砂卵石地層大直徑盾構穿越高速鐵路高架橋關鍵施工技術應用

賀 威

(中國交通建設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號線一期工程明光站—九江北站區間在里程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的盾構施工。穿越段成蒲鐵路高架橋為多跨簡支梁橋,單節梁長32.7 m,采用群樁基礎形式,承臺寬4.8 m,長7.6 m,設置6根樁基,樁長14.5 m,樁徑φ1 m(圖1)。盾構下穿運營鐵路具有重大施工風險,應從施工全過程(事前、事中和事后)對盾構下穿造成的影響進行控制[1]。

圖1 穿越段位置關系

2 工程地質地質概況

明光站—九江北站站盾構區間下穿成蒲鐵路主要巖土層分層詳細描述為:

<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,石質成分以灰巖、花崗巖、砂巖等硬質巖為主。卵石含量占50%～80%,其余為中細砂及圓礫填充;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Cu=1.38～268.44;曲率系數Cc=0.95～83.03,屬不良級配土。

3 隔離加固措施

為降低盾構掘進對成蒲鐵路高架橋的影響,在盾構隧道與高架橋樁之間設置四排共計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 盾構穿越前準備

(1)根據設計要求布設監測點及進行初值采集。

(2)徹底對盾構、龍門吊等設備進行檢查,確保穿越段施工設備狀況良好,作好管片、水泥等材料的儲備,保證盾構連續、平穩、勻速穿越成蒲鐵路高架橋,避免停機造成安全隱患。

(3)在靠近下穿區域設置50 m試驗段。穿越時,根據試驗段搜集的參數及理論計算合理確定施工參數,并根據監測數據動態調整,勻速、連續地穿越[2]。

5 盾構掘進控制重點

5.1 出土量控制

通過控制地層損失能有效減小盾構掘進對橋樁的影響[3]。本工程采取雙控措施控制出渣量,通過對渣土體積進行統計及出渣量的稱重統計每環出渣的總重量,并及時記錄復核。每掘進一環理論出渣體積按下式進行計算:

式中:k為松散系數,針對本工程取1.2;D為盾構開挖直徑;B為管片寬度。

根據上式計算,得出理論出土量為105 m3。

5.2 推進控制

導向系統后視基準點隨著盾構推進前移,須采用人工測量的方式來進行精確定位。每掘進10 m通過人工測量對自動導向系統的數據進行校核,以確保盾構掘進方向無誤。

5.3 盾構姿態控制

盾構機軸線與設計軸線偏差不得超過20 mm,須嚴格控制盾構掘進姿態,避免頻繁或大幅度調整盾構姿態。正式穿越鐵路高架橋前,須將盾構姿態調整到最佳,同時加強盾構機姿態的人工復核,確保盾構機推進軸線與設計軸線的偏差不超限。

5.4 同步注漿

選擇強度高、凝結時間較短、耐久性好、稠度在9～12 cm的可硬性漿液,漿液初凝時間不得超過6 h。注漿壓力應控制在0.2～0.4 MPa之間。為防止同步注漿時管片上浮,管片上部注漿壓力應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,同步注漿時須在盾尾后5環的位置進行二次跟蹤注漿。漿液根據情況可采用單液漿或雙漿液。二次注漿應遵循“多點、均勻、少量、多次”的原則,注漿量及注漿次數應根據地表沉降監測數據及時調整。

5.6 洞內徑向加固注漿

盾構通過鐵路高架橋后,通過增加注漿孔的特殊管片及時對管片徑向3 m范圍內進行加固注漿。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 盾構掘進參數

掘進控制參數詳見表1。

7 穿越后控制措施

7.1 地面注漿加固

砂卵石地層盾構掘進后易產生滯后沉降,為消除滯后沉降帶來的安全隱患,在盾構穿越過程中及穿越后,持續對地表進行監測,并進行24 h巡視,發現異常后及時采取地面袖閥管注漿對松散地層加固。地面加固注漿具體參數詳見表2。

表2 地面加固注漿參數

7.2 應急處置

盾構穿越時安排專人24 h值守,實時觀察盾構穿越區域周圍道路情況。當出現塌陷、裂縫等情況時應立即進行圍蔽,對周圍人員、車輛進行疏導,并立刻采取回填措施,待確保地面穩定后開放交通管制。

8 實施效果

下穿鐵路的關鍵問題是控制變形,核心難題是下穿施工的變形控制問題。設計要求橋樁沉降及位移允許值僅為2 mm,通過監測,盾構下穿成蒲鐵路高架橋施工的實際沉降僅為0.9 mm。通過上述措施,順利完成盾構下穿成蒲鐵路高架橋施工,這也是全國首例大直徑盾構機在富水砂卵石地層成功穿越運營中的高速鐵路。

9 結論

成都軌道交通17號線一期工程明光站—九江北站區間盾構順利下穿成蒲鐵路高架橋,標志著本次富水砂卵石地層大直徑盾構穿越高速鐵路高架橋的施工技術合理、可靠,可供后續類似工程借鑒,相關技術總結為:

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

(2)臨近下穿時,停機對盾構及相關設備進行檢查,確保盾構能連續、平穩穿越鐵路高架橋,避免停機造成重大安全隱患。

(3)注漿及渣土改良是關鍵。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,防止卡螺機及刀盤結泥餅,造成掘進參數惡化。通過注漿措施能夠對土體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生周期長,后期不可預見和難以監控,盾構掘進后應重視滯后沉降的排查及處置,確保盾構穿越后鐵路高架橋的安全。