济南市地铁工程盾构侧穿中央广场承重桩专项施工方案研究

王 凯

（中铁十八局集团第三工程有限公司 河北涿州 072700）

1 工程概况

本地铁工程位于山东省济南市。本标段盾构隧道共一个区间，即历下广场站至绸带公园站区间。该区间由历下广场站小里程端引出依次下穿解放东路、横十路、横八路接入绸带公园站南端头井。

左线793.615m（实际788.298m，有5.317m 短链），右线860.812m。盾构侧穿地下空间桩基里程为SK1+103.080~ SK1+146.720（XK1+107.806~ XK1+146.720），侧穿范围长度为左线39m、右线44m。

2 工程地质

盾构侧穿中央广场承重桩基地层为15-1 层碎石，22-1 强风化泥灰岩、21-1 强风化灰岩、21-4 层溶洞、21-2 中风化灰岩，区间大部分位于21-2 中风化灰岩。围岩等级为Ⅲ～Ⅵ级。中央广场桩基地质纵剖面图如图2 所示。

3 区间与中央广场承重桩相对关系

济南CBD 中央公园地下空间项目位于山东省济南市东部燕山新区，规划CBD 中央公园及城市代征道路新泺大街、横七路地块内。该项目属于地下公共建筑。

拟建区间在SK1+103.080~ SK1+146.720（XK1+107.806~ XK1+146.720）处下穿地下空间开发结构，该处地下空间采用钻孔灌注桩基础形式，桩径1000mm，桩长12.9 米，地下空间结构底板距离区间隧道拱顶最近处约3.3m。

（1）区间与中央广场承重桩相对关系

区间盾构侧穿地下空间承重桩基，地质以粉质黏土、强风化泥灰岩为主，隧道位于水位线以上，在中建八局地下空间施工场地内隧道埋深约3.3m；其中左线隧道边缘距西侧桩基约为4665mm，距东侧桩基约为3135mm（隧道直径6400 mm，开挖直径6680mm），其中右线隧道边缘距西侧桩基约为3100mm，距东侧桩基约为3750mm（隧道直径6400 mm，开挖直径6680mm）。隧道结构距桩基较近，由于桩基抗剪能力差，盾构推进过程中可能会对桩基产生侧压力，严重时影响桩基的正常使用。其相对位置关系见图3。

图1 区间平面图

图2 中央广场桩基地质纵剖面图

（2）侧穿桩基周围环境

区间侧穿桩基段地面为地下空间施工场地，北侧为绸带公园站接收端结构，周围无重要构、建筑物，无地下管线，如图4 所示。

图3 区间隧道与地下空间相对位置图

4 施工进度计划

图4侧穿桩基周围环境

盾构侧穿地下空间桩基里程为SK1+103.080~ SK1+146.720（XK1+107.806~ XK1+146.720），侧穿范围长度为左线39m、右线44m。盾构侧穿地下空间桩基范围内实行不间断连续掘进，中途不停机。

结合当前现场施工条件及本区间地质条件，平均单班可掘进3～5 环，预计7 天即可到达中央广场南端头桩基，12 天即可到达绸带公园南端头井。

5 施工方案

由于掘进地层为全断面岩层，地层具备较好自稳能力，盾构侧穿桩基时以正常掘进为主，并加强对地面及桩基的监测，发生沉降时以洞内注浆为主，严重时进行地面注浆加固地层。

5.1 盾构掘进

（1）根据左线掘进的经验，进行计算总结优化，侧穿桩基的掘进参数如下表所示。

表1 掘进参数表

（2）掘进中尽量保持匀速前进，不可速度骤升骤降，严格控制出土量尽量减少超挖或欠挖；

（3）盾构司机必须选用有经验的司机进行掘进，以便掘进数据异常时能迅速进行反应操作；

（4）严格控制出土量，出土量过大时及时向值班领导反馈，值班领导安排进行地面注浆进行地层加固；

（5）过匝道期间制定领导值班制度，掘进过程中安排专人进行地面巡视，发现异常立即通知值班领导；

（6）盾构掘进时严格控制姿态在±30mm 之内，尽量少做纠偏动作，即使做纠偏动作，幅度也不宜过大；

（7）施工时应对隧道及匝道结构严密监测，隆陷控制值为+10～-30mm，监测值达到预警值（预警值为控制值的70%）时应及时通知设计单位并制定处理方案，桩基倾斜度控制值为2‰；

（8）严格控制管片拼装质量，为防止因管片的变形而引起地层的过度扰动，管片螺栓必须做到三次复紧：即拼装管片时一次拧紧，推出盾尾后二次拧紧，后续盾构掘进至每环管片拼装前，对相连已成环的3 环范围内管片螺栓进行全面检查并复紧。

5.2 洞内二次加固

5.2.1 洞内二次加固原则

盾构侧穿桩基时，掘进出土过多造成沉降超限，则需要进行洞内二次加固。需要进行洞内二次注浆加固的标准：

（1）地面沉降达到控制值（3cm）；

（2）桩基倾斜达到控制值（2‰）；

（3）管片存在下沉现象。

5.2.2 洞内二次加固方法及加固范围

洞内使用静压注浆机进行二次加固。加固范围为沉降点对应环及该环前后各3 环范围，如图5 所示。

5.2.3 加固施工工艺

每环上部120o注2 个孔，下部120o注2 个孔，注浆时先注下部点位再注上部点位，如图6 所示。注浆时进行跳环施工，每次跳一环。使用电钻在注浆孔底部钻孔，钻杆长度大于700mm，将注浆孔打通后，在注浆孔上拧上注浆头，注浆头上接上阀门及三通，三通连接注浆管。使用静压注浆机注射双液浆（即水泥浆与水玻璃混合）。注浆压力0.15～0.3MPa。注浆施工完后，使用快速水泥对注浆孔进行封堵，并拧上防水盖。

图5 洞内加固范围示意图

图6 每环注浆点位选择范围示意图

表2 双液浆材料配比表

5.3 地面加固措施

5.3.1 洞内二次加固原则

盾构侧穿桩基时，推力土仓压力过大造成地层侧压力过大或掘进出土过多造成沉降超限。 需要进行地面注浆加固的标准：

（1）地面沉降大于控制值洞（3cm）；

（2）桩基倾斜达到控制值（2‰）；

（3）洞内注浆达不到加固保护桩基效果。

5.3.2 地面注浆加固方法及加固范围

使用高压注浆进行地面注浆加固，加固范围为沉降或桩基倾斜位置前后各3m 范围内，桩间距600mm，平行于桩基设置4 排旋喷桩（桩基两侧分别平行设置2 排），旋喷桩深度为隧道底部下1m。

5.3.3高压旋喷桩加固原理

利用钻孔通过高压清水旋转喷射切割清洗和压风机气举清渣把桩两侧中夹层的黏土从夹层中清理出来，然后高压注入水泥浆液，水泥浆液在清洗后形成的空隙部位扩散渗透，填充到风化岩的裂隙中，与松散破碎的岩块、黏土重新胶结成为整体，有效的加固桩基两侧的地层，填补空洞。

5.3.4 施工工艺及参数

（1）钻孔：使用地质钻孔机进行钻孔。

（2）压力清水冲洗清孔：使用钻孔机从孔底开始喷射高压水，转动注浆管使高压水旋转切割松散岩和泥岩，以每分钟0.5 米的速度向上缓慢提升（提升的高度为桩底到稳定岩面的距离），将桩底到岩面的钻孔冲刷扩大，被冲刷掉的岩土在高压水的作用下被冲上桩顶，从注浆导管排出桩外。直到由钻孔底向上完全返出清水即可终止注水；

（3）水泥浆液配制：水灰比：水灰比为0.5～1.0，一般采取先稀后浓的原则灌注，水泥选用42.5R普硅水泥，水泥浆：水玻璃=1:1（体积比）；

（4）高压注浆：使用注浆机将水泥浆液通过注浆管从孔底开始注浆，压力达到2.5MPa 后向上提升0.3m，直至将孔注满为止；

（5）补浆：喷射结束后，水泥浆不断析水固结，浆面随之下降，此时应及时向孔内补充水泥浆液，直至液面不再下降为止。

6 结语

本文以济南市地铁工程为基础，研究了历下广场站至绸带公园站区间的地质特点以及该区间与中央广场承重桩相对关系，提出了盾构侧穿中央广场承重桩专项的施工进度和施工方案，分别从盾构掘进，洞内二次加固，地面加固措施三个方面研究了施工的具体措施和方法。以上提到的施工技术可为后续施工和其他的地铁施工提供借鉴和指导。