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摘要：随着社会经济的快速发展，城市轨道交通工程建设规模不断扩大，为了满足建设需求，需对地下空间进行开发利用。但是隧道的大面积开挖和土建施工会引发土体扰动等问题，会造成位移、沉降等，既有建筑物的基础强度和稳定均会受到影响。为保证轨道交通建设质量和既有建筑物的安全，需要做好基础的变形控制和监控。
关键词：地铁隧道；高铁桥梁；变形监控
导言：隧道与既有线路距离较近时，需要处理好隧道和既有结构的位置关系，在施工中需要就既有结构的影响、既有线路的重要性等进行重点考量。根据以上影响因素可以对线路施工进行分类，分为无影响区、施工需注意区和需采取措施区。需要依据工程所在区域、新建工程规模和结构位置关系等多种因素编制科学的施工方案。
1 概述
随着经济的快速发展，城市地下空间的大量开发，城市轨道交通规模扩大，并逐渐与城市既有建（构）筑物基础近距离邻接甚至下穿。隧道开挖引起洞周收敛、周边土体扰动，导致土体发生水平位移和沉降，水平位移使桩基表现为偏向隧道的倾斜或弯曲，影响桩身截面强度；沉降变形引起桩基承载力损失，导致上部结构的不均匀沉降，严重时可导致结构出现失稳破坏。城市地铁隧道施工对既有建（构）筑物的影响，已经引起越来越多的工程技术及科研人员的重视，相关的研究包括隧道临近施工引起的桩基及土体的应力和变形机制研究；也包括对研究方法的研究，如采用两阶段法分析隧道开挖对桩基产生的轴向和侧向影响效应、采用有限元或者有限差分数值方法利用商业软件建立数值模型模拟隧道开挖过程中的桩基应力与变形；通过离心模型试验来模拟隧道开挖对临近桩基的影响；根据相关资料对地铁车站邻近高架桥桩基影响进行了分区。由于数值方法越来越成熟，并且相对研究成本较低，已成为一种较多使用的研究方法，而针对隧道下穿桩基础的实测数据分析及规律的研究相对较少。作为一种预防措施，为了减少或避免盾构在推进过程中对既有铁路基础的影响，常常在穿越前对铁路下方土体进行预先加固。
2变形控制标准
2.1桩基沉降控制值
首先，隧道下穿既有桥梁施工单位需要依据桩基加固设计图纸对桩基沉降值进行控制。在这一过程中，桩基施工人员需要将桩基的沉降控制值控制在80%以下，若达到该限值，需发出预警。需注意的是，桩基沉降控制值的确定需要根据相关管理部门确定设计变更控制要求，也就是预警值的变更内容。该工程为隧道下穿既有桥梁工程，将桩基竖向的沉降值控制标准确定为2mm。
2.2墩台沉降控制标准
对于隧道下穿既有桥梁墩台沉降变形控制，需要参考桩基沉降控制标准进行合理设置，同时还需结合桩基承载力和上部结构允许沉降范围予以考量。详细来说，隧道下穿桥梁施工变形控制需要依据现行要求和相关规范采用综合化措施，需基于多种因素确定桥墩沉降值变形控制要求，从而保证地铁隧道及高铁桥梁结构的稳定性与安全性。
桥墩沉降控制标准需满足桩基承载力以及上部结构的允许沉降要求。从工程建设影响的大范围来说，沉降主要为不均匀沉降，也就是差异沉降。根据现行标准，结合各影响因素提出盾构推进过程中桥墩的沉降变形限值，如表1所示。
3变形控制措施
3.1加固措施
为了防止盾构推进过程中高铁桥墩产生较大的顺桥向位移，加强对桥墩保护，在盾构左右线与桥墩桩基之间共设置4排隔离桩。每排由28根桩径1m间距1.5m的钻孔灌注桩组成，两侧桩长28.5m，中间桩长20m，上部用冠梁连接，冠梁宽度1.1m，厚度0.8m。左右线两侧2排桩之间设置横撑，控制排桩水平变形，横撑截面尺寸为0.76m×0.4m。
3.2施工控制
3.2.1在下穿京沪高铁桥梁墩台基础前，模拟盾构推进。在推进期间，平均进度5.15环/d，最高推进10环/d，最低1环/d。对模拟推进过程中周边地表的监测结果进行分析，监测点最大单次（12h）沉降为0.4mm，最小为0mm；累计最大沉降为3.1mm，最小为0.1mm，模拟推进结束后7d，监测点最大单日沉降为0.2mm（12h），最小为0mm，累计最大沉降为3mm，最小为0.2mm。结合施工参数和监测数据，在穿越过程中进一步减少土方开挖量，并适当增加隧道外注浆方量。
3.2.2为了保证隔离桩施工质量，确保隔离桩充分发挥作用，在穿越前1个月完成加固工作。为减小钻孔灌注桩施工过程中对铁路桥梁的影响，隔离桩采取多批次钻孔灌注桩，并采用跳打的方式，等前一批次灌注桩完成后，再施工下一批次，并保证对称钻孔。
3.2.3合理安排盾构推进顺序，采用2台复合式土压平衡盾构机相继从5#风井始发，向4#风井方向掘进。先掘进左线，后掘进右线，为了减少对土体的扰动，左、右线盾构始发时间间隔1个月或间距达到100m以上。
3.2.4控制施工进度，稳步推进。根据模拟推进的试验结果确定推进参数，在穿越期间盾构以每天6环的速度稳定推进，穿越段工期约2个月。盾构始发前进行洞门加固，隧道贯通后施工洞门内嵌式井接头、联络通道、泵房以及隧道内手孔封堵与管片嵌缝。
3.2.5穿越前进行以下准备工作：在盾构到达桥群30m界限前，检查刀具磨损量，有磨损立即更换滚刀；确保管片防水和拼装质量；选用质量优良的盾尾油脂。
3.2.6合理安排施工工序，安排专人负责掘进出土与管片拼装等主要施工工序，尽量缩短测量、观片、渣土车等待时间，提高运输效率，维持作业面连续施工，加快管片拼装作业。
3.2.7根据监测结果，动态调整施工参数。调整推进土压和速度，限制土方开挖量，土仓压力设定0.2MPa，浮动量控制在±0.05MPa，带压推进盾构掘进速度控制在20mm/min，浮动量控制在±10mm/min；穿越段为平面线形为缓和曲线与直线段，纵断面为20.3‰的直线上坡，穿越前将盾构平面姿态控制在±20，偏下30~45mm；根据施工进程和监测结果，调整同步注浆和二次注浆配合比。二次注浆隧道封环，每掘进15环对当前环后部9环位置封堵，隔绝后部水体流通通道，改善同步注浆充填效果。
3.3在加固施工阶段和穿越施工阶段对1#、2#、3#墩的墩身沉降、墩顶水平位移和倾斜、周边地表进行监测，并动态观测地下水位变化情况。每个墩台布置6个沉降监测点，每个横断面布置10个地面沉降点，横断面间隔10环以内，每个墩台布置2个水平位移点。在桥墩顶部、桥墩底部各设1个倾斜监测点，监测点布设采用小棱镜固定在桥墩侧壁上，然后在固定的工作基点用全站仪测量桥墩上下两点的坐标值，根据水平距离变化量差值和桥墩高度，计算桥墩倾斜度。
沉降监测高程控制网按2级布设，由观测点及所联测的控制点组成扩展网，高程布设3个基准点，高程系统采用假设高程系，沉降监测采用精密水准测量方法。水平位移监测平面控制网分两级布设，由基准点和工作基点组成首级网，由工作基点和监测点形成扩展网，并利用测量中心的交桩点作为监测的引测点，水平位移监测控制网采用Ⅱ等导线测量方法观测，平面控制布设4个基准点，3个工作基点。基准点和工作基点组成Ⅱ等导线，水平位移基准控制网基准点每次观测4个测回，初始值进行2次独立观测，误差范围内取均值确定各基准点的坐标值，水平位移监测方法采用极坐标法观测。基准点每15d检查1次，并视复测情况及时调整频次，工作基点每次观测时与基准点联测。
4变形控制效果
加固施工阶段桥墩水平位移与沉降监测周期为2个月。在施工初期，盾构下穿阶段，沉降变化波动较大，受施工影响较大，随着盾构段穿越过后，累计沉降稳定；而墩身的水平位移变化则随着盾构不断地掘进，累积值越来越大，穿越过后，水平位移基本没有增加，保持稳定。整个监测阶段数据变化波动较小，3#墩的累计沉降最大，为0.28mm，2#的上浮最大，为0.33mm，1#墩的水平位移最大，为0.35mm，累计倾斜最大的为2#墩顺桥向，值为9.9″。
结束语
综上所述，地铁隧道下穿既有高铁桥梁对变形的控制要求较高，对地铁隧道施工的要求更为严格。在施工中，施工单位、铁路部门以及变形监测单位要加强协调沟通和信息传递，做好变形控制和应急处置工作，确保地铁施工和高铁运营安全。
参考文献：
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[3]马天文.地铁区间隧道下穿既有桥梁桩基础加固措施[J].山西建筑，2011，37（5）：154~156.
论文作者:张大羿
论文发表刊物:《防护工程》2017年第28期
论文发表时间:2018/2/7
标签：盾构论文; 桩基论文; 隧道论文; 桥墩论文; 位移论文; 基准点论文; 桥梁论文; 《防护工程》2017年第28期论文;