.5MPa，水灰比为0.75：1，在第1次注浆完成后10～15h进行；③第3次选用高压注浆，注浆压力为1.5～2.0MPa，水灰比为0.75：1，在第2次注浆完成后5～10h进行。
3.3加强监控措施
在盾构穿越施工期间，对东环立交桥采取了严密的第三方监测措施，包括自动化监测方法的实施，从而密切关注既有桥梁的沉降及变形情况，做到及时预警，防止危险发生。
4安全监测及控制效果评价
4.1穿越施工过程中评价
在穿越施工前，通过对盾构穿越桥梁施工过程的数值模拟，得到了桥梁 0 号轴与 1 号轴纵向差异沉降历时曲线，通过对其与桥梁实际监测数据的拟合与比对，得到如下结论：在盾构穿越施工过程中，既有桥梁历时沉降曲线与预测值基本吻合，桥梁处于安全可控制状态。
4.2穿越施工完成后评价
在穿越施工完成后，东环立交桥墩柱竖向最大沉降值为9.6mm，相邻桥墩纵向不均匀沉降值最大为3.2mm，横桥向2个支座不均匀沉降值最大为0.6 mm，均未超过桥梁相应控制标准，表明穿越施工完成后东环立交桥仍处于安全状态。
结论
施工前盾构机的选型、桥梁分级控制指标的确定、盾构掘进关键参数的优化、辅助措施的抉择及桥梁监测方案的确定构成了精细化施工的基础。施工过程中监控量测和动态反馈控制是精细化施工的核心与关键。施工结束后既有桥梁的长期监测是精细化控制的延伸，是验证穿越施工对桥梁扰动程度和选择工后桥梁维修加固措施的依据。
参考文献：
[1]杨志先.成都地铁盾构隧道掘进参数研究[J].水利水电施工，2017(05):76-79.
[2]孙双篪.天然气爆炸对盾构隧道的作用机制及工后修复[J].隧道建设(中英文)，2017，37(S2):72-81.
[3]吕乾乾，周建军，杨振兴，王利明，刘景锦.基于地基回弹因素的盾构隧道管片上浮预测[J].隧道建设(中英文)，2017，37(S2):87-93.
论文作者:李涛
论文发表刊物:《防护工程》2018年第21期
论文发表时间:2018/12/11
标签：盾构论文; 桥梁论文; 注浆论文; 隧道论文; 东环论文; 立交桥论文; 过程中论文; 《防护工程》2018年第21期论文;