土压平衡盾构侧穿富水地层 铁路桥桩施工技术

　　摘 要：济南地铁某土压平衡盾构区间隧道处于上部为可塑黏土、下部为碎石土的富水地层中，且近距离侧穿底部净空较小的铁路客专桥桩。施工中，在桥桩与隧道间设置钻孔灌注隔离桩进行隔离防护，隔离桩顶部施工钢筋混凝土连梁以提高灌注桩抵抗变形的能力;选用护壁性能好、低高度的正循环钻成孔，鋼筋笼分段制作、吊装，机械连接下井后及时灌注混凝土;采用微过土压平衡掘进模式，并进行足量同步注浆、及时二次补充注浆，可有效控制地面沉降，满足铁路客专及桥梁的各项控制指标要求。

　　关键词：地铁;土压平衡盾构;富水地层;侧穿桥桩

　　地铁隧道施工中不可避免穿越桥梁、铁路等众多建(构)筑物，济南地铁某盾构区间隧道近距离侧穿胶济铁路客专铁路桥桩，该区段所处地层为富水可塑黏土、碎石土地层，桥梁底部与地面空间较小，如何控制桥桩的垂直、水平位移，保证铁路客专轨道变形在规范要求之内，是必须解决的重大技术和安全问题。

　　凌同华[1]等采用 FLAC3D软件研究了隧道施工造成的地表沉降、桥梁桩基变形的规律，通过将模拟数据与现场监测数据进行对比，验证了加固对控制地面沉降、桥桩变形的有效性;文献[2-6]分别研究了隧道施工地表沉降的控制标准，盾构隧道穿越桥桩风险控制值的确定及相关控制方法。陈江[7]等以长沙地铁为例，研究了盾构侧穿临近桥桩施工的影响，计算与实测表明，对桩基进行径向旋喷隔离加固有利于控制地表沉降，靠近桩基的地层水平位移明显减小;袁海平[8]等以合肥地铁1号线为例对盾构近距离侧穿高架桥桩的施工力学进行了研究，分析了盾构掘进不同工况下桥桩受力、水平变形、地层沉降的变形规律，探讨了桩实体结构单元弯矩、剪力计算方法的可行性。

　　本文以济南地铁某盾构区间隧道侧穿胶济铁路客专铁路桥为例，研究钻孔灌注桩加固铁路客专铁路桥桥桩施工技术，验证钻孔灌注桩加固桥桩的可行性。

　　1 工程概况

　　济南地铁某盾构区间隧道侧穿胶济铁路客专八涧堡特大铁路桥31号、32号、33号桩基，左线隧道与32 号桩基最近距离4 m，与33号桩基14.28 m，右线隧道与32号桩基最近距离4.1 m，与31号桩基13.33 m。盾构隧道外径6.4 m、内径5.8 m，盾构隧道穿越桥桩区段覆土厚度为10.13～10.36 m，隧道穿越桥桩区段地面距离八涧堡特大桥底部最小距离10.2 m。

　　盾构隧道下穿胶济铁路客专地段主要为山前冲洪积平原地貌，隧道左线主要穿越地层为粉质黏土、黏土，上部覆土为杂填土层，隧道右线主要穿越地层为粉质黏土、黏土，上部覆土为杂填土层。该区域水位埋深2.10～15. 0 m，水位标高17.41～58.09 m，地下水年变幅2.0～3.0 m，主要接受降水补给和山区地下水径流补给，以侧向径流、人工开采方式排泄，在丰水期及枯水期地下水位有所变化。

　　盾构隧道侧穿铁路客专桥梁32号桥墩如图1所示。

　　2 桥桩保护技术措施

　　2.1 保护方案(隔离桩)

　　在左右线隧道与盾构穿越的32号桥墩之间分别采用1排800 mm@1 000 mm钻孔灌注隔离桩进行隔离防护，桩顶设置800 mm×800 mm混凝土冠梁，桩与隧道的净距0.6 m，两侧隔离桩和32号桥墩桩基的最小净距分别为3.6 m、3.7 m，并在2排隔离桩最外侧桩桩顶设置800 mm×800 mm联系梁。钻孔灌注隔离桩设置范围为南北方向距离桥墩边缘各3～5 m，共设置40根，桩长22.75 m。

　　通过设置隔离桩，可以阻断隧洞开挖时的推力传递，降低开挖对桥桩结构的直接扰动，同时，隔离桩可以限制盾构机通过后两侧土体向临空侧的变形，进一步减小桩基本身的横向位移。设置顶部连梁可加强各钻孔桩之间的联系，进一步提高其抵抗变形的能力。

　　根据32号桥桩处桥底距地面净空较小的实际情况，桩基成孔后，钢筋笼采用分4节制作(单节长度5 m)、人工吊装，用导管法浇筑混凝土。隔离桩加固示意图如图2所示。

　　2.2 隔离桩实施

　　(1)施工流程。隔离桩为钻孔灌注隔离桩，采用隔孔钻孔、泥浆护壁成孔方法，灌注C30水下混凝土，钻孔灌注隔离桩施工流程如图3所示。

　　(2)施工控制要点。①钻孔灌注隔离桩孔口处应设置不小于1 m的钢护筒，护筒外侧下端需采用黏土填实;桩径允许偏差为±50 mm，桩位偏差为±20 mm，桩身垂直偏差不大于1%;②根据桥梁下方净空条件，钢筋笼分段吊装，机械连接，每段钢筋笼的连接验收合格后方可进行后续施工;③每根桩须沿钢筋笼圆周对称设置2根 42 mm×3.25 mm注浆钢管，同时兼作桩身完整性声速检测管，注浆管应伸入桩底，水泥采用P.O42.5，浆液的水灰比0.5～0.6，注浆压力2～4 MPa，单管注浆量 1.5 m3;④钢筋笼的主筋上焊接护壁环，以保证保护层厚度和钢筋笼的垂直度。

　　3 盾构侧穿桥桩技术措施

　　3.1 辅助措施

　　(1)盾构穿越桥桩前与铁路主管部门做好沟通协调，对经过穿越桥桩区段的客专列车限速60 km/h，确定盾构穿越时间段，合理安排盾构穿越桥桩期间的监测工作，施工期间限速方案应结合监测数据进行及时必要的调整。

　　(2)下穿前，在盾构到达下穿节点前100 m设置盾构掘进试验段，模拟穿越施工，包括刀盘转速、土仓压力、推进速度、注浆量等参数的变化及与地面沉降的关系，以确定最佳的掘进参数。

　　(3)在试验段掘进前，全面进行设备维修保养，对盾构机的机电液系统做全面检查，发现有故障隐患的零部件及时更换，易损件做必要的储备，与盾构生产厂做好服务协调。对电瓶车、龙门吊、拌合站及必须的小型机具等辅助设备做全面检查，保证盾构穿越铁路区间时设备的完好性。

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