注浆加固施工技术在地铁隧道侧穿桥梁桩基工程的应用探析

摘要：结合某地铁隧道侧穿桥梁桩基实际案例，依据项目既有路桥桩基受力结构及地质环境等因素，制定地铁隧道侧穿桥梁桩基盾构工程不同阶段的注浆加固施工技术方案。详细论述注浆加固施工技术方案的应用过程，并利用桥梁桩基建模分析验证现场倾斜及形变位移程度，强化项目风险监督和管控，达到了满意的施工效果。

关键词：注浆加固技术；掌子面注浆；同步注浆；补偿注浆；桥梁桩基

0" "引言

地铁隧道盾构侧穿桥梁桩基施工过程中，面临复杂的建筑结构及水文地质环境，地表桥梁承重通过受力传导至桥梁桩基及盾构施工产生的地层扰动作用，常会引起隧道顶端沉降、边缘收敛、桩基倾偏等问题[1]。针对地铁隧洞盾构侧穿桥梁结构的复杂地质条件，应科学选择的综合性注浆技术，配合采用合理的施工手段实施结构加固。本文根据工程项目实际科学匹配注浆加固施工技术，形成注浆加固施工应用方案，详细论述方案应用过程，并利用数据模型分析验证注浆加固效果，相关成果可为复杂地质条件下地铁隧道侧穿桥梁桩基施工提供参考。

1" "项目概况

某地铁隧道区间工程位于城市主城区繁华路段下端，隧道盾构施工需侧穿某桥梁桩基，区间侧穿隧道深度为地表以下12.5～13.2m，侧穿区段距离约为290m，隧道截面为马蹄状单隧道模式，洞身宽6.1～6.3m，洞高5.9～6.5m。侧穿桥梁桩基础桩长18.7m，桩顶高48.3～50.1m，桩底高29.7m。

桥梁整体为三跨预应力贯穿异形板状结构，桩基易形成形变。侧穿土体土质包含砂砾层、细砂层、粉状黏土层及压实土层，土质条件为相对复杂的沉积层状地况，隧道底板上端存在孔隙潜水型地下水，盾构施工整体难度较大。

2" "注浆加固技术方案

根据项目勘察资料可知，隧道盾构侧穿桥梁截面需经过下端富水粗粒砂层及上端软质黏土层，其中富水粗粒砂层抗剪性差，易形成粗砂胶结，黏土层质软，易产生形变，因此盾构施工过程中易因盾构作业扰动和桥梁受力作用产生扩张裂缝，甚至会造成隧道顶端软质黏土层下移及塌落。

为防止盾构施工对桥梁造成较大扰动作用，根据本项目地质环境、桥梁桩基稳定性、施工隧道同桩基间距等因素，合理量化确定隧道侧穿对桩基影响，采用盾构侧穿施工前、中、后期不同阶段的综合注浆加固技术手段，来保障工程项目的顺利实施。

盾构侧穿施工前，采用地表钻孔注浆加固技术、掌子面深孔预注浆技术。盾构侧穿施工过程中，采用盾构同步注浆技术。盾构侧穿施工后，采用隧洞支护后补偿注浆技术。通过多重注浆手段形成综合性加固技术方案，以确保侧穿桥梁桩基建设工程整体结构的安全稳定。

3" "盾构施工前注浆加固技术应用

3.1" "地表钻孔注浆加固技术

为防止隧道盾构施工对上层土体产生较大扰动，导致土体产生裂缝松动、桩基产生沉降位移，盾构施工至桩基位置前，通过在桥梁以下地表钻孔注浆手段，对桥梁异形板状桩基附近土实施加固，以最大化降低土层的位移沉降[2]。隧道左、右双线桥梁桩基加固区域如图1所示。

利用地表根管实施钻孔，利用双管后退法进行注浆，钻设孔深为20.5m，孔径为10.3cm。通过方形阵列布孔，孔距为0.8m。针对钻机难以接近施工区及桩基承台区，需装设规定角度的注浆管，以保证注浆加固区的结构稳定性，避免破坏原桩基。

注浆工序应按由外及内、间隔灌注的顺序，禁止连续对相邻孔洞实施注浆。起初应先注浆加固桥梁桩基周边外侧土层，待该范围土层固化稳定后实施内侧土层注浆加固。采用主动式单一液浆压灌法通孔注浆，灌注材料选取0.9：1.0水灰比的火山灰水泥拌合料。控制注浆段长度为20m，桩基内侧土体终压为1800kPa，外侧土质终压为850kPa。注浆施工后进行取芯检验，未达到注浆质量标准的位置应再次实施补浆作业。

3.2" "掌子面深孔预注浆加固技术

为达到强化隧道盾构土体结构目的，避免因隧道掌子面盾构施工引起涌水、形变、位移等情况，应对隧洞实施深孔预注浆操作，以固化拱体下端的富水粗粒砂层及上端的软质黏土层土体[3]。选取隧道拱顶外部1.3m土深实施注浆，建立拱壁注浆范围带，区域为拱顶中线两边的75°圆环范围。对隧道拱腰外部1.3m土深实施注浆，建立闭环止水区，区域为拱腰中线两边的20～45°区域，两端呈对称环向注浆。对洞内拱腰、拱顶区域初衬0.5～0.7m区间设置20m长注浆管，设置拱腰注浆孔间距为75cm，拱顶注浆孔间距为60cm。

为达到预计的注浆效果，保证桥梁桩基及管线安全稳定性，针对拱顶采用具有较好透水性的特细水泥砂浆实施预注浆处理。控制注浆压力低于2.1MPa，参照工程土体实际条件进行调节。针对洞内拱腰结构的深孔预注浆，选择水玻璃、磷酸盐等材料实施封闭处理，防止浆液外流。在达到设计止水质量后，同样注入特细水泥浆液实施加固处理。控制注浆压力在1.3～1.7MPa，控制注浆扩展半径为0.7m，保证注浆凝固后无紧收情况。

4" "盾构施工过程中注浆加固技术应用

隧道盾构施工时，主要利用同步注浆加固方式，即通过利用盾构机的砂浆泵控制注浆操作速率，同掘进作业速率保持一致。依据盾构机机身长度设置注浆冲程数，结合工程实际，确定冲程数为20L/次。

注浆过程中，浆液压力应不低于此位置土层压力与静止水压的总和，以防止形成盾构裂缝。合理控制注浆压力，保证同步注浆压力同土仓压力相匹配。否则注浆压力过大易形成浆液跑浆及扰动，导致隧道周边土层沉降。过小的注浆压力易造成注浆量不够、注浆速率低，导致地面产生过大形变[4]。

本项目在盾构机身装设4处注浆孔，利用各孔配备的压力测量装置控制调节注浆孔压力，确保管片位置注浆孔出口注浆的协调一致。通过手动调节与自动调节相结合的方式实施注浆压力控制。预先设定程序自动调节注浆速度，一旦达到预定压力自动终止注浆。同时依据现场实际作业情况随时手动调节注浆量、注浆速率等参数。按注浆压力设计标准实施注浆，当注浆量满足工程需求后停止注浆。

利用膨润土浆液定时清洗注浆管路，当盾构至最后20cm位置，待注浆罐内砂浆注入完成后，填充膨润土浆液润滑清洗，避免设备停运过久引起砂浆管路堵塞。若发生出土量大幅提高、掌子面冒顶等异常情况，应合理提高同步注浆量[5]。

5" "盾构施工后注浆加固技术应用

5.1" "注浆前准备工作

补偿注浆前应先确定合理的钻孔位置，通过电锤在保护层3cm深位置实施钻设，并安设水玻璃管及水泥砂浆管。补偿注浆前需检测管片、土仓等部位压力状况，如存在异常需及时检修[7]。

检查盾尾油脂腔的压力值，如低于标准应加注盾尾油脂，以保证注浆时浆液具有充足压力。同步注浆管路球阀应处于关闭状态。将注浆孔全部开启，加装注浆头，通过观察注浆头浆液浓度情况，判断是否关闭注浆头。

5.2" "注浆材料和注浆压力确定

注浆材料选择硬化时长可控的水玻璃和水泥混合浆液，水玻璃与水泥砂浆按1：2体积比混合，依据施工实际确定注浆强度和硬化时长。为实现设计要求的拱内止水加固效果，本项目经钻孔取样试验，将注浆压力确定为1.6～2.3MPa，以确保浆液具备特定的扩散效果，且不会对周围土层形成较大程度影响。

5.3" "注浆操作要点

实施双浆液注入过程中，应先灌注水泥浆液3min，随后开启水玻璃阀进行浆液注入。灌注终孔时应适当提高水玻璃浆液浓度。单孔注浆结束后应静置6～8min，随即开启注浆头检测注浆效果，如水含量较高应实施二次注入。最后利用双快水泥砂浆实现封孔，用塑料螺堵完成固结。

注浆时应实时监测注浆压力，保证其压力参数在工程设计要求范围内。如存在注浆压力偏高且注浆速率低的现象，应及时排查管路、泵等位置是否存在堵塞，并及时清理。如注浆时发生异常终止情况，也应对管路、泵位置实施清洗操作。注浆完成应保证机械及管路的清洁。单孔注浆过程中，应准备充足水玻璃、水泥浆液，禁止注浆过程中中断灌浆作业。

隧道侧穿桥梁桩基盾构挖设及初支完成后，参考地表沉降监测数据，针对差异化地层截面易渗水位置实施补偿注浆，以达到降低裂隙水发育、提高隧洞支护稳定性的目的[6]。补偿注浆主要采用小导管方式，导管布局按1m×1m梅花状布控。

6" "注浆加固施工效果分析

利用模型仿真技术实施隧道侧穿桩基施工模拟，分析复杂地层环境下隧道注浆加固施工效果，检测桥梁桩基周边地层和盾构隧道的结构形变特征。

6.1" "隧道结构形变分析

左右双线隧道侧穿桥梁桩基工程通过先左线、后右线的施工方式，以有效避免同时施工造成拱顶围岩的形变累加。隧道中线以下围岩及衬砌竖直位移分布模型如图2所示。从图2可以看出，双线贯通完工后，隧道围岩和支护结构的形变量整体呈对称态势。相较于其他部位，隧道拱顶沉降位移量稍大，隧道左线拱顶形变量为6.9mm，右线拱顶形变量为7.5mm，表明先挖隧道结构的形变量略小于后挖隧道形变量。

6.2" "地面结构形变分析

桥梁以下地面土体的竖直形变模型如图3所示。从图3可以看出，隧道侧穿完工后，受注浆膨胀应力影响，地面形变整体呈双线隧道拱顶位置略微提升状态。先挖设的左线隧道地面最大位置提升量为3.9mm，提升量较小。后挖设的右线隧道地面受形变累加作用，最大位置提升量可达5.1mm，相较于左线偏大。由此可见，后挖设的隧道受注浆膨胀作用的影响略大。

地面结构整体形变量较小，低于隧道设计预警形变的20mm标准，桩基之间的沉降偏差约为0.7mm，桩基倾斜量约为0.21‰，低于桥梁结构形变要求的0.3‰标准。

综上所示，利用施工前、中、后期综合注浆加固的技术方案，有效保证了复杂施工环境下工程项目的顺利实施，较好解决了软质地层的差异化沉降现象，达到了预计的施工效果。

7" "结束语

地铁隧道盾构施工侧穿既有桥梁桩基时，易产生地层应力扰动，甚至会诱发一系列工程质量及安全问题。本文结合地铁隧道侧穿桥梁桩基案例，分析项目具体施工条件，参考项目路桥桩基受力结构、地质环境等因素，形成一套综合性的隧道侧穿桥梁桩基注浆加固施工技术方案。根据工程的不同阶段，详细论述了注浆加固技术在地铁隧道盾构侧穿桥梁桩基工程的应用过程。结合施工结果进行数据建模分析，核验现场隧道、地面等结构形变等相关参数，证明注浆加固施工达到了预计的工程质量要求。

参考文献

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