地鐵穿越橋梁群樁綜合技術范文

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1麗澤橋概況

麗澤橋為全互通式立交橋，位于北京市西三環南段豐北路與西三環相交處，是連接西三環和豐臺北路的重要交通樞紐，也是北京市幾座大型橋梁之一，于1991年竣工投入使用。北京地鐵14號線西局～東管頭站區間暗挖隧道下穿麗澤橋區，其中地鐵近距離穿越橋梁共計14處(見圖1)，分別為:豐北路上東西向的主橋A、主橋B，南北主橋，四環主路上南北向的公交停靠站1號橋、公交停靠站2號橋，Z3匝道橋、Z4匝道橋、Z5c匝道橋、Z6匝道橋、Z7a匝道橋、Z7b匝道橋、Z7c匝道橋、Z8匝道橋、K4+657通道，橋樁與隧道的凈距為0.84～4.61m，且樁端在隧道的肩部———受力最不利位置。橋梁為混凝土現澆連續箱梁，檢查評估報告顯示，橋梁技術狀況等級評定為A級，即“完好狀態”，見表1。

2橋樁及隧道沉降及變形模擬預測

2.1預測目的在區間暗挖隧道施工時，為確保暗挖施工順利通過橋區，同時確保麗澤橋交通暢通，在施工前，按施工工況進行模擬分析預測，確定不同工況的各項施工參數，預測橋梁沉降量，驗證設計、施工方法的科學性和合理性，彌補理論分析存在的不足，最后確定最優施工參數。

2.2橋梁沉降控制指標1)橋梁豎向均勻沉降控制值:15mm。2)縱向不均勻沉降位移控制值:5mm。3)墩柱橫橋向相鄰基礎不均勻沉降位移控制值:3mm。4)地表沉降控制值:30mm。

2.3橋樁變形預測模型及分析

2.3.1模型建立計算軟件采用大型巖土計算軟件FLAC-3D，假定土體為各向同性彈塑體，由實體單元模擬，其應力-應變關系滿足莫爾-庫侖準則;采用shell單元模擬初支，二襯采用實體單元;模型邊界范圍按4倍開挖洞徑計，地表為自由面，其余面均施加法向約束，施工模擬，每循環進尺0.5m，采用上、下臺階法施工，嚴格按淺埋暗挖“管超前、嚴注漿、短開挖、強支護、快封閉”方針實施。計算模型見圖2。

2.3.2計算計算工況為對橋樁周圍土體進行注漿加固后開挖的工況。對橋樁周圍土體進行加固，以降低由于暗挖施工對橋樁承載力的影響。此工況下，暗挖施工影響近暗挖側橋樁的沉降值為4.8mm(見圖3)，遠暗挖側橋樁沉降值為3.6mm(見圖4)，差異沉降為1.2mm。橋樁沉降主要發生在上臺階開挖期間，沉降值為3.7mm，且沉降速率加大，下臺階開挖時引起的橋樁位移值約為1.1mm。經過分析，橋樁距離隧道越近，沉降越大;同時在隧道施工期間，橋樁沉降主要發生在上導洞開挖期間，應加強上導洞開挖期間施工工藝控制，并應盡快對上導洞臨時仰拱封閉成環并及時進行回填注漿。

3施工技術措施

3.1隧道側穿橋樁加固技術本工程暗挖通道要垂直穿過麗澤橋橋樁，隧道邊緣最近處距離橋樁不到1m，如果不采取相關措施，該部分橋樁的整體摩擦力將會全部失去，并且邊土體變形也會使未動土層摩擦力降低。為達到加固隧道側穿橋樁范圍內的土體，控制沉降，經研究論證綜合采取的以下技術措施:地面復合錨桿樁加固;隧道拱部180°范圍內小導管超前注漿加固;隧道初支格柵鋼架加密至0.5m，必要時密排，并加設臨時仰拱;上導洞預留核心土先行通過技術;洞內臨時仰拱下45°范圍內進行徑向注漿加固;初支背后注漿縱向、環向間距加密至2m;二襯背后多次重復注漿;加強監控量測等。

3.1.1地面復合錨桿樁加固技術在地面條件和地下管線允許的情況下，對橋樁盡量采取地面加固措施。主要做法為在地面采用復合錨桿樁加固地層，將橋樁周圍土體加固和改良，以不降低原有側摩阻力為目的，并在隧道內對橋樁底部土體實施注漿加固，增大樁端承載力。加固后的地基應具有良好的均勻性和自立性，加固體強度應不小于5MPa，滲透系數≤1.0×10－6cm/s。具體布置見圖5、圖6。復合錨桿樁孔徑Φ150mm，孔內安裝錨桿(3根直徑Φ20mm螺紋鋼筋)，錨桿樁鋼筋骨架為隔離環(50mm×3.5mm普通煤氣管，每段長100mm)+定位支撐(Ф18螺紋鋼，長度40mm，與隔離環雙面焊接)，樁縱向每米1段，與主筋雙面焊接。另附三根Ф20塑料管作為注漿管，注漿管出漿口距底端4m，出漿孔φ4mm，出漿孔豎向錯開150mm。見圖7、圖8。注漿分三次進行:第一次采用常壓注漿，注漿壓力0.4～0.5MPa，孔口溢漿時結束本次注漿，水泥漿水灰比0.5∶1;第二次注漿采用中高壓注漿，注漿壓力1.0MPa，水泥漿水灰比0.75∶1，在第一次 漿完成后10～15h進行;第三次注漿壓力1.5MPa，，水泥漿水灰比0.75∶1，在第二次注漿完成后5～10h進行。

3.1.2洞內超前注漿加固非橋區段超前小導管布置為拱部環向120°，橋區段地層以卵石－圓礫石為主，且橋樁基礎底部位于隧道肩部，為減小橋樁沉降，根據以往施工經驗及專家評議，對超前注漿進行優化:小導管采用φ25無縫鋼管，長1.7m，水平傾角為10°～15°，環向180°范圍打設，縱向每榀打設，環向間距300mm，詳細見圖9。注漿漿液選用單液水泥漿+早強劑，壓力控制0.3～0.5MPa。

3.1.3格柵加密并加設臨時仰拱根據模擬分析，橋樁沉降主要發生在上臺階開挖期間，則在隧道開挖過程中上臺階應近快封閉。針對互情況，在隧道穿越橋樁前后各10m范圍內，格柵加由非橋區段的0.75m減小至0.5m，并增設臨時仰拱，臨時仰供采用I22a工字鋼和掛網錨噴混凝土的形式，將隧道初襯分為上下兩個導洞，使上導洞一環一封閉。詳細見圖10。

3.1.4上導洞預留核心土先行通過技術臺階法可以有足夠的工作空間和相當的施工速度，但上、下部作業有干擾;臺階開挖雖增加對圍巖的擾動次數，但臺階有利于開挖面的穩定，尤其是上部開挖支護后，下部作業就較為安全。本工程在暗挖隧道在側穿橋樁時為保證地面沉降，加設了臨時仰拱，分成上下導洞進行開挖。根據計算，在隧道開挖過程中，上臺階開挖對地面及橋樁沉降影響較大，因此考慮到應縮短上導洞封閉成環時間，減小沉降，在側穿橋樁過程中采取上導洞預留核心土先行通過技術措施進行施工，長度約為20m。隧道施工上導洞先行通過見圖11。

3.1.5徑向注漿加固技術暗挖區間下穿橋樁段時，橋樁底基本位于隧道中部，在隧道土方開挖過程中，隧道周圍的土體稍有擾動、松散，就會引起橋梁沉降;同時初支施工時也會有回噴不密實的情況，極易導致橋樁沉降，引發地面橋梁交通安全事故。為避免近橋樁側隧道周邊土體擾動或回填不密實，決定在隧道靠近橋樁側采用徑向注漿技術，對橋樁底部土體進行加固，以保證隧道初支完成后隧道近橋樁側土體的密實。在隧道靠近橋樁側，臨時仰拱下45°范圍內進行徑向注漿，注漿范圍為1.5m;注漿管采用φ25×5小導管，長1.5m，1000×1000梅花型布置，布置縱向范圍為橋樁兩側各6m。注漿漿液選用1∶1純水泥漿液，壓力控制為0.2～0.5MPa。詳見圖12。

3.1.6初支背后多次重復回填注漿在暗挖開挖過程中，初支錨噴背后普遍存在錨噴回填不密實現象，這種情況會導致地面及橋樁的沉降加大，為減小其沉降，必須對初支背后回填注漿。對初支背后一次注漿后，由于漿液收縮，會產生后續空隙，同時由于后續隧道開挖，引起隧道周邊土體擾動，后續工序對土體的擾動引起的地表沉降會有一個延遲期，上述兩個原因綜合作用，使一次背后注漿后在初支前后還會有空隙產生，因此需進行多次重復注漿，以保證初支背后土體密實。(1)注漿管間距:縱向間距由設計3m縮短至2m，環向間接由原設計拱頂2m、側墻3m統一調整為2m，并呈梅花型布置，以防止背后注漿不密實。(2)為保證背后回填注漿及時，注漿段與上臺階開挖面距離由5m調整至4m，注漿段長度由設計5m縮短至4m。(3)注漿采用水泥+粉煤灰+白灰，重量比為1∶1∶1、拌和成粘稠狀;注漿分兩次進行，第一次注漿，注漿壓力達到0.3MPa并穩壓10min后停止;30min后進行二次補漿，二次補漿穩壓壓力應達到0.5MPa，并穩壓3min后停止。(4)每填充注漿完成約20m，即對填充注漿情況進行空洞檢測。檢測采用拱頂和起拱線位置進行連續檢測，如存在空洞情況，進行再次注漿，并進行再次檢測，直至填充密實。

3.2隧道下穿橋臺加固技術

3.2.1加固方式分析麗澤橋南北主橋為西三環主路橋，左右分幅，南北向3跨，主路為連續寬幅T梁，輔路為連續鋼－砼疊合梁，下部矩形實體墩，U型橋臺，板式橡膠支座。四角各設一個梯道，連接麗澤路。地鐵14號線左線隧道從麗澤橋南側橋墩、橋臺之間穿過。隧道離南側橋臺樁凈距7.87m，離北側橋墩樁3.6m。群樁的土體影響范圍φ/4(卵石φ=40°)為10°。由分析可知:左線隧道的開挖，隧道外墻距離樁基較近而且隧道底部低于樁底，會對橋墩樁基礎產生一定的影響。為了保證隧道開挖過程中的橋墩樁的安全性、穩定性，采用以下技術:深孔后退式帷幕注漿進行超前加固，采用正臺階加設臨時仰拱預留核心土法施工，上導洞先行通過技術，初支背后注漿管布置加密并重復多次注漿技術。

3.2.2深孔后退式帷幕注漿加固技術區間左線下穿麗澤橋南北主橋60m范圍內采用深孔后退式帷幕注漿進行加固，加固范圍為導洞開挖輪廓線外2m，注漿循環段長設計為10m。注漿孔布置由工作面向開挖方向呈輻射狀，鉆孔布置成圓，保證注漿充分，不留死角。注漿孔孔間距為1000mm，漿液擴散半徑750mm，如圖13。注漿壓力:深孔注漿壓力為1.0～1.5MPa，在終壓狀態下當每分鐘進漿量小于3L或注漿壓力在終壓狀態逐步升高可停止注漿對小導管的初壓為0.2～0.5MPa，終壓為0.75MPa，在終壓狀態下當每分鐘進漿量小于3L或注漿壓力在終壓狀態逐步升高可停止注漿。注漿后至少8h后方可進行隧道開挖，開挖長度按循環進尺規定，以保留一定長度的掌子面止漿加固巖盤。注漿效果檢查:一個注漿段的注漿孔全部注完后，鉆2～3個孔對注漿效果進行檢驗，并取芯觀察漿液充填情況，視情打設超前小導管補充注漿。

4實施效果及沉降控制分析

4.1非橋區段沉降控制分析非橋區段未采取地層加固措施，以DB－36－01監測點進行分析，如圖14。從觀測數據來看，在隧道施工時，土層受擾動破壞，產生的拉應力導致土體向初支的空隙移動，使土壤松弛，產生沉降。這些空隙如不及時填充漿液，就會被周圍土體填充，最終形成較大地表沉降，監測點DB－36－01，沉降值為－25.12mm。

4.2橋區段沉降控制分析區間隧道側穿Z3－4橋樁，隧道與橋樁間的最小水平凈距為0.84m，區間隧道左線下穿南北主橋，根據監測數據，以此為例來分析，沉降變形分析見圖15、圖16。橋樁Z3-2最大沉降量為－4.56mm，南北主橋的最大沉降量為－4.02mm，與非橋區段進行對比分析，可看出綜合應用下穿橋區技術、側穿橋區技術，增加了土體及初期支護的自穩時間，有效的控制了初期支護、橋樁的下沉量，滿足橋樁沉降控制的要求。

5結束語

根據沉降控制分析，在砂卵石地層下施工暗挖隧道穿越橋梁群樁時，根據施工現場的情況，將地面復合錨桿樁加固技術、隧道拱部180°范圍內小導管超前注漿加固技術、隧道初支格柵鋼架加密并加設臨時仰拱技術、上導洞預留核心土先行通過技術、洞內臨時仰拱下45°范圍內徑向注漿加固技術、初支背后注漿加密并多次重復注漿、深孔后退式帷幕注漿加固技術等技術選取幾項組合應用，可有效控制橋梁沉降值，保證施工安全，降低施工風險。此綜合技術可推廣到隧道施工引起的地表構筑物、地下管線等的沉降控制。

作者：姚文花單位：北京城建集團有限責任公司