地铁暗挖隧道近距离穿越桥桩施工技术

地铁暗挖隧道近距离穿越桥桩施工技术
王东清
【摘要】随着我国地铁建设的快速发展,地铁隧道穿越既有桥梁、建筑物等工程日益增多,此类工程中对桥梁、建筑物的沉降控制要求严,安全风险大,一旦发生事故,经济损失巨大,社会负面影响严重.通过模拟计算和沉降分析可事先得到沉降控制曲线,在实施过程中,将监测数据与模拟计算数据进行比较,并根据监测信息及时调整施工部署,在未主动对桥梁采取顶升技术的条件下,通过长台阶、快封闭、上导洞等施工措施保证施工安全,并最大限度减少暗挖施工对桥梁及地面建筑物的影响,可有效控制沉降、节约投资,为地铁暗挖隧道近距离穿越桥桩及其他建筑物积累经验.%With the rapid development of China subways,projects of subway tunnels passing through existing bridges and buildings are increasing.Settlement control requirements of bridges and buildings of such projects are strict and there exist security risks.If an accident happens,huge economic losses and serious negative social impact will be caused.In one project of interest,settlement control curve was obtained by simulation and settlement analysis at first.Then in the construction process,the deployments were adjusted according to monitoring data after monitoring data and simulation data were compared.Construction measures,such as top headings,long benches and fast closure of section were adopted without jacking the bridge,which ensured construction safety and minimized the impact of the under-passing tunnel on bridges and surface buildings.The practice not only controlled the settlement effectively and
saved investment,but also helped to accumulate experience for subway tunnel passing closely through bridge piles and other buildings.
【期刊名称】《都市快轨交通》
【年(卷),期】2013(026)003
【总页数】4页(P89-92)
【关键词】城市轨道交通;暗挖隧道;穿越桥桩;施工技术
【作者】王东清
【作者单位】北京城建集团有限责任公司北京100018
【正文语种】中文
【中图分类】U455.4
1 工程概况
丽泽桥位于北京市西三环南段，是北京市几座大型桥梁之一，于1991年竣工投入使用，是连接西三环和丰台北路的重要交通枢纽。

北京地铁14号线西局站—东管头站区间暗挖隧道下穿丽泽桥区，其中地铁近距离穿越的匝道桥共计7处，净距离在0.84～4.61 m，且桩端在隧道的肩部，为受力最不利位置。

桥梁为混凝土现浇连续箱梁，检查评估报告显示，匝道桥技术状况等级评定为A级，即完好状态［1］。

地铁14号线西局站—东管头站区间暗挖隧道下穿丽泽桥桩工程，暗挖为马蹄形标准断面(6 570 mm×6 480 mm)。

自上而下主要地层为粉土填土①、粉砂-细砂②3、圆砾-卵石②5、中砂、粗砂⑤1、卵石⑤、层卵石⑦。

结构覆土厚度为
10.1～15.3 m，隧道穿越地层主要为卵石⑤，中砂、粗砂⑤1。

地下水位于结构线以下，设计采用地表双排复合锚杆桩隔离加固，洞内增设临时仰拱、径向注浆等措施来控制桥梁沉降。

桥梁沉降控制要求是:桥梁竖向均匀沉降为15 mm;纵向不均匀沉降位移值为5 mm;墩柱横桥向相邻基础不均匀沉降位移值为3 mm;地表沉降为30 mm。

2 桥桩与隧道沉降及变形模拟预测
2.1 建模
在施工之前，协调设计单位研究讨论各种技术措施，针对施工条件和工况，经过建模分析，提前预测施工沉降。

采用大型岩土计算软件FLAC-3D，假定土体为各向同性弹塑体，由实体单元模拟，其应力-应变关系，满足莫尔-库仑准则;采用板单元模拟初衬，二衬采用实体单元;模型边界范围取4倍开挖洞径，地表为自由面，其余面均施加法向约束，进行施工模拟。

每循环进尺0.5 m，按设计图工序的工况步骤，以Z3-4桥桩为例，计算模型［2］见图1～图2。

图1 Z3-4桥桩计算模型
图2 竖向位移云图
2.2 计算
按设计要求进行计算，以Z3-4桥桩为例:近暗挖侧桥桩的沉降值为4.8 mm，远暗挖侧桥桩的沉降值为3.6 mm，差异沉降值为1.2 mm，桥桩沉降主要发生在上台阶开挖期间，沉降值为3.7 mm，且沉降速率加大;在暗挖施工期间，隧道拱顶最大沉降值为7 mm，沉降主要发生在上台阶开挖期间，下台阶开挖时刚开挖期间发生小幅沉降;随开挖进展出现小幅隆起，水平收敛值为3.6 mm，地表最大沉降值为6.5 mm，各桥桩的沉降模拟数据统计见表1。

表1 各桥桩沉降模拟数据统计桥桩编号桥桩与隧道净距/m近隧道桥桩沉降/mm 远隧道桥桩沉降/mm桥桩差异沉降/mm地表沉降/mm Z3-2 3.64 4.1 3.0 1.1
5.5 Z3-4 0.84 4.8 3.6 1.2
6.5 Z3-5 0.97 4.7 3.5 1.2 6.3 Z5C-7 2.3 4.3 3.2 1.1
6.0 Z4-7a 3.89 4.1 3.0 1.1 5.5 Z4-7b 4.61 3.9 2.8 1.1 5.0 Z4-8 3.06 4.2 3.1 1.1 5.7
2.3 分析
经过分析，在隧道施工期间，桥桩沉降主要发生在上导洞开挖期间，应加强施工工艺控制，尽快对上导洞临时仰拱封闭成环，并及时进行回填注浆。

3 施工措施
为保证施工过程中的沉降受控，确保施工安全，参考软件的分析情况，除严格按设计要求，采取地面实施复合锚杆桩对土体进行加固、洞内径向注浆、增设临时仰拱等措施外，同时在施工工艺控制上，采取上导洞先行通过和及时进行多次重复回填注浆等措施，控制施工给桥桩和地面带来的沉降。

3.1 地表加固措施
采用复合锚杆桩加固地层，将桥桩周围土体加固和改良，以不降低原有侧摩阻为目的，并在隧道内对桥桩底部的土体实施注浆加固，具体布置见图3。

复合锚杆桩直径150 mm，采用φ50钢管(煤气管)和3根φ18定位钢筋作为复合锚杆桩钢筋笼子的骨架，每段长100 mm，间距1 m，3根φ20钢筋作为纵向主受力筋，另附3根φ20塑料管作为注浆管，每根注浆管出浆口范围距底端4 m，注浆管φ20 mm，出浆孔φ4 mm，4孔竖向错开150 mm，如图4所示。

采用两次注浆，第一次注浆压力为0.4～0.5 MPa，孔口溢浆时结束本次注浆，水泥浆水灰比为0.5∶1;第二次注浆采用中高压注浆，注浆压力1.0 MPa，水泥浆水灰比为0.75∶1，在第一次注浆完成后10～15 h进行。

图3 复合锚杆桩施工
图4 复合锚杆桩构造
复合锚杆桩在本工程相临标段也使用过(相似环境、相同工法、相同工艺情况下)，
通过不同措施下产生的沉降进行对比后得出，复合锚杆桩对减少桥桩沉降的数值约为2～4 mm。

3.2 洞内加固措施
3.2.1 超前注浆
根据本段以卵石-圆砾石为主的地质，将超前注浆进行优化，小导管采用φ25无缝钢管，长1.75 m，水平倾角为10°～15°，在环向120°范围打设，纵向每榀打设，如图5所示。

注浆浆液选用单液水泥浆+早强剂，压力控制在0.3～0.5 MPa，单
根小导管注浆量按照扩散半径0.25 m进行计算。

注浆结束后需要对注浆效果进行检查，并对注浆薄弱部位进行重新补充注浆。

3.2.2 临时仰拱
计算模型的桥桩沉降主要发生在台阶洞施工期间，为使上台阶尽早封闭，在隧道穿越桥桩前后各10 m范围内增设了临时仰拱，将隧道初衬分为上、下两个导洞。

临时仰供采用I22a工字钢和挂网锚喷混凝土的形式，从而使隧道形成上、下两个导
洞进行施工(见图6)。

图5 超前小导管布置
图6 临时仰拱位置及构造
3.2.3 径向注浆
暗挖区间下穿桥桩段时，桥桩底基本位于隧道中部，由于在开挖过程中容易造成土体松散、回喷不密实，导致桥桩沉降，因此在隧道靠近桥桩侧、临时仰拱下45°范围内进行径向注浆，注浆范围为1.5 m。

注浆管采用φ25×5小导管，长1.5 m，采用1.0 m×1.0 m梅花型布置，布置纵向范围为桥桩两侧各6 m，注浆选用1∶1纯水泥浆液，压力控制为0.2～0.5 MPa(见图7)。

3.3 施工辅助技术措施
3.3.1 上导洞先行通过
经过数值模拟分析发现，导洞开挖时地面沉降纵向形状范围和沉降值略有不同，但大致影响范围为开挖面的纵向后方约12～18 m。

为有效控制上导洞施工带来的沉降，采取上导洞先行通过桥桩，并及时完成回填注浆，待回填注浆强度充分起作用后(注浆后约7 d)，下导洞方施工到此位置为最佳状态，根据正常施工进度，下导洞7 d的施工长度约为15 m，加上上台阶核心土等长度约为20 m。

此位置的下导洞施工在上导洞施工的沉降影响线以外，经过上导洞回填注浆的处理，下导洞施工带来的沉降几乎为0。

隧道施工上导洞先行通过情况如图8所示。

图7 径向注浆管布置
图8 隧道施工上导洞先行通过情况
3.3.2 多次重复回填注浆
在暗挖施工过程中，初衬锚喷背后普遍存在锚喷不密实的现象，会导致地面或桥桩的沉降加大。

在施工过程中，应以设计图纸为依据，对背后注浆施工进行优化和调整。

1)将回填注浆管的纵向间距由原设计的3 m缩短至2 m，环向间接由拱顶2 m、侧墙3 m统一调整为2 m，并呈梅花形布置，以保证回填注浆的密实性。

2)为保证对背后及时回填注浆，在保证开挖面土体稳定的前提下，将注浆段与掌子面开挖距离由原设计的5 m调整至4 m。

3)每次注浆段长度由原设计的5 m缩短至4 m。

4)注浆采用水泥+白灰+粉煤灰，重量比为1∶1∶1，加入适量水拌成黏稠状。

注浆分两次进行，第一次注浆，压力达到0.3 MPa并稳压10 min后停止;30 min后开始进行二次补浆，二次补浆稳压压力应达到0.5 MPa，并稳压3 min后终止［3-5］。

5)对完工段进行回填注浆检测。

每填充注浆完成约20 m，即对回填注浆情况进行雷达空洞扫描检测，在拱顶和起拱线处共设置3道平行检测线。

如存在空洞或疏
松现象，立即再次进行注浆和检测，直至填充密实。

经取芯检查，效果显著(见图9)。

图9 隧道施工注浆段落划分
4 实施效果及沉降变形数据对比
暗挖隧道近距离下穿丽泽桥桩共计7处，隧道与桥桩之间净距离为2.76 m。

根据各项数据比较，采用设计给定措施和施工辅助措施相结合的方式，经过穿越后2
个月的持续监测，各数据已经稳定，监测数据与模拟数据对比见表2。

实际监测数据为计算模拟数据的47.6%～82.2%，明显小于模拟计算数据。

表2 各项计算模拟数据与实际监测数据对比 mm项目桥桩号近隧道桥桩沉降远隧道桥桩沉降桥桩横向差异沉降地表沉降计算值实测值计算值实测值计算值实测值计算值实测值Z3-2 4.1 1.90 3.0 1.79 1.1 0.11 5.5 4.1 Z3-4 4.8 3.80 3.6 2.97 1.2
0.21 6.5 5.0 Z3-5 4.7 2.80 3.5 2.68 1.2 0.12 6.3 5.1 Z5C-7 4.3 2.45 3.2 0.35
1.1
2.1 6.0 5.1 Z4-7a 4.1 1.61
3.0 0.71 1.1 0.9 5.5
4.9 Z4-7b 3.9 1.61 2.8 0.71 1.1 0.9
5.0 4.0 Z4-8 4.2 1.98 3.1 1.38 1.1 0.6 5.7 5.1平均值4.3 2.22 3.17 1.51 1.13 0.71 5.79 4.76实测值/计算值/%51.6 47.6 62.8 82.2
5 结语
根据数据对比分析得出，在砂卵石地层下施工暗挖隧道，采用临时仰拱、上导洞先行通过，并及时进行多次重复回填，注浆能够在沉降发生之前有效控制沉降。

同时，在设计给定措施的基础上，调整施工顺序，可以有效控制隧道施工引起的地表构筑物、地下管线等建筑物的沉降，总体上具有指导施工和借鉴意义。

复合锚杆桩是桥桩加固的常用措施，起到了对桥桩和施工隧道的隔离作用，对砂卵石特别是松散砂性土体具有很强的加固作用，但其造价相对较高，在其他地质条件下或桥桩和隧道距离大于5 m的情况不建议使用。

参考文献
【相关文献】
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［5］王力勇，杨兆仁.地铁隧道下穿高架桥施工控制技术［J］.市政技术，2010，28(4):101-103，135.。