盾构下穿既有地铁高架桥施工技术探讨

（天津国际工程建设监理有限公司，天津市，300010） 余增晖

1 工程概况

1.1 区域位置

成都地铁6 号线犀浦换乘站位于位于红光大道、成都地铁2号线犀浦高架桥线的西南侧，车站结构外边缘与成都地铁2号线犀浦高架桥180#~183#桥墩并行，地铁站主体结构边缘至铁路桥墩承台边缘的最小距离约11.99m，顺铁路桥方向的桩边缘至铁路桥墩承台边缘的最小距离为10.79m。地铁3号线犀浦高架桥建成于2009年，上部结构为32.7m的简支梁桥，下部为三柱式混凝土墩，每墩下设6 根DN1250mm 摩擦桩，桩长为31m。6 号线采用盾构法施工，隧道线间距为21.26m，盾构隧道边缘与铁路桥墩桩基础边缘最小净距为5m，盾构的管片外径为6m，内径为5.4m，管片厚度为0.3m，管片幅宽为1.5m。盾构工程区域位置关系关系示意见图1。

图1 区域位置关系示意

1.2 工程地质

拟建6 号线地铁车站地面标高在533.59m～535.70m，高差2.11m，地貌单元为岷江水系Ⅰ级阶地。车站范围上覆第四系全新统人工填土（Q4ml），其下为第四系全新统冲洪积层粉质黏土<2-2>、细砂层<2-4>及卵石<2-9>。

人工填土层（Q4ml）：勘察范围内人工填土层广泛分布，主要为杂填土，局部为素填土。

粉质黏土<2-2>：灰褐、黄褐色，可塑，局部硬塑，主要由黏粒组成，含少量粉粒，手搓捻略有砂感，稍有光泽反应，无摇振反应，干强度中等，韧性中等。该层在场地内30 个钻孔揭露，层厚0.50～2.50m，层顶标高530.86～534.20m，层底标高530.11～531.90m，埋深0.90～3.40m。标贯实测击数平均值N=9.0 击/30cm。压缩模量为5.85MPa，压缩系数为0.30MPa，为中等压缩性土。

细砂层<2-4>：青灰色～灰黄色，湿～饱和，松散，主要成分为长石、石英、次为云母，局部夹少量卵石。该层场地内局部分布于钻孔中的卵石土上部，共有6 个钻孔揭露。标贯实测击数N=5.3 击/30cm。 层厚0.50～0.90m，层顶标高530.42～531.90m，层底标高529.72～531.40m，埋深为2.30～4.40m。

卵石<2-9>：褐灰色、浅灰色，湿～饱和，稍密～密实为主，卵石成分以砂岩、石英砂岩、灰岩及花岗岩等为主。磨圆度较好，以亚圆形为主，少量圆形，分选性差，中风化～微风化。卵石含量一般50～80%，粒径以2～15cm为主，最大粒径达25cm，漂石含量小于10%，漂石最大粒径为60cm，充填物主要为细、中砂及圆砾。按卵石颗粒含量和N120 动力触探将其分为松散卵石、稍密卵石、中密卵石、密实卵石四个亚层。

1.3 水文地质

地表水：拟建工程区东北方向有一条配套沟渠冯家堰，河宽4.5m，深约为3.5m，河水深约2.5m，河内水面坡降不大，地表水与地下水水力联系较弱。地下水：一是赋存于黏性土层之上填土层中的上层滞水，水量变化大，且不稳定；二是第四系砂、卵石层的孔隙潜水，赋存于卵石层中，其水量较大、水位较高。实测地下水位埋深5.70～7.70m，pH=7.30～7.50，中性水，矿化度410.0～454.4mg/l。

2 总体施工技术方案

为保证盾构能顺利通过成都地铁2号线犀浦高架桥桥墩，在盾构侧穿桥墩前需使用Φ108 钢管隔离桩对桩体周边土体进行隔离并在加固体内侧0.3m范围打设袖阀管注水泥-水玻璃双液浆[1]，防止盾构通过时水体流失引起地层扰动破坏桩体摩擦力。然后进行盾构掘进施工，最后再采用竖向袖阀管和大管棚对接收端头土体进行加固，同时在接收井安装钢套筒完成盾构接收和洞门注浆封堵。

3 关键施工技术

3.1 盾构接收端地层固措施

接收端头土体加固范围：加固水平方向范围为接收端围护结构往大里程方向10m×隧道结构边各3m，加固竖向方向范围为盾构隧道拱顶以上3m 和隧道结构底部1.5m，部分加固深度为10m。土体加固采用袖阀管注双浆液加固，注浆孔的间距为纵向×横向=1m×1m，呈梅花型布置，注浆孔开孔直径为108mm，终孔直径为90mm，扩散半径为1m，孔口管的直径为76mm，孔口管的壁厚为4mm，袖阀管由Ф48mmPVC 外管、6 分镀锌注浆内管、橡皮套、密封圈等结构组成[2]。盾构洞门加固段采用大管棚＋管棚内注浆方式加固，管棚直径为108mm，壁厚为6mm，长度为15m，布置于拱顶120°范围内，换向间距大小为0.4m。

在施工过程中应注意以下几个关键事项：①袖阀管上口应露出地面0.2m，在地面1m 以下位置采用砂或碎石进行填充，采用速凝水泥砂浆对孔口周围0~1m 深范围内的土体进行快速封堵，以防止注浆过程中出现冒浆现象；②钻孔和注浆顺序：均为先外围，后内部，同一排间隔施工，以达到一序外围成墙、二序内部压密的目的，一般岩层采用后退式注浆，当岩层较为破碎时，采用前进式注浆，水泥浆水灰比为1:1；③注浆结束标准：当达到设计注浆压力（0.2~0.4MPa）或者注浆量超过设计注浆量的80%以上时可结束注浆施工；④在开挖轮廓线范围内打设5 个检查孔（其中上部2个，左、右、底部各1 个），每个检查孔的直径为11cm，长度为7m，检查孔的平均出水量要求<0.2L/min，在1MPa 压力作用下的吸水量<2L/min，加固体的平均抗压强度≥1MPa，加固体渗透系数≥1×10-6/cm/s。

3.2 盾构侧穿掘进施工

按照“控制欠压、充分注浆、深层量测、主动防护”的整体原则进行盾构侧穿掘进施工，每一环的出土量必须控制在56m3以内，盾构轴线控制偏离设计轴线不大于±20mm，盾构机前点每次纠偏小于3mm，为保证推进方向的精确性，每10m（8环左右）进行一次人工测量，从而及时调整盾构参数和姿态。

为了减小和防止盾构掘进施工过程中地面沉降情况发生，要在脱出盾构后的衬砌背面环形建筑空隙中尽快填充足量的浆液材料，需要先后对隧道进行同步注浆和二次注浆。同步注浆采用惰性浆液，同步注浆实行双控原则，即注浆压力需要保持≥1.5bar，注浆量需保持≥6m3，同步注浆压力宜控制在0.1~0.3MPa。二次注浆采用双浆液材料，要求其稠度为12.5~13cm，比重为1.43~1.9g/cm3，结石率>97%，凝胶时间<4h，，二次注浆压力宜控制在0.8~1.0MPa，当盾构隧道围岩比较破碎时，为了尽快早日建立高粘度，需将浆液的凝胶时间调整至1~4min。

在盾构通过成都地铁2 号线犀浦高架桥后，当出现管片错台和地面沉降量超限时，需要进行洞内径向加固注浆，注浆范围为管片外边缘向外延伸3m。洞内径向加固注浆采用水泥单桨液，水灰比为1:1，注浆压力宜控制在0.5MPa以内，注浆管为直径42mm，厚度3.5mm，长2m 的无缝钢管，在注浆管底部2.2m 范围内设置直径为4mm 的溢浆孔，孔间距大小为15cm，呈梅花型布置。花管在下管之前将溢浆孔用贴片或者胶布粘贴封孔，施工结束后注浆孔采用微膨胀水泥封堵。

3.3 钢套筒安装及检测

钢套筒安装主要分为筒体部分安装、后端盖安装以及反力架安装[3-4]。

3.3.1 筒体部分安装

为了避免洞门施工时造成混凝土缺陷，在车站洞门内预埋一环形钢套简，钢套简的长度为10.5m（其中筒体部分长度为9.6m），直径为6.62m，长度与车站结构混凝土厚度一致，在套筒内环形预留两排Φ22mm钢筋孔，用于插入钢筋加强与车站结构的整体性。钢套简筒体部分分三段，每段分为上下两半圆，均采用16mm 厚的钢板，为保证筒体刚度，每段筒体外周焊接纵、环向筋板（筋板厚20mm，高150mm，间隔约550×600mm），筒体与筒体之间以及上下两半圆接合面均焊接圆法兰（厚度为24mm 的钢板），并采用M30、8.8级螺栓连接，中间加3mm厚橡胶垫。每段筒体下方均设置三件托架，托架承力板和底板用24mm 厚钢板，筋板用20mm 厚钢板，底部用200×200mm工字钢焊接成为一个整体。

3.3.2 后端盖安装

后端盖由冠球盖和平面环板组成，均采用30mm 厚钢板，安装后端盖时应在地面上把这两部分连接好再吊下井，后盖板与冠球盖之间加6mm厚的橡胶板后用M30 螺栓(8.8 级)上紧在钢套筒后法兰上，后端盖在地面上将椭圆盖板与后盖板连接紧固后与第3节连接法兰连接。

3.3.3 反力架安装

反力架紧贴钢套筒后盖，但不与冠球接触，通过内外2 排M30 的压紧螺杆传递力，这样可以通过调整各颗螺杆的长度来更好地保证到反力架各处都能与后端盖顶紧，消除因平面贴不紧造成受力不均的情况。反力架上下位均布4根l0寸钢管与洞口墙体顶紧，两侧中的一侧均布三根l0寸钢管与洞口墙体顶紧，另侧用两根直径500mm钢管斜支撑。

钢套筒安装完成后，向钢套简内填充M砂浆至完全充满钢套筒，然后对各个连接部位进行检测，重点检测部位包括两个：①洞门环板与钢套筒的连接位置，最大允许变形量为1.52mm；②后盖椭球体的中心圆点位置（整个钢套筒受压最大的位置），最大允许变形量为5mm。

3.4 盾构机到达掘进

①盾构机到达前：盾构机接触到端头维护桩后，以2d/次的频率监测地面沉降情况，在到达前30环，对盾构姿态和轴线进行调整。②碰壁前推进设置：在即将碰壁之前，盾构速度放缓至20mm/min，推力控制在12 000kN 以下，在碰壁前0.5m 时，继续放缓盾构速度至5mm/min以下，推力控制在10 000kN以下，刀盘转速控制在1.5r/min以下；③出洞推进设置：盾构速度控制在10mm/min 以下，推力控制在10000kN 以下，刀盘转速控制在1.5r/min 以下，同时为了防止盾构机载头，将盾构机机头沿轴线方向略抬高2~3cm；④进钢套筒掘进参数设置：盾构速度控制在5mm/min以下，推力控制在7 000kN以下，中心线偏差控制在2cm 之内，在盾尾通过围护桩后，需要对盾尾部位的管片注双液浆，注浆量为管片与洞门和隧道间隙的180%。

4 结语

通过注浆加固、管棚加固、钢套管接收技术以及严格控制盾构机的掘进速度、推力大小和转盘速度，从而达到减小盾构穿越造成地表沉降的目的，通过采取上述技术措施，不仅达到了桥桩保护的效果，而且在减小地层扰动的情况下提升了工程的抗渗能力和整体性，大大缩短了施工工期，保障了既有线路的行车安全。