摘要：盾构区间隧道下穿立交桥，为确保立交桥及施工顺利进行，盾构施工中通过选择合理的施工参数、加强同步及二次注浆填充等施工技术措施，保证了盾构隧道及立交桥的安全，整体施工效果良好，可供类似工程借鉴。
关键词：盾构机；下穿；施工
1.工程概况
郑州地铁5号线区间隧道在左CK25+435.012～左CK25+578.502处下穿中州路与航海路交汇高架桥，盾构隧道与地面的垂直净距约为12.3～15.8m，隧道外边缘与桥梁桩基最小净距小于3m。在盾构施工过程中，保证盾构隧道变形可控及高架桥梁安全至关重要。
2.盾构下穿立交桥前的准备工作
穿越施工前联合桥梁产权单位对桥梁现状进行勘察，施工过程中加强监测。
进入桥区前采取先加固或支撑后掘进的原则，选取代表性桥桩提前进行支撑加固。
进入桥区对盾构机各种参数进行优化，并严格控制出土量。
3.合理选择施工参数
为减小盾构施工对立交桥的影响，在施工中应尽可能地减小盾构掘进对周围土体的扰动，减少地表沉降，关键技术是保持盾构开挖面的稳定和管片脱出盾尾后建筑空隙的及时填充。盾构开挖面的稳定可以通过优化掘进参数来控制，其主要参数有六个，即盾构正面土压力、盾构推力、推进速度、出土数量、盾构姿态控制、建筑空隙的充填（同步及二次注浆量）。
3.1正面土压力
根据土压平衡盾构的原理，土仓中的压力须与开挖面的正面土压力平衡，以维持开挖面土体的稳定，减少对土层的扰动。由土力学原理，通过计算得出正面土压力的理论值，再根据试验段经验值及现场监测情况，随时调整。
3.2盾构推力
根据前期盾构掘进中总结的施工经验，结合模拟段推力情况，总推力控制在17000～20000KN，扭矩1500～1800KN.m，可根据具体掘进情况适当调整。
3.3推进速度
盾构推进速度与土仓正面土压力、千斤顶推力、土体性质等因素有关，施工中予以综合考虑。实际施工中可根据盾构施工的实际情况选一较稳定的值。若推进速度加快而出土率较小，则土仓土压力会增大，地层损失减小。反之推进速度放慢，出土率增加将令土仓土压力下降，地层损失增加。
根据盾构穿越经验，推进速度控制在15～25mm/min左右，推进过程中保持稳定，预计每班3～4环，每日推进6～8环，保持连续均衡推进。
3.4盾构出土量
根据地面监测情况，合理调整刀盘转速，控制盾构机推进速度，根据测量反馈的信息，调整各千斤顶的顶力及总推力，根据施工中的变形监测情况，随时调整注浆参数，对轴线进行有效的控制。在推进过程中分段控制，每推进20cm，核实土斗内相应的出土量，发现异常及时控制。
3.5盾构机姿态
在盾构机穿越立交桥之前，尽量将盾构机的姿态调整至最佳。盾构施工过程中，工程技术人员根据地质变化、隧道埋深、地面荷载、地表沉降、盾构机姿态、刀盘扭矩、千斤顶推理等各种勘探、测量数据信息，正确下达每班掘进指令，及时跟踪调整。盾构在立交桥下竖向偏差控制10mm之内，平面偏差控制在15mm内，盾构机操作人员须严格执行指令，谨慎操作，对初始出现的小偏差应及时纠正。调整盾构千斤顶组合进行纠偏，相对称区域的千斤顶油压差应﹤5Mpa，伸出长度差应﹤2cm，以防止盾构机纠偏过大（一次纠偏量不大于5mm），以减少对地层的扰动，为管片拼装创造好的条件。
4.同步及二次填充注浆
4.1同步注浆
（1）同步注浆目的
由于盾构外径略大于管片直径，当盾构机外壳脱离管片后，在管片与天然土体之间出现空隙，它能引起地层变形，建筑物失稳，管片变形并漏水。盾构推进中的同步注浆是充填土体与管片圆环间的建筑间隙和减少后期沉降的主要措施，同时作为管片外防水和结构加强层，也是盾构推进施工中的一道重要工序。
（2）注浆方式
盾构推进时，进行同步注浆，注浆系统与掘进系统联网，掘进时盾尾出现空隙立即注入浆体。盾构机上的注浆管，按上下左右各一个均布在盾尾钢板内，使浆液在盾尾处注入空隙。详见图1同步注浆示意图。
（3）注浆施工参数及浆液配比
盾构注浆采用新研发的可硬性浆液同步注浆。随着盾构推进，脱出盾尾的管片与土体间出现建筑空隙，即用浆液通过设在盾尾的压浆管予以充填。由于压入衬砌背面的浆液会发生收缩，局部地段隧道掘进蛇行、纠偏等，为此实际注浆量要超过理论建筑空隙体积。但过量压注也会引起地表局部隆起和跑浆。因此除控制压浆数量外，注浆还需控制注浆压力。
根据施工情况、地质情况控制压浆数量和压浆压力。一般情况下，每环压入量控制在建筑空隙的130％～200％，注浆压力约0.2～0.4MPa。压浆和掘进保持同步，即在盾构掘进的同时进行注浆，掘进停止后，注浆也相应停止。
浆液配比：水泥：砂：水：粉煤灰：膨润土=1：3.5：2.5：2.7：0.3，可根据具体施工情况适当调整。为防止浆液在注浆系统内的硬化，采用惰性浆液定时对工作面注浆系统进行清洗。
（4）同步注浆主要物理力学指标
同步注浆浆液的主要物理力学性能应该满足下列指标：
胶凝时间：一般为6～8h，根据地层条件和掘进速度，通过现场试验加入促凝剂及变更配比来调整胶凝时间。对于强透水地层和需要注浆提供较高的早期强度的地段，可通过现场试验进一步调整配比和加入早强剂，进一步缩短胶凝时间，获得早期强度，保证良好的注浆效果。
固结体强度：一天不小于0.2MPa（相当于软质岩层无侧限抗压强度），28天不小于2.5MPa（略大于强风化岩天然抗压强度）。
浆液稳定性：倾析率（静置沉淀后上浮水体积与总体积之比）小于5%。
4.2二次补浆
（1）注浆参数
由于二次补强注浆是弥补同步注浆的空隙，其注浆量与同步注浆效果密切相关，一般以注浆压力作为控制标准，注浆压力控制在4～6bar且能维持稳定作为二次注浆结束标准。注浆量可参考同步注浆量的30%，实际压力及注浆数量可根据计算及现场注浆效果适当调整。
（2）注浆方式
二次注浆在管片脱离盾尾6～8环进行，采用注浆管从管片的注浆孔内向管片与土体之间的孔隙中注入。注浆前先将孔内5cm厚的封孔砼凿通。
（3）注浆浆液
二次注浆采用硬性单液浆或1：1水泥水玻璃双浆液，及时跟进补浆。
5.盾构下穿高架桥施工技术措施
（1）优选盾构最佳施工参数，加强盾构的掘进参数管理和姿态控制。
（2）在盾构掘进过程中，要及时进行同步注浆和二次注浆，必要时可采取多次压浆。
（3）控制出土量略小于理论值，保证盾构切口上方土体能微量隆起，以减少土体的后期沉降量。
（4）在施工过程中需高度重视盾构平衡仓内土体的改良，防止螺旋机出现喷涌等危险情况。
（5）在盾构通过时，采用满堂红支架对净距小于3m的桥桩前后2m范围内的桥面进行支顶，满堂红支架横向1.5m×1.5m，竖向间距2m；
（6）盾构隧道与桥桩水平间距小于3m时，采用袖阀管对该桥桩进行注浆加固。
（7）袖阀管注浆材料采用水泥砂浆；注浆参数，包括注浆孔的布置、浆液配比、注浆压力、注浆速度、注浆顺序、注浆时间和注浆量等，经试验效果确定，并在注浆施工过程中根据监测反馈信息进行优化。经地基加固处理后的地层应具有良好的整体性和均质性，加固土体取芯28d无侧限抗压强度不小于1.0MPa。
（8）袖阀管注浆施工由专业施工队伍完成，注浆过程中加强对桥梁的监测，根据桥梁的监测结果及时对注浆压力和注浆量进行调整，确保建筑物的安全。
（9）加强实时监测，根据监测反馈的信息及时优化调整盾构施工参数和加固措施，做到信息化动态施工管理。
（10）同时还应制定相应的施工应急预案，如有异常情况应及时通报相关部门和单位，以便及时采取有效措施进行处理。
6.结论
盾构下穿立交桥施工中，首先在下穿前要做好充分的施工准备，然后在下穿施工过程中合理的选择正面土压力、盾构推力、推进速度、出土量、盾构机姿态等盾构机施工参数，同时加强同步注浆及二次填充注浆等顺利的完成了下穿施工，确保施工及立交桥的安全，对类似工程施工有很好参考作用。
参考文献：
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［3］刘建航，候学渊．盾构法隧道［M］．北京: 中国铁道出版社，1991．
［4］张凤祥, 朱合华, 傅德明. 盾构隧道［M］.北京: 人民交通出版社, 2004
作者简介：郑军（1973-），男，高级工程师，主要从事桥隧及地下工程施工技术研究。E-mail:43476290@qq.com
论文作者:郑军
论文发表刊物:《建筑模拟》2018年第2期
论文发表时间:2018/5/21
标签：盾构论文; 注浆论文; 管片论文; 浆液论文; 压力论文; 隧道论文; 立交桥论文; 《建筑模拟》2018年第2期论文;