賀 威

(中國(guó)交通建設(shè)股份有限公司軌道交通分公司 ,北京100000)

1 工程概況

成都地鐵17號(hào)線一期工程明光站—九江北站區(qū)間在里程YDK68+100～YDK68+150/ZDK68+105～ZDK68+155處下穿成蒲鐵路高架橋,下穿段采用直徑為φ8.634 m的盾構(gòu)施工。穿越段成蒲鐵路高架橋?yàn)槎嗫绾?jiǎn)支梁橋,單節(jié)梁長(zhǎng)32.7 m,采用群樁基礎(chǔ)形式,承臺(tái)寬4.8 m,長(zhǎng)7.6 m,設(shè)置6根樁基,樁長(zhǎng)14.5 m,樁徑φ1 m(圖1)。盾構(gòu)下穿運(yùn)營(yíng)鐵路具有重大施工風(fēng)險(xiǎn),應(yīng)從施工全過程(事前、事中和事后)對(duì)盾構(gòu)下穿造成的影響進(jìn)行控制[1]。

圖1 穿越段位置關(guān)系

2 工程地質(zhì)地質(zhì)概況

明光站—九江北站站盾構(gòu)區(qū)間下穿成蒲鐵路主要巖土層分層詳細(xì)描述為:

<1-2>人工填土(Q4ml):淺黃色、灰褐等雜色,松散—稍密,干燥—稍濕。主要成分為黏土、卵石、建渣等,部分為種植土,含植物根莖,多含建筑垃圾及生活垃圾。該層厚薄不均,均一性差,多為欠壓密土,廣泛分布于擬建區(qū)間隧道地表,層厚度0.8～4.9 m。

<3-8>卵石土:灰色、灰白色飽和、松散～密實(shí),石質(zhì)成分以灰?guī)r、花崗巖、砂巖等硬質(zhì)巖為主。卵石含量占50%～80%,其余為中細(xì)砂及圓礫填充;局部夾漂石,卵石呈圓形、亞圓形,磨圓度良好,均勻性及分選性差。層厚30～55 m,粒徑4～20 cm,卵石最大粒徑約21 cm,不均勻系數(shù)Cu=1.38～268.44;曲率系數(shù)Cc=0.95～83.03,屬不良級(jí)配土。

3 隔離加固措施

為降低盾構(gòu)掘進(jìn)對(duì)成蒲鐵路高架橋的影響,在盾構(gòu)隧道與高架橋樁之間設(shè)置四排共計(jì)72根隔離樁,隔離樁直徑為φ1 000 mm,隔離樁間距為1 200 mm。樁頂設(shè)置尺寸為0.6 m×1.0 m的冠梁及尺寸為0.4 m×0.6 m的混凝土支撐(圖2、圖3)。

圖2 隔離加固措施平面

圖3 隔離加固措施剖面

4 盾構(gòu)穿越前準(zhǔn)備

(1)根據(jù)設(shè)計(jì)要求布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)及進(jìn)行初值采集。

(2)徹底對(duì)盾構(gòu)、龍門吊等設(shè)備進(jìn)行檢查,確保穿越段施工設(shè)備狀況良好,作好管片、水泥等材料的儲(chǔ)備,保證盾構(gòu)連續(xù)、平穩(wěn)、勻速穿越成蒲鐵路高架橋,避免停機(jī)造成安全隱患。

(3)在靠近下穿區(qū)域設(shè)置50 m試驗(yàn)段。穿越時(shí),根據(jù)試驗(yàn)段搜集的參數(shù)及理論計(jì)算合理確定施工參數(shù),并根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)調(diào)整,勻速、連續(xù)地穿越[2]。

5 盾構(gòu)掘進(jìn)控制重點(diǎn)

5.1 出土量控制

通過控制地層損失能有效減小盾構(gòu)掘進(jìn)對(duì)橋樁的影響[3]。本工程采取雙控措施控制出渣量,通過對(duì)渣土體積進(jìn)行統(tǒng)計(jì)及出渣量的稱重統(tǒng)計(jì)每環(huán)出渣的總重量,并及時(shí)記錄復(fù)核。每掘進(jìn)一環(huán)理論出渣體積按下式進(jìn)行計(jì)算:

式中:k為松散系數(shù),針對(duì)本工程取1.2;D為盾構(gòu)開挖直徑;B為管片寬度。

根據(jù)上式計(jì)算,得出理論出土量為105 m3。

5.2 推進(jìn)控制

導(dǎo)向系統(tǒng)后視基準(zhǔn)點(diǎn)隨著盾構(gòu)推進(jìn)前移,須采用人工測(cè)量的方式來進(jìn)行精確定位。每掘進(jìn)10 m通過人工測(cè)量對(duì)自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行校核,以確保盾構(gòu)掘進(jìn)方向無誤。

5.3 盾構(gòu)姿態(tài)控制

盾構(gòu)機(jī)軸線與設(shè)計(jì)軸線偏差不得超過20 mm,須嚴(yán)格控制盾構(gòu)掘進(jìn)姿態(tài),避免頻繁或大幅度調(diào)整盾構(gòu)姿態(tài)。正式穿越鐵路高架橋前,須將盾構(gòu)姿態(tài)調(diào)整到最佳,同時(shí)加強(qiáng)盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)的人工復(fù)核,確保盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)軸線與設(shè)計(jì)軸線的偏差不超限。

5.4 同步注漿

選擇強(qiáng)度高、凝結(jié)時(shí)間較短、耐久性好、稠度在9～12 cm的可硬性漿液,漿液初凝時(shí)間不得超過6 h。注漿壓力應(yīng)控制在0.2～0.4 MPa之間。為防止同步注漿時(shí)管片上浮,管片上部注漿壓力應(yīng)比管片下部注漿壓力高0.05～0.10 MPa。

5.5 二次注漿

為確保漿液填充效果,同步注漿時(shí)須在盾尾后5環(huán)的位置進(jìn)行二次跟蹤注漿。漿液根據(jù)情況可采用單液漿或雙漿液。二次注漿應(yīng)遵循“多點(diǎn)、均勻、少量、多次”的原則,注漿量及注漿次數(shù)應(yīng)根據(jù)地表沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整。

5.6 洞內(nèi)徑向加固注漿

盾構(gòu)通過鐵路高架橋后,通過增加注漿孔的特殊管片及時(shí)對(duì)管片徑向3 m范圍內(nèi)進(jìn)行加固注漿。漿液采用水灰比為1∶1的水泥單液漿,注漿壓力不大于0.5 MPa(圖4)。

圖4 徑向加固范圍示意(單位:m)

6 盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)

掘進(jìn)控制參數(shù)詳見表1。

7 穿越后控制措施

7.1 地面注漿加固

砂卵石地層盾構(gòu)掘進(jìn)后易產(chǎn)生滯后沉降,為消除滯后沉降帶來的安全隱患,在盾構(gòu)穿越過程中及穿越后,持續(xù)對(duì)地表進(jìn)行監(jiān)測(cè),并進(jìn)行24 h巡視,發(fā)現(xiàn)異常后及時(shí)采取地面袖閥管注漿對(duì)松散地層加固。地面加固注漿具體參數(shù)詳見表2。

表2 地面加固注漿參數(shù)

7.2 應(yīng)急處置

盾構(gòu)穿越時(shí)安排專人24 h值守,實(shí)時(shí)觀察盾構(gòu)穿越區(qū)域周圍道路情況。當(dāng)出現(xiàn)塌陷、裂縫等情況時(shí)應(yīng)立即進(jìn)行圍蔽,對(duì)周圍人員、車輛進(jìn)行疏導(dǎo),并立刻采取回填措施,待確保地面穩(wěn)定后開放交通管制。

8 實(shí)施效果

下穿鐵路的關(guān)鍵問題是控制變形,核心難題是下穿施工的變形控制問題。設(shè)計(jì)要求橋樁沉降及位移允許值僅為2 mm,通過監(jiān)測(cè),盾構(gòu)下穿成蒲鐵路高架橋施工的實(shí)際沉降僅為0.9 mm。通過上述措施,順利完成盾構(gòu)下穿成蒲鐵路高架橋施工,這也是全國(guó)首例大直徑盾構(gòu)機(jī)在富水砂卵石地層成功穿越運(yùn)營(yíng)中的高速鐵路。

9 結(jié)論

成都軌道交通17號(hào)線一期工程明光站—九江北站區(qū)間盾構(gòu)順利下穿成蒲鐵路高架橋,標(biāo)志著本次富水砂卵石地層大直徑盾構(gòu)穿越高速鐵路高架橋的施工技術(shù)合理、可靠,可供后續(xù)類似工程借鑒,相關(guān)技術(shù)總結(jié)為:

(1)隔離樁將鐵路橋樁與地鐵盾構(gòu)安全隔離,既穩(wěn)固了橋樁周邊的土體,又降低了盾構(gòu)施工對(duì)橋樁的影響,根本上減小了橋樁基礎(chǔ)的沉降。

(2)臨近下穿時(shí),停機(jī)對(duì)盾構(gòu)及相關(guān)設(shè)備進(jìn)行檢查,確保盾構(gòu)能連續(xù)、平穩(wěn)穿越鐵路高架橋,避免停機(jī)造成重大安全隱患。

(3)注漿及渣土改良是關(guān)鍵。通過渣土改良保證渣土具有良好的流塑性,有利于降低刀盤扭矩、刀具磨損,防止卡螺機(jī)及刀盤結(jié)泥餅,造成掘進(jìn)參數(shù)惡化。通過注漿措施能夠?qū)ν馏w起到良好的加固效果,有效防止沉降,保證了鐵路高架橋的安全。

(4)富水砂卵石地層滯后沉降具有產(chǎn)生周期長(zhǎng),后期不可預(yù)見和難以監(jiān)控,盾構(gòu)掘進(jìn)后應(yīng)重視滯后沉降的排查及處置,確保盾構(gòu)穿越后鐵路高架橋的安全。