盾构下穿沪杭高速铁路高架桥的施工技术

杨国宝 吴义明 李 强

（浙江象山宏润建设集团股份有限公司，310004，杭州∥第一作者，工程师）

杭州地铁1号线的盾构施工经验为杭州地铁后续施工奠定了实践基础。在杭州软土地层中，1号线盾构顺利穿越了大量建筑物，其中，在杭州地铁1号线乔司北站—临平高速铁路站区间，盾构下穿高速铁路高架桥施工是工程的一大难点。高速铁路高架桥桥墩沉降、水平位移的允许值仅为3mm。经同济大学专家通过建模分析研究，最终采取了预先对盾构下穿高速铁路段进行围护桩加固，并在围护桩顶部设置圈梁、系梁支撑等措施，以降低盾构施工对周边高速铁路桥墩桩基的影响。

1 工程概况

杭州地铁1号线18号盾构，在乔司北站—临平高速铁路站区间，右线、左线盾构先后于桩号右K37＋423.16～右 K37＋468.16、左 K37＋410.91～左K37＋455.91旁侧穿越沪杭高速铁路高架桥桥墩。该区间左右线盾构下穿段隧道中心埋深为11.7m，线间距15m，隧道外径6.2m、内径5.5m，管片衬砌厚0.35m；下穿段盾构主要穿越土层为③2粉砂层、③5砂性粉土。地铁隧道左线距离沪杭高速铁路西侧承台桩基最近净距为6.16m；隧道右线距离沪杭高速铁路东侧承台桩基最近净距为5.19m。为减少盾构掘进施工对高速铁路桥墩的影响，预先在盾构穿越段两侧（即地铁隧道与高速铁路桥墩间）各打设1排φ800mm钻孔桩和1排φ600mm旋喷加固桩；旋喷加固桩与隧道间净距为1m，并在围护桩桩顶设置圈梁，两排圈梁间设置混凝土系梁支撑。盾构穿越高速铁路段的地铁隧道与沪杭高速铁路桥墩关系如图1所示。

2 高速铁路桥墩基础形式及上部结构概述

盾构下穿段高速铁路桥墩基础为承台桩基形式。桩基采用φ1.25m钻孔桩，左、右桩底标高分别为－67.663m、－67.163m，左、右承台标高分别为0.337m、0.837m。基础、上部结构形式及剖面关系如图2及图3所示。

3 围护桩对桥墩沉降控制的理论分析

图1 杭州地铁1号线隧道与沪杭高速铁路高架桥桥墩的位置关系图

高架桥①号承台的1号桩距地铁隧道的左线最近，④号承台的2号桩距地铁隧道的右线最近。现对处于最不利位置的1号桩（①号承台）和2号桩（④号承台）的沉降和水平位移进行理论分析。经同济大学专家通过建模分析研究（见图4、图5），由图5的变形云图得出，左右线盾构旁侧穿越高速铁路桥墩时，桩基主要产生向隧道方向的水平位移，而由于桥墩桩基形式为端承桩，使桩基沉降相对较小。以距离隧道最近的高架桥1、2号桩作为分析对象，在未设置围护桩及设置围护桩的情况下，分别对1、2号桩的沉降值、水平位移值进行了计算，结果如表1所示。

图2 地铁盾构隧道下穿段的沪杭高速铁路高架桥承台及上部结构示意图

图3 地铁盾构隧道下穿段的沪杭高速铁路高架桥承台桩位示意图

图4 计算模型局部示意图

表1 高架桥1、2号桩的沉降值和水平位移值理论计算结果

4 地铁盾构下穿段施工时高速铁路桥墩变形实测数据

实际施工时桥墩的沉降监测点和水平位移监测点布置如图6及图7所示。

4.1 盾构正常推进时对桥墩变形的监测

本工程左线盾构在旁侧穿越高速铁路桥墩时盾构各项参数设定均正常，在盾构穿越的不同阶段桥墩实际监测数据如表2所示。

当盾构正常推进时，在围护桩结构作用下，盾构旁侧穿越高速铁路桥墩施工对桩基沉降、水平位移影响较小。

图5 地铁盾构隧道贯穿时高速铁路桥梁桩基总变形和水平变形云图

图6 桥墩沉降监测点布置图

图7 桥墩水平位移监测点布置图

表2 桥墩沉降监测点、水平位移监测点数据总表

当盾构推进速度一定时，在盾构切口未到桥墩位置时，桥墩沉降、水平位移主要受盾构切口土压设定的影响：土压设定值偏高时，将出现盾构切口前方隆起，桥墩发生向外水平位移现象；土压设定值偏低时，将出现盾构切口前方桥墩沉降及桥墩向内水平位移现象。当盾构到达桥墩位置时，桥墩受盾构扰动的影响较大，如盾构到达桥墩位置时大幅度进行纠偏调整盾构姿态将会直接影响桥墩的沉降和水平位移。当盾尾脱离桥墩位置时，受同步注浆尚未固结影响，地面沉降相对较大，并影响桥墩的水平位移和沉降，但在短时间内将趋于稳定。

因此，如何合理设定盾构土压等施工参数，避免盾构推进中的大幅度纠偏，及时进行同步注浆的压注是盾构旁侧穿越高速铁路桥墩的关键所在。

4.2 盾构在非正常推进时对桥墩变形的监测

在盾构穿越前预先设置围护隔断桩将大大减少盾构掘进对高速铁路桩基的影响，特别在非正常掘进过程中，围护隔断桩将对周边土体起到有效的支护作用。由于本区间主要穿越粉砂层，含水量较大，易出现螺旋机喷涌现象。这一现象会对地面沉降造成很大影响。

在右线穿越高速铁路施工过程中，当盾构切口靠近加固区时曾出现螺旋机喷涌现象（喷涌时间为2012年1月1日），无法有效保证盾构正面的土压平衡和盾构的出土量控制。在这异常条件下，造成盾构周边地面沉降累计达－16.62mm，但由于围护隔断桩的作用及高速铁路端承桩本身的受力特性，桥墩桩基变形较小，桩基最大沉降仅为－0.63mm，最大位移仅为－0.93mm。地面沉降及桥墩桩基的变形情况如图8、图9所示。

图8 地面与桥墩沉降监测数据曲线图

图9 桥墩水平位移监测数据曲线图

5 结语

本文所介绍的盾构旁侧穿越高速铁路高架桥墩的施工经验，有助于今后的地铁盾构穿越施工工程。本文总结了盾构在粉砂性地层中下穿高速铁路的重点技术措施，并对相关数据进行了分析，预设围护桩能有效地减少盾构掘进对高速铁路桥墩的影响。

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