地鐵盾構(gòu)穿越橋梁樁基加固措施和變形監(jiān)測研究

李 丹

（南京市公共工程建設(shè)中心，江蘇 南京 210019）

文章以地鐵盾構(gòu)近距離穿越高速公路橋梁樁基為背景，并結(jié)合施工監(jiān)測過程進(jìn)行分析探討，對橋墩變形及地表沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，研究盾構(gòu)穿越加固措施及對周邊環(huán)境的影響規(guī)律，為以后類似工程提供參考。

1 工程背景

1.1 工程概況

地鐵盾構(gòu)區(qū)間在DK3+620～DK3+660段側(cè)穿高速公路橋橋樁，隧道埋深約11.1 m，兩隧道水平中心間距約21.6 m，管片外徑6.2 m，內(nèi)徑5.5 m，管片采用鋼筋混凝土預(yù)制，強(qiáng)度等級(jí)為C50，厚度為0.35 m，環(huán)寬1.2 m，管片為通用環(huán)，采用錯(cuò)縫拼裝。

高速公路上部結(jié)構(gòu)采用裝配式部分預(yù)應(yīng)力簡支小箱梁（橋面連續(xù)），全寬24.5 m，左、右幅分幅設(shè)計(jì)，寬12 m。橫向4片通過濕接縫連接，梁高1.3 m。下部結(jié)構(gòu)為柱式墩，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。墩帽長度為10.04 m，墩帽厚度1.5 m；墩帽下接兩根直徑1.2 m墩柱和直徑1.5 m樁，樁長23～24 m，柱樁間距5.6 m，橋下凈空為4.5～5 m，樁基按端承樁設(shè)計(jì)。

跨越處高速公路橋墩編號(hào)為N45～N47，線路以盾構(gòu)形式于N45-1～N45-4、N46-1～N46-4、N47-1～N47-4樁間穿過，其中N46-4橋樁與右線盾構(gòu)隧道距離最小為3.193 m。設(shè)計(jì)城際軌道交叉處為緩和曲線和R=650 m圓曲線，分兩孔穿越，線路與高速公路的平面交角為65°。盾構(gòu)與高速公路平面位置關(guān)系如圖1所示。

圖1 盾構(gòu)和高速公路平面位置關(guān)系示意圖

2 橋樁加固措施

根據(jù)橋下的地質(zhì)條件和盾構(gòu)隧道與高架鉆孔樁基礎(chǔ)的距離，采用袖閥管注漿的方法進(jìn)行改良與隔離區(qū)間隧道、與樁基之間的土體，提高土層的強(qiáng)度、穩(wěn)定性，降低其滲水性，隔斷盾構(gòu)隧道施工對高架橋鉆孔樁樁基的影響。

（1）區(qū)間隧道距離橋樁小于1D（D為隧道直徑6.2 m）時(shí)，采用4排隔離樁；區(qū)間隧道距離橋樁小于5d（d為橋樁直徑1.5 m）時(shí)，采用3排隔離樁；區(qū)間隧道距離橋樁小于2D（D為隧道直徑6.2 m）時(shí)，采用2排隔離樁。

隔離樁直徑0.5 m，間距0.4 m，梅花形布置，隔離樁采用袖閥管注漿。注漿材料采用水泥漿，注漿壓力約0.2～0.5 MPa，根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)情況確定。

隔離樁與盾構(gòu)區(qū)間隧道凈距取0.5 m；為減少注漿對橋樁的影響，距離橋樁1d（d為橋樁直徑1.5 m）范圍內(nèi)隔離樁可不施作。隔離樁長度18 m。

（2）區(qū)間隧道距離橋樁小于1D（D為隧道直徑6.2 m）時(shí)，隧道上方地層滿堂加固，加固深度自地面下1 m起，至隧道底部下方1 m結(jié)束，長度18 m；加固樁直徑0.8 m，間距0.6 m，梅花形布置，隔離樁采用袖閥管注漿。注漿材料采用水泥漿，注漿壓力約0.2～0.5 MPa，根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)情況確定。

（3）隔離樁漿液填充率取45%，滿堂加固樁漿液填充率取20%。

袖閥管注漿加固布置示意圖如圖2所示。

圖2 袖閥管注漿加固平面示意圖

3 監(jiān)測方案

3.1 監(jiān)測點(diǎn)布置

地表沉降監(jiān)測點(diǎn)沿隧道中心線布置，每10 m布設(shè)一個(gè)點(diǎn)，穿越高速橋墩部分每20 m布設(shè)一個(gè)斷面，每個(gè)斷面上9個(gè)測點(diǎn)（含軸線測點(diǎn)），斷面上測點(diǎn)距離隧道軸線分別為15 m、10 m、5 m、0 m（左軸線）、左右線軸線中點(diǎn)、0 m（右軸線）、5 m、10 m、15 m。

對穿越段左、右線隧道中線兩側(cè)1倍隧道埋深范圍區(qū)域高速橋墩進(jìn)行沉降監(jiān)測，每個(gè)橋墩布設(shè)1個(gè)沉降監(jiān)測點(diǎn)。

監(jiān)測點(diǎn)位布設(shè)平面示意圖如圖3所示。

圖3 監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)平面示意圖

3.2 監(jiān)測方法

沉降監(jiān)測采用Ⅱ等垂直位移監(jiān)測技術(shù)要求進(jìn)行，并布設(shè)成附合水準(zhǔn)路線。盾構(gòu)穿越期間每天觀測一次。

4 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

為了全面掌握施工影響范圍內(nèi)的地表沉降和橋墩沉降變化規(guī)律，本項(xiàng)目布置了35個(gè)地表沉降監(jiān)測點(diǎn)和12個(gè)橋墩沉降監(jiān)測點(diǎn)，受篇幅所限，本文僅對重點(diǎn)監(jiān)測點(diǎn)和典型橫斷面進(jìn)行分析。

4.1 地表沉降

右線下穿時(shí)選取隧道軸線上的監(jiān)測點(diǎn)K3+640-4和K3+650-4，左線下穿時(shí)選取隧道軸線上的監(jiān)測點(diǎn)K3+640-6和K3+650-6，對地表沉降累計(jì)量和刀盤的距離關(guān)系進(jìn)行分析。在盾構(gòu)機(jī)刀盤距離地表沉降監(jiān)測點(diǎn)30 m左右時(shí)，前方監(jiān)測點(diǎn)開始逐漸輕微隆起，隆起量最大值為1.7 mm，這是由于盾構(gòu)機(jī)向前推進(jìn)時(shí)對土體的擠壓造成的。在盾構(gòu)機(jī)刀盤距離監(jiān)測點(diǎn)10 m左右時(shí)，監(jiān)測點(diǎn)開始逐漸沉降，在盾構(gòu)機(jī)刀盤通過后10～20 m范圍時(shí)，地表監(jiān)測點(diǎn)沉降速率達(dá)到最大值，此過程處于盾構(gòu)機(jī)通過和盾尾脫出階段，對土體擾動(dòng)較大。之后沉降速率開始逐漸變緩，直至最后趨于穩(wěn)定，盾構(gòu)機(jī)通過后50 m時(shí)，沉降量最大值為14.3 mm。地表沉降與刀盤距離關(guān)系曲線圖如圖4所示。

圖4 地表沉降與刀盤距離關(guān)系曲線圖

選取典型橫斷面K3+640地表沉降監(jiān)測點(diǎn)，對盾構(gòu)掘進(jìn)引起的地表橫斷面沉降曲線進(jìn)行分析。如圖4所示，盾構(gòu)掘進(jìn)引起的地表沉降大致沿盾構(gòu)隧道中心線呈對稱分布，隧道中心線處地表沉降量大于隧道軸線兩側(cè)地表沉降量，并且隨著與隧道中心線距離的增大而減小，形成類似于正態(tài)分布曲線的沉降槽，該規(guī)律也與Peck地表沉降槽理論相吻合。

4.2 橋墩沉降

盾構(gòu)掘進(jìn)過程中，距離盾構(gòu)區(qū)間最近的四個(gè)橋墩（N45-4、N46-1、N46-4、N47-1）沉降監(jiān)測時(shí)程曲線如圖5所示，從圖5中可以看出，盾構(gòu)下穿過程中橋墩沉降變化趨勢與地表沉降總體一致，呈現(xiàn)先輕微隆起后下沉的規(guī)律，盾構(gòu)通過后最終沉降量趨于穩(wěn)定。

圖5 橋墩沉降時(shí)程曲線圖

所有橋墩沉降監(jiān)測點(diǎn)累計(jì)沉降量如圖6所示，從圖6中可以看出，橋墩沉降累計(jì)量總體較小，最大值為0.9 mm，對應(yīng)的橋墩號(hào)為N46-2、N46-4、N47-1，其中N46-4、N47-1均距離盾構(gòu)區(qū)間較近，距離盾構(gòu)區(qū)間較遠(yuǎn)的橋墩沉降量相對較小。由于盾構(gòu)區(qū)間所處的地層地質(zhì)條件較好，橋梁樁基底部位于中風(fēng)化安山巖中，屬于端承樁，所以盾構(gòu)掘進(jìn)施工對地層的擾動(dòng)較小，橋墩沉降總體較小。

圖6 橋墩沉降累計(jì)變化量曲線圖

5 結(jié)語

盾構(gòu)掘進(jìn)引起的地表沉降縱向呈先輕微隆起后下沉的規(guī)律，盾構(gòu)機(jī)通過和盾尾脫出階段，沉降速率達(dá)到最大值，橫向沿隧道中心線呈對稱分布，并且隨著與隧道中心線距離的增大而減小，形成沉降槽。采用袖閥管注漿進(jìn)行地基加固和隔離，對地表和橋墩沉降起到了較好的控制作用。