城际铁路长距离穿越高铁桥桩设计施工关键技术

1、城际铁路长距离穿越高铁桥桩设计施工 关键技术孙兰泉中铁第一勘察设计院集团有限公司桥隧处摘要：广佛环城际区间长距离穿越运营高铁桥桩，地面为交通干道，地下管线十分密 集，部分管线埋深大，无迁改条件，工程风险和社会风险极高，为解决上述难 题，对穿越桥桩关键技术进行研宄。研宄表明：长距离穿越前，详细查明既有管 线_及桥桩基础资料、线路设计确保距离敏感构筑物一定安全距离、减少地质突 变段落i选择合理工法和掘进参数i提前进行施工影响预测、对敏感物设置全面 监测点和有效预警值，对风险源设置应急预案i掘进过程屮对于地质突变段优先 选择土压平衡掘进模式通过采取上述关键措施可以保证盾构长距离穿越既有桥 桩施工及周

2、边环境安全。关键词：盾构隧道长距离穿越高铁桩基关键技术作者简介：孙兰泉«的一），男，工程师，毕业于兰州铁道学院铁道工程专业， 主要从事地下工程设计研宄土作，收稿日期：zen-ez-ms|mimihhcl.fehasa i>y m i mbb b gi«b 如 cb 胃 ml abstract：c.-tes1 rfi4ewdiissaf bb.；11 rjibv|mi bukiihi8w i, 81 rfb<rbww ,. 8w.al rfc ymf' *& 11 mi* imi1 bm，rfe1“如 w4e .如，smj.，* u«n&

3、#187; iwiims. pw 4w>nri|km m.im. te *4 lemm ;hrfhl"m |»»sa8 ,.wlihi;，|<kil i.h le &4.im a irluili * m 蟈！hm m"8rfm» hkihkbmflu*l rfd , 1 “i .bvkdur1 |»u*4m8 mwm i ,* rfiaem画irfem i ysrfs 4m4 | * 4s bmimi | m1 &a» <>rfimfafsrfm> !)erfa wurl>

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5、#171;2-m随着轨道交通的飞速发展，新建城际、地铁施工所面临的周边环境越来越复杂， 而对于安全的要求越来越高。既有建 构 筑物、地下管线、运营线路等对选线、 施工的制约越来越严重，如何确保人直径盾构在复杂环境下的施工安全是设计者必须面临的难题。石舒丄|_、祝思然i、袁溢i等结合地铁不穿铁路编组站、 既有隧道，对施工风险进行了研宄分析，并提出盾构施工应对措施，冯超等利用有限元结合现场监测对比分析提出了地铁盾构下穿既有铁路的变形规律及控制技术。彭坤m对盾构隧道下穿桥梁引起桩基变位进行了数值分析，提出地层局部注浆能大幅度控制桩基以及地表变形。黄新民m利用冇限元分析，提 出“顶托制卩固”法对人行天

6、桥桩棊进行保护_，可显著改善盾构下穿桥桩施工条件。目前针对城际长距离穿越既有高铁桩基，长距离穿越既有地下深埋管线及地面 交通要道复杂环境下的设计施工报道较少，结合广佛环城际的工程案例，对上 述问题进行研宄，以期解决实际问题并对类似复杂环境下穿越高铁桩基工程提 供参考。i工程背景广佛环线佛山西站至广州南站段是珠三角城际网屮东西向交通干线，也是连接 珠三角城际轨道交通网东四部线网间的关键线路。其中陈村2号隧道全长 区间隧道在里程怅下穿广州南站进出站地 面道路及运营武广高铁14个股道桥桩基。下穿南站段地面交通繁把，地表、深埋雨污水、电力等管线错综复舉，地质条件 复舞，高铁桩基对变形控制要求高，施工风

7、险极高。2主要工程地质及水文地质下穿广州南站段地层从上至下依次为h m杂填土、粉砂层 平均厚度 b.22 i 细砂层 平均厚度4.mi、淤泥质土、彳粉质黏土 层，下部为全强风化砂质泥岩、砂岩，泥质、铁质胶结，裂隙发育，岩芯呈碎块 状、局部短柱状。隧道埋深在隧道洞身范围地层主要为全强风化 和弱风化砂质泥岩、砂岩，拱顶局部存在粉质黏土层14-、砂层地下水类型主要是第四系土层中的孔隙水和基岩风化裂隙水。第四系孔隙水、主 要赋存于砂层中，含水层厚度较大，渗透性好，水量较为丰富，水位埋深约 x i io砂岩、泥岩节理裂隙较发育，连通性较好，渗透性较强，富水性好。3周边环境及工程难点3建 构 筑物根据现场

8、调査及收集资料显示，下穿段桥梁结构形式为连续梁，墩身承台埋深根桩棊，桩棊直径lb i，桩棊为端承桩，桩棊嵌岩深度o.tm4.4 io下穿段上方为南站南路_，双向车道两侧布置有绿化带和人行道。左线隧道左侧b号轴桥墩左侧为南站地下停车场，号轴桥墩右侧为2号 景观渠、渠宽渠深3.« 水深约lt io周边环境如图i所示。阁周边环境情况 单位a下载原阁3.2主要管线左线隧道上方埋深最大的污水管、污水管埋设深度为utill k管径 bh/shii，材质为塑料，污水管管底距隧道顶距离为12 i、与隧道长距离平 行布置。横穿隧道的条电力管沟，断面iihii x埋深. ithi。其余地表管线，主要集屮

9、布置在南站桥墩边，位于隧道投影范围外侧i同时在 m04+1m、ko4hb有浅埋给水、污水、雨*水、电力、通信、煤气管与左线隧 道斜交、埋深管线不具备迁改条件、保护困难。主要管线与隧道 位置关系见图2。3.3工程难点及特点(t左右线隧道需近距离穿越n个武广高铁桥墩，高铁桩棊沉降限值要求高。 隧道施工对高铁桩基侧向变形、墩台基础不均匀沉降产生影响可能影响行车的 安全。2下穿段地面为广州南站南路双向车道、施工期间不得影响交通。沉降控制 不肖，极易出现地表塌陷，引发不良社会影响。o下穿段有i处b/w污水管，埋深约在隧道正上方长距离oog并 行敷设，不具备迁改条件。控制不当，将导致管线破裂，污水下滲，影

10、响隧道掌 子面安全和南站正常运营。图2主要管线与隧道位置关系 单位下载原图4南站南路地表分布大量高铁站的高压电缆、信号线缆、综合管沟等，使得地 表加固处理条件受限，同时线缆受损可能引发高铁停运事故。«长距离穿越复合地地下水及地表水系丰富，给隧道施工控制带来困难。4穿越段技术措施4. i线路设计及工法选择为减少隧道施工对高铁桥基及地面交通影响，线路平面走行在既有武广高铁3 排桥墩中间，采用侧穿的方案。线路纵坡受控于埋深di的平行h污水管线、 同时为避开淤泥、粉细砂等不良地质、隧道埋深选择在隧道顶部 距离污水管线按照9 为隧道外径 控制，采用ii%。上坡，终点与 广州南站对接。考虑地面交

11、通及管线条件，明挖施工不具备条件，浅埋暗挖法及盾构法具有可 实施性。浅埋暗挖法初期支护变形控制困难，开挖过程中易出现塌方冒顶，桩基 变形控制网难，且暗挖法工序繁杂，施工进度慢，需要一定的地表隔离保护辅助措施。盾构法施工影响较小，不对地表环境产生较大破坏，同时工程造价和对 暗挖较低。因此推荐采用盾构法下穿。见图3，图4。图3隧道下穿车站平面示意下载原图图4纵断面 下载原图4.2盾构机及管片设计i 刀具配置见图。管片内径mi、外径管片衬砌厚度4m ii。f 采用«混凝土，抗渗等级彡pi2。管片宽度lb 采用块模式，全环由i 块封顶块，2块邻接块和4块标准块组成，如图it所示。盾构机的选型

12、理论是考虑地质情况，主要与地层的渗透系数，岩土颗粒含量有 关。还需考虑社会环境影响、施工成本及施工场地条件等。本段地层主要为砂质 泥岩、滲透系数为in/s、宜选择土压平衡盾构机，同时充分利用既有设备、 盾构机采用珠三角在建复合式土压平衡盾构。盾构全部配置镶硬质合金齿滚刀， 材质洛式硬度控制在刀刃宽度控制在自转扭矩2tmf/图刀具配置下载原图4.3施工影响预测为确保高铁桥桩及南站管线、构筑物等的运营安全，有必要对盾构施工期间桥墩 的沉降及地表沉降等进行分析预测、以便釆取有针对性的措施。if桥梁沉降限值的确定根据高速铁路设计规范mih21-2« 14及条文说明，桥梁工后沉降量不 应超过表

13、i限值。图盾构隧道断面（单位：下载原图根据相关规范的规定及收集到的类似穿越工程的实际控制标准i结合实际 工程环境、本工程下穿段桥梁墩台均匀沉降范围为-1极限沉降量不超过b相邻墩台沉降差不大于 ii。地面道路沉降按照规范-2f利 ii控制。o变形预测采用rliica软件进行和关数值分析。由于盾构区段全场整个区域范围 很大、而广州南站桥墩呈规律性变化、因此在建立模型时可以进行合理的简化。 选择的桥墩以桥墩根桩基为中心，两侧包含隱1、隱2和ki、置2桥墩 «根桩基。模型尺寸为1长 x lib 宽）xm . 高，模型边界 距离b号、号墩身桩基距离均超过2« k模型底部距离桩基底部最

14、小距离 12 k见图i 土层参数:按照勘察报告提供的物理力学参数、详细情况见表2。图q数值模型下载原图表2 土体模型参数下载原表模拟隧道盾构施工过程时，分别对隧道拱顶变形，隧道上方地面变形和桥墩基 础变形进行了分析。根据广州南站、曲号桥墩及号桥墩在盾构过程屮的变 形情况 阁可以得出，当隧道盾构施工通过桥基附近时产生的变形增大，隧道盾构施工完毕后，竖直方向最大位移不超过. i水平方向最大位移不超过能够满足规范要求。根据隧道上方路面在盾构过程中的变形情况 可以得出，当隧道盾构施工完毕后，隧道上方路面产生的最大沉降为 能够满足规范要求。4.4施工控制mit穿越前设备检修盾构穿越前已经掘进2«

15、;21环，收集整理分析已经施工完成段的掘进参数，特别 是穿越敏感地段的参数。选择地质情况较好的地方停机对盾构机进行全面的检查， 将所有滚刀进行更换，检查刮刀有无破损，对破损刀具进行更换，对刀盘耐磨 环进行全面检查并补焊。对盾构机液压、电气、主轴承、注浆等系统进行保养，确 保机况良好。a掘进模式选择土压平衡盾构机掘进模式分为3种:土压模式、气压辅助模式、常压模式，见图 ，。土压平衡模式掘进过程中始终维持开挖量与出土量平衡，可有效控制开挖面 稳定，控制地面沉降。为安全起见，下穿段上软下硬复合地层中盾构掘进采取土 压平衡模式进行。刀盘转速掘进速度2"« 门土仓压力 2. rtes

16、 1. 11i »*，匀速均衡掘进通过。图篡桥墩随盾构施工变形曲线下载原图阁，3种掘进模式原理 下载原阁5出土量控制出土量是判断盾构掘进是否超挖的重要标志、盾构操作人员应随时注意螺旋机 出土情况。根据理论计算，盾构掘进i环lbi的岩土体体积约为vj ，考 虑1««的松散系数，约为141结合盾构掘进已有数据，每环出渣量在斗。按照理论计算每掘进约ik) m即出i斗渣土。4渣土改良盾构下穿广州南站区段洞身地层基木为不同风化程度的泥岩、大部分遇水易崩 解，在渣土中加入适当的泡沫剂能有效提高渣土的和易性，防止刀盘结泥饼等 右线2 i4f« iw环之间弱风化岩层比例

17、较高，且拱顶较近距离岩层分界面较 多且复來_，可能会有较大地下水，必要时可以采用膨润土进行渣土改良。泡沫剂参数:稀释浓度o发泡倍率注入率rx见表x表3不同地层注入率下载原表«姿态控制在掘进过程中，耍严格控制盾构姿态，姿态始终保持为稍微抬头趋势，俯仰角 控制在ii/i。同时保持盾构机轴线与设计轴线在水平方向和垂i方向偏差 在±5« 垂直方向要求控制轴线为士m 之内、一旦出现姿态偏差过大， 立即进行调整，但应避免紧急纠偏，纠偏操作逐步进行。*盾尾密封及铰接管理下穿前对内侧2道密封刷进行更换，盾构掘进时，加强油脂注入，保证注脂压 力大于lb并每隔4环采用手动模式补注一圈

18、油脂。在掘进过程中应随时把残留在盾尾的渣土和异物清理干挣，防止渣土和异物进入盾尾舱，损坏盾尾 密封。为了保证密封效果，在掘进时控制铰接伸出长度，控制在ih 之内，若超出 weir则立即手动调免使铰接缩回。避免频繁纠偏和紧急纠偏。当存在铰接 漏气漏浆时及时补充铰接密封油脂。fs>注浆控制同步注浆为单液浆，每环注浆量为 二次补浆为双液浆，单点补浆量为 卜|，在掘进过程中对盾尾后环进行灌注。双液浆比例:水玻璃：水泥浆初凝时间us。同步注浆通过注浆量控制、确保填充量，二次注浆控 制注浆压力、避免对成型管片造成影响。4.«监控量测为保证盾构施工顺利进行，必须对项目实时监控，做到动态、信息

19、化施工。本工 程下穿段监控量测主耍分为两部分，即盾构隧道施工中引起的地表沉降监控量 测及桥梁墩台、梁体变形监控量测k对穿越段桥墩均布点监测。监测频率为3 次/l当盾构掘进完成后、监测频_率为i次/l直到变形趋于稳定并通过验收 后:，方可停止测量。监测布置如图i所示。历时2个月，盾构成功长距离穿越武广高铁桥桩及南站南路。高铁桥桩最大累计 沉降地面最大沉降满足相关控制要求，桥桩及地表累计沉 降见图ii。桥上轨枕道床最大累计拉伸变形. iw 地下管线正常使用，周 边环境未受影响。4.b应急预案加强与管线等构筑物权属部门的沟通，针对施工过程屮可能遇到桥上轨枕道床 变形超限、路面开裂、地表塌陷、管线破损

20、、螺旋机喷涌等突发事件，制定有效 的现场应急措施和预案。图 监测布置i单位:>下载原图i结语结合广佛环城际陈村隧道工程实例、通过选线设计、工法比选、盾构机选型、变 形预测、施工参数控制、周密监测、应急预案等设计施工措施，解决了复杂环境 下隧道长距离穿越高铁桩基的难题，对类似复杂环境下隧道穿越高铁桩基工程 有一定参考价值。<|>隧道长距离穿越桥梁桩基对桥梁桩基存在一定影响。线路设计时盾构与敏感 物安全距离按照不小于.项控制、线路尽量敷设在均匀地层中、釆用盾构法 施工对既有桥桩、地面道路和管线的影响可冇效减少。在地面无条件吋，可不采 取地表加固措施。o为控制盾构穿越时的地层扰动，加强对盾构机掘进模式、出土量、渣土改良、 密封及铰接管理、注浆控制十分关键。在上软下硬、半土半岩地段采用全土压平 衡模式掘进、控制地面沉降。<3>施工前利用数值分析对施工影响进行预测分析，施工过程中加强对既有桥 梁桩基、梁体、支座、轨枕道床及周边管线、道路的施工监测，发现实测结果超 过预警值，应采用洞外、洞内措施对位移予以纠正，针对风险源编制应急预案也 十分必要