《土压平衡盾构侧穿富水地层 铁路桥桩施工技术》
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摘 要：济南地铁某土压平衡盾构区间隧道处于上部为可塑黏土、下部为碎石土的富水地层中,且近距离侧穿底部净空较小的铁路客专桥桩.施工中,在桥桩与隧道间设置钻孔灌注隔离桩进行隔离防护,隔离桩顶部施工钢筋混凝土连梁以提高灌注桩抵抗变形的能力;选用护壁性能好、低高度的正循环钻成孔,鋼筋笼分段制作、吊装,机械连接下井后及时灌注混凝土;采用微过土压平衡掘进模式,并进行足量同步注浆、及时二次补充注浆,可有效控制地面沉降,满足铁路客专及桥梁的各项控制指标要求.
关键词：地铁;土压平衡盾构;富水地层;侧穿桥桩
中图分类号：U455.43
地铁隧道施工中不可避免穿越桥梁、铁路等众多建（构）筑物,济南地铁某盾构区间隧道近距离侧穿胶济铁路客专铁路桥桩,该区段所处地层为富水可塑黏土、碎石土地层,桥梁底部与地面空间较小,如何控制桥桩的垂直、水平位移,保证铁路客专轨道变形在规范要求之内,是必须解决的重大技术和安全问题.
凌同华[1]等采用 FLAC3D软件研究了隧道施工造成的地表沉降、桥梁桩基变形的规律,通过将模拟数据与现场监测数据进行对比,验证了加固对控制地面沉降、桥桩变形的有效性;文献[2-6]分别研究了隧道施工地表沉降的控制标准,盾构隧道穿越桥桩风险控制值的确定及相关控制方法.陈江[7]等以长沙地铁为例,研究了盾构侧穿临近桥桩施工的影响,计算与实测表明,对桩基进行径向旋喷隔离加固有利于控制地表沉降,靠近桩基的地层水平位移明显减小;袁海平[8]等以合肥地铁1号线为例对盾构近距离侧穿高架桥桩的施工力学进行了研究,分析了盾构掘进不同工况下桥桩受力、水平变形、地层沉降的变形规律,探讨了桩实体结构单元弯矩、剪力计算方法的可行性.
本文以济南地铁某盾构区间隧道侧穿胶济铁路客专铁路桥为例,研究钻孔灌注桩加固铁路客专铁路桥桥桩施工技术,验证钻孔灌注桩加固桥桩的可行性.
1 工程概况
济南地铁某盾构区间隧道侧穿胶济铁路客专八涧堡特大铁路桥31号、32号、33号桩基,左线隧道与32 号桩基最近距离4 m,与33号桩基14.28 m,右线隧道与32号桩基最近距离4.1 m,与31号桩基13.33m.盾构隧道外径6.4 m、内径5.8 m,盾构隧道穿越桥桩区段覆土厚度为10.13～10.36 m,隧道穿越桥桩区段地面距离八涧堡特大桥底部最小距离10.2 m.
盾构隧道下穿胶济铁路客专地段主要为山前冲洪积平原地貌,隧道左线主要穿越地层为粉质黏土、黏土,上部覆土为杂填土层,隧道右线主要穿越地层为粉质黏土、黏土,上部覆土为杂填土层.该区域水位埋深2.10～15. 0m,水位标高17.41～58.09 m,地下水年变幅2.0～3.0 m,主要接受降水补给和山区地下水径流补给,以侧向径流、人工开采方式排泄,在丰水期及枯水期地下水位有所变化.
盾构隧道侧穿铁路客专桥梁32号桥墩如图1所示.
2 桥桩保护技术措施
2.1 保护方案（隔离桩）
在左右线隧道与盾构穿越的32号桥墩之间分别采用1排800mm@1000mm钻孔灌注隔离桩进行隔离防护,桩顶设置800mm×800mm混凝土冠梁,桩与隧道的净距0.6m,两侧隔离桩和32号桥墩桩基的最小净距分别为3.6m、3.7m,并在2排隔离桩最外侧桩桩顶设置800mm×800mm联系梁.钻孔灌注隔离桩设置范围为南北方向距离桥墩边缘各3～5m,共设置40根,桩长22.75m.
通过设置隔离桩,可以阻断隧洞开挖时的推力传递,降低开挖对桥桩结构的直接扰动,同时,隔离桩可以限制盾构机通过后两侧土体向临空侧的变形,进一步减小桩基本身的横向位移.设置顶部连梁可加强各钻孔桩之间的联系,进一步提高其抵抗变形的能力.
根据32号桥桩处桥底距地面净空较小的实际情况,桩基成孔后,钢筋笼采用分4节制作（单节长度5 m）、人工吊装,用导管法浇筑混凝土.隔离桩加固示意图如图2所示.
2.2 隔离桩实施
（1）施工流程.隔离桩为钻孔灌注隔离桩,采用隔孔钻孔、泥浆护壁成孔方法,灌注C30水下混凝土,钻孔灌注隔离桩施工流程如图3所示.
（2）施工控制要点.①钻孔灌注隔离桩孔口处应设置不小于1 m的钢护筒,护筒外侧下端需采用黏土填实;桩径允许偏差为±50 mm,桩位偏差为±20mm,桩身垂直偏差不大于1%;②根据桥梁下方净空条件,钢筋笼分段吊装,机械连接,每段钢筋笼的连接验收合格后方可进行后续施工;③每根桩须沿钢筋笼圆周对称设置2根 42mm×3.25 mm注浆钢管,同时兼作桩身完整性声速检测管,注浆管应伸入桩底,水泥采用P.O42.5,浆液的水灰比0.5～0.6,注浆压力2～4MPa,单管注浆量 1.5 m3;④钢筋笼的主筋上焊接护壁环,以保证保护层厚度和钢筋笼的垂直度.
3 盾构侧穿桥桩技术措施
3.1 辅助措施
（1）盾构穿越桥桩前与铁路主管部门做好沟通协调,对经过穿越桥桩区段的客专列车限速60km/h,确定盾构穿越时间段,合理安排盾构穿越桥桩期间的监测工作,施工期间限速方案应结合监测数据进行及时必要的调整.
（2）下穿前,在盾构到达下穿节点前100m设置盾构掘进试验段,模拟穿越施工,包括刀盘转速、土仓压力、推进速度、注浆量等参数的变化及与地面沉降的关系,以确定最佳的掘进参数.
（3）在试验段掘进前,全面进行设备维修保养,对盾构机的机电液系统做全面检查,发现有故障隐患的零部件及时更换,易损件做必要的储备,与盾构生产厂做好服务协调.对电瓶车、龙门吊、拌合站及必须的小型机具等辅助设备做全面检查,保证盾构穿越铁路区间时设备的完好性.
（4）整理先行区间穿越掘进参数,为后续掘进提供更合理的掘进参数参考.
3.2 盾构掘进控制措施
3.2.1 掘进参数设定
（1）土压力确定.根据掘进地质条件,土压力需根据静止土压力理论或郎肯主动土压力理论设定,最低土压力不得低于主动土压力.通过计算静止土压力与主动土压力[18-20],选取较大值作为土仓压力控制参考值.
（2）速度设定.盾構下穿铁路时应确保连续均衡施工,掘进速度过快或过慢都会对土体产生较大的扰动.根据试验段盾构推力、扭矩值合理确定掘进速度,设定侧穿桥梁时的盾构掘进速度为30～50 mm/min,刀盘转速1.0～1.1 转/min（不宜超过1.2转/min）,并根据实际掘进情况合理调整.
（3）同步注浆参数设定. 盾构机共设有4个同步注浆点,每个注浆点都有注浆压力和注浆量显示,注浆压力应与该位置的水土压力相匹配.一般情况下,注浆压力宜高于对应位置地层水土压力0.3～0.5 bar,并根据实际情况进行调整;注浆量一般为理论建筑空隙的180%～250%,实际注浆量通过压力、流量双重控制,以压力为主,流量为辅,保证注浆量充足.
3.2.2 渣土改良
根据掘进地层情况,渣土改良以油脂泡沫为主,通过设置合理的泡沫混合比及膨胀率,提高渣土改良效果.根据类似地层掘进经验,泡沫原液掺量4%,发泡率4～6倍,流量280～400 L/min,渣土改良效果较好.
3.2.3 盾构掘进
（1）纠偏控制.盾构掘进中合理选用不同分组油缸压力值,确保盾构轴线与隧道设计轴线偏差最小,规避因纠偏过大、过量超挖引起的地面沉降过大,以有效控制地面沉降,保证铁路列车的顺利运行.纠偏时,宜采用少纠勤纠的方法,每环纠偏量不超过5 mm,合理使用推进油缸、铰接油缸的行程差,结合盾尾间隙合理选用管片拼装点位,以提高纠偏效果,达到辅助控制地面沉降的目的.
（2）同步注浆控制.盾构掘进过程中的同步注浆使管片和土体形成稳定的整体,可以抑制地层沉降,防止管片变形和上浮造成管片错台.根据隧道埋深及土仓压力值选取合理的注浆压力值,以压力、流量双重控制,以压力为主、流量为辅,保证成型隧道的注浆质量.
（3）二次压浆.二次压浆是减少地表沉降的有效辅助手段,根据地面沉降监测数据,在管片盾尾脱出4环后,进行水泥-水玻璃双液二次注浆,以弥补同步注浆的不足以及因同步注浆浆液凝固收缩形成的建筑空隙,进一步有效控制地面沉降.
（4）管片拼装.盾构穿越铁路区段的隧道管片采用增加注浆孔的加强型管片,以利于二次注浆时有效控制地面沉降.管片结构配筋提升一级,以提高管片强度.
3.3 施工监测
盾构穿越铁路桥梁前联系铁路部门,进一步摸清线路周边环境情况,根据线路实际情况,在保证列车正常安全运行的前提下,布设桥墩的水平位移监测点、倾斜位移监测点、沉降监测点.图4为地面监测点布设图,图5为桥墩监测点布设图.施工中根据监测反馈的信息,及时对盾构掘进参数、加固参数作出调整,盾构侧穿胶济铁路客专铁路桥桩基后的稳定监测数据显示各项变形均小于0.2 mm,满足铁路各项控制指标要求.
4 结束语
土压平衡盾构在近距离侧穿底部净空较小的胶济铁路客专铁路桥桥桩施工中,采用钻孔灌注桩作为桥梁桩基与隧道的隔离桩,隔离桩顶部连梁提高了灌注桩的整体刚度,有利于地表沉降的控制;根据桥下净空条件确定钢筋笼的分段长度,钢筋笼采用机械连接、人工吊装的方法,解决了整体钢筋笼难以吊装的问题;采用微过土压平衡掘进模式,并进行足量同步注浆、及时二次补充注浆,有效控制了地面沉降;盾构侧穿胶济铁路客专铁路桥桩基后的稳定监测数据显示各项变形均小于0.2 mm,满足了铁路各项控制指标要求,保证了铁路客专的正常安全运营.
参考文献
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[3]闫静雅,张子新,黄宏伟,等. 桩基础荷载对邻近已有隧道影响的有限元分析[J].岩土力学,2008（9）.
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收稿日期 2019-12-12
责任编辑 朱开明
Construction technology of railway bridge pile passing through water rich stratum by EPB shield
Dan Xiaohua
Abstract： An EPB shield tunnel of Jinan metro is located in the water rich stratum with plastic clay in the upper part and grel soil in the lower part, and it passes through the high speed railway bridge pile with all clearance at the bottom at short distance. During the construction, bored cast-in-place isolation piles are set between the bridge pile and the tunnel for isolation and protection. Reinforced concrete coupling beams are constructed at the top of the isolation piles to improve the resistance of the cast-in-place piles to resist deformation. Positive circulation drilling with good retaining wall performance and low height is used to drill holes. The reinforcement cages are fabricated and hoisted section by section, and the concrete is poured in time after the mechanical connection is lowered into the well. The balanced driving mode EPB of micro earth pressure is used, and sufficient quantity of synchronous grouting and timely secondary supplementary grouting effectively controls the land subsidence and meets the requirements of various control requirements of railway high speed line and bridge.
Keywords： subway, EPB shield, water rich stratum, side crossing bridge pile
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土压平衡盾构引用文献:
[1] 土压平衡盾构参考文献格式范文 土压平衡盾构毕业论文范文2万字
[2] 风险评估和土压平衡盾构论文范文数据库 风险评估和土压平衡盾构学术论文怎么写2500字
[3] 土压平衡盾构硕士学位论文范文 土压平衡盾构方面专科毕业论文范文10000字
