盾構隧道近距離穿越既有線高架橋施工技術研究

蘆玉杰

(北京軌道交通建設管理有限公司，北京 100068)

0 引言

近年來，以北京為例的特大城市軌道交通建設發展迅速，總里程已經達到1 000 km，并且相關建設仍在持續進行，通過不斷優化軌道交通建設的布局、理念，軌道交通建設已經形成集交通、文化、娛樂等功能的城市微中心，有效促進了城市的新發展。但同時新建軌道交通建設面臨的難度和風險也逐漸增加。北京地鐵建設各類橋梁近接施工案例增加，側穿、下穿等工況已經成為當前地鐵施工的常態。因此，如何確保地鐵施工安全以及橋梁的正常運行成為施工的重難點，也是當前研究的重要課題。

郭一斌等以盾構近距離穿越大型立交橋超長樁基為案例，系統研究施工隊樁基及橋梁上部結構的影響。穿越施工過程會導致樁身變形和內力變化，且會隨著穿越位置關系的不同產生差異性的變化[1]。賀善寧針對南京地鐵連續下穿6座高架橋樁問題為對象，通過數值模擬計算分析了注漿加固措施、縱梁橫撐加固及鉆孔灌注樁隔離加固措施等對橋梁的影響[2]。丁智系統分析了地鐵隧道與橋樁相互近接施工的影響及控制技術，總結分析了隧道施工對樁基的控制保護技術以及橋樁施工對既有隧道結構的控制保護技術[3]。汪衛軍等以北京地鐵12號線切削西壩河橋樁為例，分析盾構刀盤系統、推進系統以及排渣系統切樁難點，并提出再制造對盾構各系統進行改進，優化再制造盾構各部分的切樁適應性[4]。漆偉強等采用數值模擬方法，以北京地鐵16號線垂直下穿肖家河匝道橋為例，分析了盾構掘進參數對橋樁縱橫向及沉降變形的影響[5-6]。

本文以北京地鐵下穿13號線高架橋樁基為例，通過總結側穿施工經驗為同類施工提供借鑒依據。

1 工程概況

1.1 既有13號線高橋梁概況及位置關系

既有地鐵13號線高架區間，橋梁兩側與路基相接，中間設變形縫，高架形式為15 m+14.25 m+17.5 m+18.5 m四跨簡支箱梁，梁高約1.4 m；橋墩為片墩，高約6 m；承臺尺寸為5 m×5.5 m，高2 m；橋樁直徑1 m，樁長約23 m。

單體橋碎石道床采用單層碎石道床，道碴層厚25 cm，道床邊坡1∶1.75，道床肩寬40 cm。土質路基上的道床采用雙層碎石道床，道床厚45 cm，其中道碴層厚25 cm，底碴層厚20 cm，道床邊坡1∶1.75，道床肩寬40 cm，軌道建筑高度(內軌頂至路肩坡腳)為99.5 cm。

新建隧道采用兩臺土壓平衡盾構法施工，盾構刀盤直徑6.68 m，隧道管片外徑6.4 m，內徑5.8 m，厚300 mm，環寬1.2 m，新建區間盾構隧道穿越既有線高架橋區間，新建隧道結構與既有線橋樁平面最小凈距為 1.51 m(見圖1)。

1.2 工程地質和水文地質條件

新建隧道主要賦存三層地下水，上層滯水(一)標高36.94 m～38.88 m，層間潛水(三)標高19.19 m～19.39 m，層間潛水(四)10.88 m～11.69 m。盾構區間洞身圍巖主要為粉質黏土、黏土、粉土、粉細砂、中粗砂層，局部卵石-礫石，影響本區間地下水主要為層間潛水(三)，水位位于區間頂板附近，具有微承壓性。下穿既有線地鐵范圍從上往下主要為粉細砂層、卵石層、黏土、粉土。

2 施工技術控制

2.1 地層加固

針對盾構區間穿越既有線高架橋橋樁情況，采用地面注漿措施對橋樁進行隔離保護。地面注漿范圍：橋樁下方3 m，盾構頂上方5 m，橋樁兩側各3 m；深孔注漿采用后退式(WSS)注漿施工。

注漿工藝參數：

1)漿液擴散半徑：深孔注漿為R=500 mm。

2)注漿壓力：深孔注漿的初壓注漿壓力0.8 MPa～1 MPa，在終壓狀態下當每分鐘進漿量小于3 L或注漿壓力在終壓狀態逐步升高可停止注漿。

3)注漿漿液：注漿材料為水灰比(質量比)1∶1水泥漿。

2.2 既有線橋梁支頂防護

在新建地鐵盾構施工過程中，為確保橋梁結構安全，確保既有13號線的運營安全，對既有區間高架上部結構進行支頂防護，使上部結構主梁差異沉降、絕對沉降不超過控制指標，橋墩結構變形控制指標，墩頂豎向變形3 mm，水平變形1 mm，橋墩間差異沉降2.5 mm，路基與橋臺間差異沉降1.0 mm，橋墩傾斜1‰。

利用既有13號線高架橋1號～3號軸中墩墩頂空間，在墩頂與梁底約20 cm間隙內布設120 t超薄型千斤頂，對上部結構主梁進行頂升保護。工程實施應利用夜間列車停運時間，對上部結構進行頂升。

支頂防護的實施，應根據地鐵施工監測結果，確定啟動支頂的橋墩位置。

1)千斤頂的噸位選擇。

千斤頂有各種不同噸位，如75 t，100 t，200 t，300 t等。千斤頂所給的噸位是最大限度的頂力，所以考慮到對儀器的減少磨損，應預留出安全值。在給定的千斤頂噸位上乘以80%后還應大于設計所給的荷載。根據設計所給的荷載判定出我們應使用的千斤頂噸位為150 t 24個(備用4個)，每個墩柱設置8個千斤頂(見圖2)。

2)頂升系統設計。

頂升系統設置1個總泵站，3個分泵站，每個分泵站設置2個子站，每個子站控制4臺千斤頂，見圖3。

3)頂升步驟。

頂升分3個步序施工，第一序頂升，第二序加墊，第三序落梁。具體步驟見圖4。

2.3 盾構掘進

為了保證盾構穿越既有線安全，滿足結構沉降變形要求，在穿越既有線前設置試驗段，在試驗段(50環)掘進中參照類似地層確定盾構掘進參數。盾構推力15 000 kN～18 000 kN，盾構刀盤轉速1.0 r/min～1.2 r/min，扭矩2 500 kN·m～2 700 kN·m，推進速度40 mm/min～60 mm/min，土倉頂部壓力1.5 Bar～1.8 Bar。同步注漿壓力2 Bar～3 Bar，每環(1.2 m)注漿量Q=4.86 m3～6.48 m3。

盾構機穿越后,通過管片中部的注漿孔進行二次補注漿，補充一次注漿未填充部分和體積減少部分，從而減少盾構機通過后,土體的后期沉降，減輕隧道的防水壓力，提高止水效果。

3 監控量測

盾構穿越既有線橋樁前后及盾構穿越過程中的橋梁及既有線軌道安全監測，監測內容：路基、軌道結構沉降，軌道靜態幾何形位監測，橋墩沉降、位移、傾斜監測，地面沉降監測，橋梁墩臺沉降及差異沉降監測，橋梁墩柱水平位移及傾斜監測。既有線路基、軌道結構沉降采用自動化監測，自動化監測頻率采用20 min/次～60 min/次，既有線影響區域內布置5組自動化監測點，具體見圖5。

右線盾構穿越既有線橋樁后，既有線軌道最大累計沉降-0.91 mm，左線盾構穿越既有線橋樁后，既有線軌道最大累計沉降-1.09 mm。

盾構掘進穿越高架橋橋樁后，樁頂沉降曲線如圖6所示，樁頂的沉降變化隨著盾構機穿越期間迅速增加，最大沉降達4.5 mm，隨著盾構掘進繼續向前推進以及同步注漿、二次補漿的措施，其樁頂沉降逐漸趨于平緩。

4 結語

本次盾構穿越既有線高架橋區間，通過采用綜合加固措施確保施工過程中的順利進行，根據現場施工監測結果可以看出，采用隔離加固、預壓支頂及有效控制盾構掘進參數能夠保障高架橋的整體變形要求，既有線軌道最大累計沉降-1.09 mm，滿足設計要求，本工程經驗可以在類似的工程中應用推廣。