08工文區(qū)間盾構(gòu)過文化路立交橋施工技術(shù)

1、工文區(qū)間盾構(gòu)穿越文化路立交橋施工技術(shù)何白琳（沈陽地鐵二號線3標項目經(jīng)理部）摘 要： 本文以沈陽地鐵二號線三標工文區(qū)間盾構(gòu)順利穿越立交橋人行天橋為例，總結(jié)了施工過程中采用的技術(shù)措施及措施實施后達到的效果。以供類似工點借鑒。關(guān)鍵詞： 盾構(gòu) 文化路立交橋 截樁 注漿加固 參數(shù)選擇 監(jiān)控量測1 前言沈陽地鐵二號線三標工文盾構(gòu)區(qū)間經(jīng)過文化路立交橋，因為在穿越過程中要正穿文化路人行天橋，其中有三根橋樁侵入盾徑范圍，盾構(gòu)刀盤將把部分素混凝土切割掉。因為要進行截樁施工，指揮部、監(jiān)理等對此段盾構(gòu)施工非常重視。2010年4月29日，由地鐵指揮部總工辦、工程處、質(zhì)量處、安全處、總監(jiān)辦、總體院、中鐵隧道設(shè)計院、沈陽市

2、政設(shè)計院、市政工程養(yǎng)護管理處、江蘇盛華監(jiān)理部、中鐵一局沈陽地鐵二號線項目部等相關(guān)人員組成的專家組針對項目部工文區(qū)間盾構(gòu)穿越文化路立交橋人行天橋保護方案進行了專家論證，并制定了一系列措施及應急預案。在2010年6月24日2010年6月28日，我項目部韶山一號盾構(gòu)機順利穿越了文化路立交橋人行天橋段，確保了通過人行天橋段的施工安全。實踐出真知，現(xiàn)將本次穿越立交橋的施工體會推介出來，以供類似工點借鑒。2 工程概況工文區(qū)間右線起點設(shè)計里程為K12+396.425，左線起點設(shè)計里程為K12+396.423，終點設(shè)計里程為K13+696.3，區(qū)間右線長度為1302.180m，左線長度為1302.182m。區(qū)

3、間隧道為單洞單線圓形斷面，盾構(gòu)法施工，線間距最大為39m,最小為12m。區(qū)間線路自工業(yè)展覽館站出發(fā)，沿青年大街下方由北向南至文體路站為止。期間區(qū)間穿越文化路立交橋人行天橋橋樁等建構(gòu)物。線路縱向呈“”字形坡，最大縱坡為30。區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)底最大埋深31.66m（覆土厚度25.66m），最小埋深16.6m（覆土厚度10.6m）。本區(qū)間設(shè)兩個聯(lián)絡(luò)通道，設(shè)置里程分別為右K12+791.501和右K13+230。3 工程地質(zhì)及水文情況根據(jù)勘察報告，工文區(qū)間的地質(zhì)特征從上而下依次為：第四系全新統(tǒng)人工堆積層（Q4ml）、第四系全新統(tǒng)渾河高漫灘及古河道沖積層（Q42al）、第四系全新統(tǒng)渾河新扇沖洪積地層（Q41

4、al-pl）、第四系上更新統(tǒng)渾河老扇沖洪積層（Q32al-pl）、第四系中更新統(tǒng)沖洪積層（Q2al-pl）；該場地地基土主要由第四系全新統(tǒng)和更新統(tǒng)粘性、砂類土及碎石土組成。左右線隧道洞身穿越范圍內(nèi)的地層主要是礫砂及少量的中粗砂。本區(qū)間地下水類型為第四系松散巖類孔隙潛水，主要含水層厚度30.030.7m，主要賦存在中粗砂、礫砂及圓礫層中，地下水埋深12米，隧底處水深19米。4 文化路立交橋人行天橋與右線線路平面位置關(guān)系工文區(qū)間右線盾構(gòu)隧道在里程為K12+480K12+550范圍內(nèi)，穿越文化路立交橋人行天橋。隧道覆土厚度16.3米，地層是以礫砂為主，含水量豐富。據(jù)對橋樁竣工資料的調(diào)查，此橋的建設(shè)單

5、位為沈陽市政建設(shè)工程公司，竣工時間為1986年；結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土現(xiàn)澆板梁，下部為鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，樁長為16m，樁徑為1.2m，為鉆孔灌注樁，樁底2m范圍內(nèi)為素混凝土樁，混凝土標號為C20,其中有三根橋樁侵入盾徑范圍，侵入有20100cm左右，盾構(gòu)刀盤通過時將把部分橋樁素混凝土切割掉。 圖1 文化路立交橋人行天橋5 設(shè)計對橋的安全檢算及專家論證會意見本盾構(gòu)區(qū)間設(shè)計單位，參照原橋荷載及地勘資料對橋的承載力進行檢算，在不進行地基加固的情況下通過，人行橋是安全的，在盾構(gòu)通過后，樁直接支撐在管片上，如考慮樁端承載，計算安全系數(shù)更高。在安全檢算通過的前提下，考慮到施工過程中樁底受到?jīng)_擊、地面沉降引起樁

6、側(cè)負摩阻力等不利因素，設(shè)計要求對土體進行加固。在2010年4月29日專家論證會上，針對工文區(qū)間盾構(gòu)穿越文化路立交橋人行天橋保護方案進行了專家論證，并形成以下專家意見：1、同意注漿加固；2、穿越橋樁施工期間，對人行天橋進行封閉，嚴禁車輛通行；3、加強設(shè)備維修保養(yǎng)，確保均衡連續(xù)施工，控制好推進速度、盾構(gòu)推力、出土數(shù)量、正面土壓力、姿態(tài)控制，加強同步注漿及二次注漿管理，合理調(diào)節(jié)漿液凝固時間；4、加強監(jiān)控量測，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果來調(diào)整掘進參數(shù)；5、做好應急預案，確保穿橋施工各項措施落實到位。圖2 橋樁與區(qū)間隧道右線的平面位置關(guān)系圖圖3 橋樁與右線隧道關(guān)系的橫剖面圖6 施工措施6.1人行天橋橋基注漿加固根據(jù)設(shè)

7、計要求要求，項目部對人行天橋的1、2號橋墩附近進行注漿加固，加固范圍為每個橋墩縱向7.2m、橫向12.2m 、豎向9m（見區(qū)間穿越人行天橋段縱剖面）。根據(jù)多年來的經(jīng)驗及考慮施工工期和施工可行性綜合分析，采用靜壓注漿法較為可行，因為注漿加固較為直接，施工便利，且噪聲較小，能文明施工，工期較短。有鑒于此，通過對場地所要加固的土層進行了詳細分析，優(yōu)選采用可調(diào)性靜壓注漿加固。該加固方法具有方便簡捷、文明施工、工效高等優(yōu)點，并可根據(jù)信息化管理，及時調(diào)節(jié)建筑物及地面的不均勻沉降，增加建筑物的整體穩(wěn)定性。人行天橋橋基加固時間從2010年5月2日開始至5月14日完成，采用“水泥-水玻璃”雙液漿對人行天橋南北兩

8、側(cè)橋墩下土體進行加固共注漿742.4m3，加固土體范圍約為900m3。6.2人行天橋橋基支撐加固為確保盾構(gòu)穿越過程中人行天橋橋體安全，項目部對人行天橋兩端橋墩處進行了支撐加固。橋支撐種分為型鋼鋼架和腳手架兩種。因1號、2號橋樁承受橋的絕大部分重力，通過受力檢算橋底南、北兩側(cè)支撐體系各需承擔85.5噸。故先對墩附近土體進行臺階型的硬化，再在臺階上設(shè)型鋼鋼架，并用50噸千斤頂進行支撐，一出現(xiàn)沉降或傾斜超量，采用千斤頂加力使橋恢復至原始狀態(tài)。40腳手架主要是加固0號、3號橋臺附近，此部分的支撐作為一種安全貯備。6.3人行天橋橋基加固的效果在盾構(gòu)穿越過人行天橋過程中證明，橋下路面及橋體在盾構(gòu)施工影響下

9、產(chǎn)生的沉降及變形均滿足監(jiān)測規(guī)范要求。7 穿越人行天橋時盾構(gòu)參數(shù)選擇為減小盾構(gòu)施工對人行天橋的影響，在施工中應盡可能地減小盾構(gòu)掘進對周圍土體的擾動，減少地表沉降，關(guān)鍵技術(shù)是保持盾構(gòu)開挖面的穩(wěn)定和管片脫出盾尾后建筑空隙的及時充填。盾構(gòu)開挖面的穩(wěn)定可以通過優(yōu)化掘進參數(shù)來控制，其主要參數(shù)有五個: 推進速度、盾構(gòu)推力、出土數(shù)量、正面土壓力、姿態(tài)控制；管片與土體之間的空隙充填則采取同步注漿與二次補強注漿。在盾構(gòu)掘進過程中進行同步注漿，使管片脫出盾尾后的環(huán)形空隙中及時充填足量的漿液，防止周圍土體擠入，引起土體位移；二次注漿是彌補同步注漿的不足，是減小沉降的有效措施；同時注意盾構(gòu)姿態(tài)的控制，在盾構(gòu)通過人行天橋

10、過程中確保姿態(tài)，不出現(xiàn)較大的糾偏，保持連續(xù)均衡的施工。7.1掘進速度盾構(gòu)推進速度與正面土倉壓力、千斤頂推力、土體性質(zhì)等因素有關(guān)，一般應綜合考慮。盾構(gòu)隧道穿越人行天橋地段長度為40m，由于隧道穿越洞身范圍為礫砂層，分析已施工完的礫砂層掘進參數(shù)，確定穿越時的推進速度控制在2030mm/min（截樁時推進速度不超過5mm/min），計劃按平均每天12環(huán)的進度（截樁當日進度8環(huán)）保持連續(xù)均衡掘進，同時考慮到截樁對進度的影響，預計4天內(nèi)通過人行天橋。實際盾構(gòu)穿越人行天橋從2010年6月24日開始至6月28日通過，共計5天時間，日進度平均8米左右。7.2盾構(gòu)推力盾構(gòu)掘進根據(jù)之前施工段中總結(jié)的經(jīng)驗，截樁時總

11、推力控制在10000 KN左右，其余地段控制在12000KN左右。在整個穿越過程中，推力基本保持在11000KN左右，截樁過程根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，沉降滿足要求。7.3出土數(shù)量根據(jù)前期的出土參數(shù)，礫砂層松散系數(shù)1.11.2，盾構(gòu)穿越人行天橋段比一般地段更嚴格控制，松散系數(shù)保持在1.1左右，即出土量控制在41m3 左右。根據(jù)整個穿越過程的嚴格控制，每環(huán)出土量基本不超過42m3,為地面安全提供了保障。7.4土倉正面土壓穿越人行天橋期間，隧道拱頂埋深為在1516米之間，洞身范圍全部為礫砂層，土倉壓力控制在1.51.8bar之間，同時根據(jù)地質(zhì)情況及監(jiān)測數(shù)據(jù)及時作出了調(diào)整。有效的控制了開挖面的穩(wěn)定。7.5姿

12、態(tài)控制在到達前將盾構(gòu)姿態(tài)控制在設(shè)計范圍以內(nèi)，減小了在穿越人行天橋期間出現(xiàn)線路糾偏的可能行，特別是大量值糾偏，沒有發(fā)生。同時也提前做好測量換站工作，確保了穿越過程中不需停頓換站，減少了停機時間。整個穿越過程線形控制良好。7.6同步注漿“韶山一號”盾構(gòu)刀盤的外徑為6280mm，大于管片的直徑6000mm，當管片脫離盾構(gòu)機外殼后，在管片與天然土體之間將存在一定的空隙，故需及時將此空隙進行填充。同步注漿采用硬性漿液,注漿材料具備以下基本性能 ：（1）具有良好的長期穩(wěn)定性及流動性，并能保證適當?shù)某跄龝r，以適應盾構(gòu)施工以及遠距離輸送的要求。 （2）具有良好的充填性能。 （3）在滿足注漿施工的前提下，盡早地

13、獲得高于地層的早期強度。 （4）漿液在地下水環(huán)境中，不易產(chǎn)生稀釋現(xiàn)象。 （5）漿液固結(jié)后體積收縮小于5%。 7.6.1硬性漿液配比及主要物理力學指標（1）漿液配比表1 步注漿材料配比和性能指標表 （硬性漿液）材料名稱水泥水砂粉煤灰膨潤土早強劑每盤用量(kg/2.5m3)700896219144820370比例11.283.130.640.290.1（2）同步注漿漿液的主要物理力學性能應滿足下列指標：膠凝時間：一般8h。固結(jié)體強度：一天不小于0.2MPa（相當于軟質(zhì)巖層無側(cè)限抗壓強度），28天不小于2.5MPa（略大于強風化巖天然抗壓強度）。漿液結(jié)石率：>95%，即固結(jié)收縮率<5%。

14、漿液坍落度1620 cm。漿液穩(wěn)定性：傾析率（靜置沉淀后上浮水體積與總體積之比）小于5%。7.6.2 注漿量的控制盾構(gòu)推進中的同步注漿和壁后補注漿是填充土體與管片圓環(huán)間的建筑間隙和減少后期沉降的主要手段，也是盾構(gòu)推進施工中的一道重要工序。注漿采用注漿壓力和注漿量雙指標控制標準，即當注漿壓力達到設(shè)定值(22.5bar)時，注漿量達到試驗確定值（一般為5m3）的95%以上時，即可認為達到了質(zhì)量要求。7.7二次注漿(1)二次注漿范圍由于同步注漿漿液的初凝時間一般為8h，為保證穿越人行天橋期間，后方管片的穩(wěn)定性，穿越段前后各20米（共80米），每環(huán)均進行二次補強注漿，以及時固定管片，填充同步注漿收縮留

15、下的空隙。(2)注漿孔位置二次注漿采用后方注漿方式，注漿孔位置選擇在管片的左、右上角部位。 (3）注漿方式在隧道內(nèi)，通過管片注漿孔（管片脫出盾尾68環(huán)位置）注漿，注漿之前先疏通注漿孔，通孔后記錄孔內(nèi)同步注漿情況，達到預定深度（深入管片背后25cm）后，再開始注漿。(4）注漿材料及其配比二次補漿漿液配合比與同步注漿一致。(5）注漿壓力由于同步注漿及盾構(gòu)掘進對地層擾動差異，二次補強注漿數(shù)量差異大，因此以注漿壓力為控制標準，考慮管片受力安全，二次補強注漿壓力為34bar，達到此壓力后持續(xù)5分鐘即可停止補漿。注漿工作是盾構(gòu)施工中的重要工序之一，所以在穿過程中進一步加強了同步注漿及二次補漿量，嚴格按照技

16、術(shù)指標執(zhí)行，每環(huán)注漿量均有專人進行記錄。這對穿越過程的施工安全和施工質(zhì)量又提供了一道保障。8 穿越人行天橋時施工過程的控制（1）在穿越前對盾構(gòu)及其它輔助設(shè)備進行了全面的徹底的檢修。對盾構(gòu)上現(xiàn)存的機械故障和缺陷，并對可能產(chǎn)生的故障預先做好修理準備，并備好易損件的配件。特別是螺旋輸送機、同步注漿系統(tǒng)、泡沫注入系統(tǒng)等一些對盾構(gòu)掘進有重要影響的部位，進行了認真檢修。保障盾構(gòu)在穿越人行天橋時的正常運轉(zhuǎn)。（2）根據(jù)出土情況合理設(shè)置土壓力，防止超挖和欠挖。在盾構(gòu)推進的過程中，根據(jù)地層及埋深情況分析，可將土壓控制在1.51.8bar,并根據(jù)地面及時反饋的監(jiān)測數(shù)據(jù)對土壓力值進行調(diào)整。在整個穿越過程中未出現(xiàn)超挖現(xiàn)

17、象，減少了施工時對土體的擾動。（3）嚴密監(jiān)視螺旋輸送機的出渣情況，及時調(diào)整渣土改良的參數(shù)，防止螺旋輸送機發(fā)生噴涌及開挖面坍塌。使出渣的速度與掘進的速度相匹配，使土倉壓力保持穩(wěn)定。（4）加強盾構(gòu)姿態(tài)的測量，嚴格控制盾構(gòu)姿態(tài)，避免了在穿越過程中出現(xiàn)較大的糾偏。（5）嚴格控制每環(huán)同步注漿量并及時進行二次注漿，同步注漿及二次補漿均采用注漿壓力及注漿量進行雙控，確保管片與土體之間的空隙填充密實。（6）在盾構(gòu)機的刀盤抵到橋樁上時，適當?shù)慕档土司蜻M速度，以較低速度轉(zhuǎn)動刀盤。若出現(xiàn)刀盤扭矩增大時，適當?shù)脑龃笈菽瓌┖团驖櫷恋淖⑷肓浚怀霈F(xiàn)刀盤被卡住的情況時，通過反復的正反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動刀盤的方式解決，正、反轉(zhuǎn)時扭矩應緩慢

18、加大，避免對橋樁造成破壞性影響。實際推進過程中并未遇到以上情況，刀盤工作處于正常狀態(tài)。（7）利用監(jiān)測結(jié)果及時調(diào)整施工參數(shù)，指導施工，提高掘進水平。加強對施工土壓力、出土量、推進姿態(tài)、推進速度、同步注漿管理，找出上述參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)，進一步優(yōu)化土壓力值及相宜的推進速度等參數(shù)，最大程度減少地層損失。盾構(gòu)穿越人行天橋過程中，地面及橋體均滿足沉降要求，確保了地面及橋體的安全。9 穿越人行天橋時監(jiān)控量測措施穿越橋樁時，加強對橋面裂縫、橋柱下沉、橋柱傾斜等的監(jiān)控測量，監(jiān)測結(jié)果及時返回給土木工程師。利用監(jiān)測結(jié)果及時調(diào)整施工參數(shù)，指導施工，提高掘進水平。加強對施工土壓力、出土量、推進姿態(tài)、推進速度、同步注漿管理，找出上述參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)，進一步優(yōu)化土壓力值及相宜的推進速度等參數(shù)，最大程度減少地層損失，將沉降控制在最小范圍內(nèi)，滿足沉降要求。按照設(shè)計圖紙要求，在人行天橋橋面上設(shè)4個沉降觀測點，每隔5米設(shè)一個共設(shè)10個裂縫觀測點。橋兩側(cè)的地面上每側(cè)設(shè)3個共6個沉降觀測點。同時在相鄰橋的樁基上也相應地布置沉降觀測點。盾構(gòu)穿