盾構下穿滬杭高速鐵路高架橋的施工技術

楊國寶 吳義明 李 強

（浙江象山宏潤建設集團股份有限公司，310004，杭州∥第一作者，工程師）

杭州地鐵1號線的盾構施工經驗為杭州地鐵后續施工奠定了實踐基礎。在杭州軟土地層中，1號線盾構順利穿越了大量建筑物，其中，在杭州地鐵1號線喬司北站—臨平高速鐵路站區間，盾構下穿高速鐵路高架橋施工是工程的一大難點。高速鐵路高架橋橋墩沉降、水平位移的允許值僅為3mm。經同濟大學專家通過建模分析研究，最終采取了預先對盾構下穿高速鐵路段進行圍護樁加固，并在圍護樁頂部設置圈梁、系梁支撐等措施，以降低盾構施工對周邊高速鐵路橋墩樁基的影響。

1 工程概況

杭州地鐵1號線18號盾構，在喬司北站—臨平高速鐵路站區間，右線、左線盾構先后于樁號右K37＋423.16～右 K37＋468.16、左 K37＋410.91～左K37＋455.91旁側穿越滬杭高速鐵路高架橋橋墩。該區間左右線盾構下穿段隧道中心埋深為11.7m，線間距15m，隧道外徑6.2m、內徑5.5m，管片襯砌厚0.35m；下穿段盾構主要穿越土層為③2粉砂層、③5砂性粉土。地鐵隧道左線距離滬杭高速鐵路西側承臺樁基最近凈距為6.16m；隧道右線距離滬杭高速鐵路東側承臺樁基最近凈距為5.19m。為減少盾構掘進施工對高速鐵路橋墩的影響，預先在盾構穿越段兩側（即地鐵隧道與高速鐵路橋墩間）各打設1排φ800mm鉆孔樁和1排φ600mm旋噴加固樁；旋噴加固樁與隧道間凈距為1m，并在圍護樁樁頂設置圈梁，兩排圈梁間設置混凝土系梁支撐。盾構穿越高速鐵路段的地鐵隧道與滬杭高速鐵路橋墩關系如圖1所示。

2 高速鐵路橋墩基礎形式及上部結構概述

盾構下穿段高速鐵路橋墩基礎為承臺樁基形式。樁基采用φ1.25m鉆孔樁，左、右樁底標高分別為－67.663m、－67.163m，左、右承臺標高分別為0.337m、0.837m。基礎、上部結構形式及剖面關系如圖2及圖3所示。

3 圍護樁對橋墩沉降控制的理論分析

圖1 杭州地鐵1號線隧道與滬杭高速鐵路高架橋橋墩的位置關系圖

高架橋①號承臺的1號樁距地鐵隧道的左線最近，④號承臺的2號樁距地鐵隧道的右線最近。現對處于最不利位置的1號樁（①號承臺）和2號樁（④號承臺）的沉降和水平位移進行理論分析。經同濟大學專家通過建模分析研究（見圖4、圖5），由圖5的變形云圖得出，左右線盾構旁側穿越高速鐵路橋墩時，樁基主要產生向隧道方向的水平位移，而由于橋墩樁基形式為端承樁，使樁基沉降相對較小。以距離隧道最近的高架橋1、2號樁作為分析對象，在未設置圍護樁及設置圍護樁的情況下，分別對1、2號樁的沉降值、水平位移值進行了計算，結果如表1所示。

圖2 地鐵盾構隧道下穿段的滬杭高速鐵路高架橋承臺及上部結構示意圖

圖3 地鐵盾構隧道下穿段的滬杭高速鐵路高架橋承臺樁位示意圖

圖4 計算模型局部示意圖

表1 高架橋1、2號樁的沉降值和水平位移值理論計算結果

4 地鐵盾構下穿段施工時高速鐵路橋墩變形實測數據

實際施工時橋墩的沉降監測點和水平位移監測點布置如圖6及圖7所示。

4.1 盾構正常推進時對橋墩變形的監測

本工程左線盾構在旁側穿越高速鐵路橋墩時盾構各項參數設定均正常，在盾構穿越的不同階段橋墩實際監測數據如表2所示。

當盾構正常推進時，在圍護樁結構作用下，盾構旁側穿越高速鐵路橋墩施工對樁基沉降、水平位移影響較小。

圖5 地鐵盾構隧道貫穿時高速鐵路橋梁樁基總變形和水平變形云圖

圖6 橋墩沉降監測點布置圖

圖7 橋墩水平位移監測點布置圖

表2 橋墩沉降監測點、水平位移監測點數據總表

當盾構推進速度一定時，在盾構切口未到橋墩位置時，橋墩沉降、水平位移主要受盾構切口土壓設定的影響：土壓設定值偏高時，將出現盾構切口前方隆起，橋墩發生向外水平位移現象；土壓設定值偏低時，將出現盾構切口前方橋墩沉降及橋墩向內水平位移現象。當盾構到達橋墩位置時，橋墩受盾構擾動的影響較大，如盾構到達橋墩位置時大幅度進行糾偏調整盾構姿態將會直接影響橋墩的沉降和水平位移。當盾尾脫離橋墩位置時，受同步注漿尚未固結影響，地面沉降相對較大，并影響橋墩的水平位移和沉降，但在短時間內將趨于穩定。

因此，如何合理設定盾構土壓等施工參數，避免盾構推進中的大幅度糾偏，及時進行同步注漿的壓注是盾構旁側穿越高速鐵路橋墩的關鍵所在。

4.2 盾構在非正常推進時對橋墩變形的監測

在盾構穿越前預先設置圍護隔斷樁將大大減少盾構掘進對高速鐵路樁基的影響，特別在非正常掘進過程中，圍護隔斷樁將對周邊土體起到有效的支護作用。由于本區間主要穿越粉砂層，含水量較大，易出現螺旋機噴涌現象。這一現象會對地面沉降造成很大影響。

在右線穿越高速鐵路施工過程中，當盾構切口靠近加固區時曾出現螺旋機噴涌現象（噴涌時間為2012年1月1日），無法有效保證盾構正面的土壓平衡和盾構的出土量控制。在這異常條件下，造成盾構周邊地面沉降累計達－16.62mm，但由于圍護隔斷樁的作用及高速鐵路端承樁本身的受力特性，橋墩樁基變形較小，樁基最大沉降僅為－0.63mm，最大位移僅為－0.93mm。地面沉降及橋墩樁基的變形情況如圖8、圖9所示。

圖8 地面與橋墩沉降監測數據曲線圖

圖9 橋墩水平位移監測數據曲線圖

5 結語

本文所介紹的盾構旁側穿越高速鐵路高架橋墩的施工經驗，有助于今后的地鐵盾構穿越施工工程。本文總結了盾構在粉砂性地層中下穿高速鐵路的重點技術措施，并對相關數據進行了分析，預設圍護樁能有效地減少盾構掘進對高速鐵路橋墩的影響。

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