某軌道交通線擴能提升工程盾構(gòu)下穿特大橋技術(shù)總結(jié)

某軌道交通線擴能提升工程盾構(gòu)下穿特大橋技術(shù)總結(jié)工程概況軌道交通13號線擴能提升工程13B線后廠村站～新龍澤站區(qū)間涉及京張高鐵預(yù)留段位于昌平區(qū)回龍觀村南側(cè)，區(qū)間北起位于昌平區(qū)歐德寶汽車交易市場南側(cè)的盾構(gòu)始發(fā)井，先后向南下穿龍祥制版工業(yè)園數(shù)棟房屋、東北環(huán)鐵路、京張高鐵動車所、西二旗左線特大橋、地鐵昌平線及京新高速公路，最后到達京新高速公路西側(cè)的盾構(gòu)接收井。盾構(gòu)隧道外徑6m，內(nèi)徑5.4m，壁厚0.3m。區(qū)間隧道基本穿越粉質(zhì)黏土及細(xì)砂層。京張高鐵西二旗左線特大橋設(shè)計速度目標(biāo)值120km/h，有砟軌道、無縫線路，60kg/m鋼軌，全橋長2429.7m，共75跨，17-31.1m簡支現(xiàn)澆箱梁（單線）、41-31.1m簡支現(xiàn)澆箱梁（雙線）、15-23.1m簡支現(xiàn)澆箱梁（雙線）、(40+64+40)m現(xiàn)澆連續(xù)梁（跨越既有13號線處）。區(qū)間在YK56+051.572~YK56+091.830（ZK56+071.663~ZK56+111.925）下穿京張高鐵西二旗左線特大橋，隧道頂埋深約15.7~16.1m，隧道左、右線線間距約25.6m。13B線穿越范圍28~30號墩為31.1m簡支現(xiàn)澆箱梁（雙線），28#橋墩墩高17m，采用11根?1000鉆孔灌注樁，樁長53.5m；29#、30#橋墩墩高17m，采用10根?1000鉆孔灌注樁，樁長53.5m。橋樁基礎(chǔ)均為鉆孔灌注摩擦樁，耐久性設(shè)計年限100年。京張高鐵西二旗左線特大橋現(xiàn)狀照片工程地質(zhì)及水位地質(zhì)情況1）地形、地貌及周邊環(huán)境條件工程場地位于北京平原，地形整體平坦，地面高程一般不超過50.0m。場地原分布為居民區(qū)，現(xiàn)狀為拆遷后荒地，部分為林地，周邊無重大建（構(gòu)）筑物、河流、湖泊。2）工程地質(zhì)場區(qū)屬華北平原構(gòu)造帶，場區(qū)及附近地區(qū)無活動斷裂帶，地質(zhì)構(gòu)造對該區(qū)地鐵工程影響較小。場地地層呈河流相多元結(jié)構(gòu)特征，地層層位總體穩(wěn)定，起伏不大，局部分布透鏡體，層內(nèi)巖性狀態(tài)穩(wěn)定，表層為人工填土層，其下為第四系全新統(tǒng)沖洪積粉質(zhì)黏土、粉土、砂土及卵礫石土層。詳細(xì)地層分布如下：按照地層年代成因、成因類型、巖土類別和工程地質(zhì)特性，由上到下分述如下：（1）第四系全新統(tǒng)人工填土層①1雜填土：雜色，稍密，稍濕。主要由礫石，砂和黏性土組成，夾雜大量碎磚塊和建筑垃圾等。平均層厚1.73m，層頂標(biāo)高43.95～45.70m，層底標(biāo)高41.80～43.86m。該層場地均有分布。（2）第四系全新統(tǒng)沖洪積②粉質(zhì)黏土：褐黃色，可塑，干強度韌性中等，土質(zhì)不均，切面光滑，有光澤，含鐵錳氧化物，局部含粉土薄層。層厚1.90～6.20m，平均厚度3.42m，層頂標(biāo)高38.58～42.50m，層底標(biāo)高35.25～36.80m。該層在場地內(nèi)均勻分布。②1粉土：黃褐色，稍密，潮濕，土質(zhì)均勻。層厚2.40～5.00m，平均厚度3.60m，層頂標(biāo)高41.80～43.86m，層底標(biāo)高38.58～40.15m。該層在場地內(nèi)均勻分布。③細(xì)砂：黃褐色，中密，飽和，礦物成份以石英、長石為主，砂質(zhì)較純，局部夾少量粉土薄層，層厚2.60～11.30m，平均厚度8.71m，層頂標(biāo)高27.65～36.80m，層底標(biāo)高22.95～30.55m。該層在場地內(nèi)均勻分布。③1粉土：灰褐色，中密，飽和，土質(zhì)不均，切面粗糙，局部含少量的粉砂。層厚1.10m，層頂標(biāo)高30.45m，層底標(biāo)高29.35m。該層在場地內(nèi)呈透鏡體分布。③2粉質(zhì)黏土：灰褐色，可塑，土質(zhì)不均，局部含粉土、細(xì)砂薄層。層厚2.90m，層頂標(biāo)30.55m，層底標(biāo)高35.25～27.65m。該層在場地內(nèi)呈透鏡體分布。③4圓礫：雜色，密實，飽和，圓礫母巖成分以砂巖、花崗巖為主，磨圓度中等，呈渾圓狀或圓棱狀，一般粒徑2～20mm，最大粒徑約44mm，約占55%，余為雜砂充填。層厚1.50～4.70m，平均厚度3.24m，層頂標(biāo)高24.56～28.42m，層底標(biāo)高22.58～24.22m。該層場地內(nèi)均有分布。④粉質(zhì)黏土：灰褐色，可塑，干強度韌性中等，土質(zhì)不均，切面光滑，有光澤，局部含粉土薄層。層厚2.30～10.60m，平均厚度7.90m，層頂標(biāo)高17.50～24.22m，層底標(biāo)高13.08～20.50m。該層在場地內(nèi)均勻分布。④1粉土：褐灰色，中密，飽和，土質(zhì)不均，局部含粉質(zhì)黏土。層厚3.50～5.00m，平均厚度4.00m，層頂標(biāo)高22.95～23.60m，層底標(biāo)高18.60～19.45m。該層在場地內(nèi)呈透鏡體分布。④3細(xì)砂：黃褐色，密實，飽和，礦物成份以石英、長石為主，砂質(zhì)較純，局部夾少量粉質(zhì)黏土薄層，層厚3.00m，層頂標(biāo)高20.50m，層底標(biāo)高17.50m。該層在場地內(nèi)呈透鏡體分布。⑤圓礫：雜色，密實，飽和，圓礫母巖成分以砂巖、花崗巖為主，磨圓度中等，呈渾圓狀或圓棱狀，一般粒徑2～20mm，最大粒徑約42mm，約占55%，余為雜砂及黏性土充填。層厚4.50～8.20m，平均厚度6.71m，層頂標(biāo)高11.10～14.92m，層底標(biāo)高5.28～9.72m。該層場地內(nèi)均有分布。⑤3細(xì)砂：黃褐色，密實，飽和，礦物成份以石英、長石為主，砂質(zhì)較純，局部夾少量礫石，層厚1.00～6.30m，平均厚度2.45m，層頂標(biāo)高7.50～14.80m，層底標(biāo)高5.70～13.17m。該層在場地內(nèi)呈透鏡體分布。⑥粉質(zhì)黏土：黃褐色，可塑，干強度韌性中等，土質(zhì)較均勻，部含少量鐵錳氧化物，切面光滑，有光澤。層厚6.00～12.70m，平均厚度8.18m，層頂標(biāo)高5.28～7.57m，層底標(biāo)高-7.00～1.57m。該層在場地內(nèi)均勻分布。⑥1粉土：褐灰色，密實，飽和，土質(zhì)不均，局部含粉質(zhì)黏土。層厚大于4.40m，層頂標(biāo)高-1.32m。該層在場地內(nèi)呈透鏡體分布。⑦細(xì)砂：灰褐色，密實，飽和，礦物成份以石英、長石為主，砂質(zhì)較純，層厚大于3m，層頂標(biāo)高-7.18～-2.25m，該層在場地內(nèi)均勻分布。⑦3粉砂：黃褐色，密實，飽和，礦物成份以石英、長石為主，砂質(zhì)不純，局部夾少量粉土薄層，平均厚度5.60m，該層在場地內(nèi)呈透鏡體分布。本明挖段土層巖土施工工程分級Ⅰ~Ⅲ，詳見地質(zhì)縱斷面圖。通過搜集場地氣候資料，結(jié)合本次勘察成果，依據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范》（GB/T50476－2008），確定擬建工程所處環(huán)境類別為一般環(huán)境，環(huán)境作用等級為Ⅰ-C。根據(jù)《北京地區(qū)建筑地基基礎(chǔ)勘察設(shè)計規(guī)范》(DBJ11－501－2009)(2016年版)之附錄E，擬建場地地基土的標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)深度為0.80m。3）水文地質(zhì)：（1）地下水分布特點擬建場地下55m深度范圍內(nèi)揭露了3層地下水，第一層為潛水，第二、第三層為微承壓水。第一層水：潛水，主要含水層為細(xì)砂③、粉土③1、圓礫土③4、粉土④1、細(xì)砂④3層，靜止水位埋深10.2～12.1m，絕對標(biāo)高32.68～33.86m。地下水主要接受大氣降水、側(cè)向徑流及越流補給，以側(cè)向徑流的方式排泄。該層水在整個場地范圍內(nèi)連續(xù)分布。第二層水：微承壓水，主要含水層為圓礫⑤、細(xì)砂⑤/3層，靜止水位埋深29.6～32.3m，絕對標(biāo)高13.08～14.92m。該層水具有微承壓性，但位于基坑開挖深度以下，對基礎(chǔ)施工影響不大。第三層水：微承壓水，主要含水層為粉土⑥/1、細(xì)砂⑦、粉砂⑦/3層，該層水具有微承壓性，但位于基坑開挖深度以下，對基礎(chǔ)施工影響不大。場區(qū)含水層屬于華北平原區(qū)單一潛水含水層，含水層主要為第四系全新統(tǒng)沖洪積砂土或圓礫層，第四系全新統(tǒng)沖湖積粉質(zhì)黏土層構(gòu)成上覆含水層的相對隔水底板，構(gòu)成統(tǒng)一的潛水含水體?？辈炱陂g（2018.10.19-2018.11.17）地下水位埋深10.2～12.1m。本次勘察未見上層滯水，但由于綠化灌溉、大氣降水、管道滲漏等原因，場地內(nèi)不排除局部存在上層滯水的可能性。（2）地下水動態(tài)變化規(guī)律場區(qū)潛水主要補給來源為大氣降水、側(cè)向逕流補給及上層越流補給，主要排泄方式以側(cè)向逕流及向下越流補給的方式排泄。地下水位動態(tài)受季節(jié)性氣候變化影響較大，一般來說，春、冬季為枯水期，水位有所下降，夏、秋季為豐水期，地下水位有所回升，地下水年幅度變化在2.0～3.0m。（3）地下水水質(zhì)的腐蝕性評價按照《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021-20012009年版）及其局部修訂的條文，并結(jié)合當(dāng)?shù)亟?jīng)驗，場區(qū)環(huán)境類型屬Ⅱ類，滲透類型屬強透水。綜合判定，場地內(nèi)地下水對混凝土具微腐蝕性；場地內(nèi)地下水對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋（長期浸水）具微腐蝕性、（干濕交替）具弱腐蝕性，產(chǎn)生腐蝕作用的主要離子為Cl-，場地土對混凝土具有微腐蝕性；對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具有微腐蝕性；場地土對鋼結(jié)構(gòu)具有微腐蝕性。4）抗浮設(shè)計水位建議本工程場地抗浮設(shè)防水位根據(jù)清河站場區(qū)歷年最高水位值確定，建議抗浮設(shè)計水位標(biāo)高為自然地面，高程為44.0m。檢測結(jié)論1）橋面系及附屬設(shè)施橋面泄水孔未見堵塞，伸縮縫未見異常、破損、脫落，梁端止水帶未脫落破損，護欄完好。2）上部結(jié)構(gòu)（1）該段橋第27跨和第31跨為簡支現(xiàn)澆箱梁，上部結(jié)構(gòu)整體狀況較好。其中：第28跨距27墩3.6m右側(cè)翼板存在淅白，面積0.2m×1.2m；第30跨梁距30-2號支座0.4m、距左側(cè)梁底邊0.15m處梁底面露筋，面積0.3m×1.5m；（2）橋梁梁體混凝土強度推定值滿足C50設(shè)計等級要求；（3）梁體混凝土碳化深度在0.5~1.5mm之間；（4）梁體鋼筋保護層厚度在30~42mm之間；3）支座本橋段支座共計16個，支座為球形支座，外觀質(zhì)量完好。4）下部結(jié)構(gòu)（1）本橋段下部結(jié)構(gòu)外觀質(zhì)量完好；（2）橋梁墩柱混凝土強度推定值滿足C35設(shè)計等級要求；（3）墩柱混凝土碳化深度在0.5~1.5mm之間；（4）墩柱筋保護層厚度在37~47mm之間；（5）檢測范圍內(nèi)墩柱垂直度在-0.6‰~+1.3‰之間。專項設(shè)計1）相對位置關(guān)系及處理措施區(qū)間在YK56+051.572~YK56+091.830（ZK56+071.663~ZK56+111.925）下穿京張高鐵西二旗左線特大橋，平面夾角約52度，隧道頂埋深約15.7~16.1m，隧道左、右線線間距約25.6m。盾構(gòu)穿越地層為粉質(zhì)黏土、粉土、細(xì)砂層，風(fēng)險等級為特級。13B線下穿京張高鐵西二旗左線特大橋平面位置關(guān)系圖13B線下穿京張高鐵西二旗左線特大橋剖面圖下穿西二旗左線特大橋采取的主要工程技術(shù)措施：（1）施工前應(yīng)對橋梁進行詳細(xì)調(diào)查，并進行檢測和評估。（2）隧道與橋梁樁基之間設(shè)置隔離樁及橫撐，減小隧道開挖對樁基周邊土體的擾動。（3）穿越前設(shè)置實驗段，調(diào)整并確保盾構(gòu)機性能良好，嚴(yán)格控制掘進參數(shù)，確保勻速、均衡、連續(xù)通過，嚴(yán)格控制地層損失率。（4）選擇合理的同步注漿和二次注漿漿液及注漿參數(shù)，及時進行同步注漿及二次注漿，填充管片與土體間的空隙；（5）穿越范圍內(nèi)，由盾構(gòu)機徑向孔向盾體外注入克泥效，及時填充開挖直徑和盾體之間的空隙。（6）及時布設(shè)測點，穿越過程中加強對動車所股道的監(jiān)控量測，并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果及時調(diào)整盾構(gòu)掘進參數(shù)；（7）制定針對性的應(yīng)急預(yù)案。2）克泥效工藝克泥效工法是在盾構(gòu)機掘進的同時，采用A、B兩液，混合后從前體肩部的徑向注漿孔注入的方式?；旌虾蟮囊后w呈粘稠狀，可以及時填充盾構(gòu)機掘進引起的盾體與土體的間隙。其中A液為高濃度的泥水材料（克泥效水溶液，常用濃度為400~500kg/m2），B液為塑強調(diào)整劑（水玻璃40be'）。兩種液體分別以配管壓送到盾體徑向孔處，再將該兩種液體以體積比20：1的比例混合，形成高黏度塑性具有支撐力擋水性膠化體后，在盾構(gòu)機掘進的過程中同步注入到盾體外，填充盾體與土體之間的間隙，達到有效控制盾構(gòu)推進時所引起的盾構(gòu)通過時引起的沉降，輔助盾尾間隙處沉降控制。盾構(gòu)開挖直徑為6280mm，盾尾直徑為6230mm，每立方溶液400kg克泥效粉，注入率120%，每米間隙為0.49m3/m，每米注入A液量為0.59m3/m，每米注入B液量為29.5L。3）洞內(nèi)注漿加固方案洞內(nèi)注漿加固橫剖面在盾構(gòu)距離西二旗左線特大橋橋樁前后6m范圍內(nèi)，從二次注漿孔及拱部管片增設(shè)的預(yù)留注漿孔打孔，插入注漿管進行注漿，對土層加固改良，提高地層穩(wěn)定性，減小區(qū)間下穿施工對西二旗左線特大橋的影響。每環(huán)管片壁后注漿孔共計16個，通過壁后注漿孔向區(qū)間結(jié)構(gòu)拱部180°范圍內(nèi)進行深孔注漿，徑向注漿長度2.0m，注漿管采用PVC管，長度大于2.5m，漿液采用普通水泥漿，水灰比為0.8:1，注漿壓力根據(jù)現(xiàn)場試驗后確定，注漿漿液擴散半徑0.7m，離盾尾5～10環(huán)時開始注漿，采用后退式分段注漿，實施前先用水泥-水玻璃漿液對管片外1.5m范圍進行填充注漿，采用同步對稱注漿，注漿壓力控制在0.5~0.8MPa，應(yīng)提前施做注漿試驗，確定合理的漿液配比、注漿壓力等指標(biāo)，注漿過程中及時監(jiān)測管片變形，注漿時對管片內(nèi)表面實施變形監(jiān)測，并根據(jù)每塊管片的變形情況及時調(diào)整注漿參數(shù)和工藝。數(shù)值模擬分析數(shù)值模擬計算（1）計算模型數(shù)值模擬采用巖土與隧道有限元分析軟件MIDASGTSNX進行三維有限元分析。計算時假定土體為連續(xù)介質(zhì)，土體采用實體單元模擬，隧道管片采用板單元模擬。盾構(gòu)下穿京張高鐵西二旗左線特大橋計算模型盾構(gòu)下穿京張高鐵西二旗左線特大橋計算模型相互關(guān)系圖（2）計算結(jié)果采取加固措施后，計算結(jié)果如下：盾構(gòu)穿越完成后西二旗左線特大橋墩頂水