沈阳地铁盾构区间穿越桥梁桩基方案研究

1、沈阳地铁盾构区间穿越桥梁桩基方案研究高松摘要：近年来，国内各大城市地铁建设进入全面提速阶段，受各种条件制约，地铁隧道不可避免的需要穿越如桥梁基础、楼房基础、地下人防工程等各种地下建（构）筑物，从而带来很大的工程风险，如何规避、控制这些风险是地铁设计、施工等工程技术人员的重要任务。本文以沈阳地铁区间隧道为例，从设计角度针对盾构隧道穿越数量多而密集、分布不规律的桥梁桩群，为保证桥梁结构安全，在工程设计阶段，研究并提出可行的工程措施，简要介绍了盾构施工沉降影响范围的确定、减少沉降的方法、避免沉降影响到桥梁的方法、沉降影响到桥梁时采取的补救措施。又从施工角度介绍了在工程实施阶段实际采取的措施以及获得的

2、效果。Abstract: The construction of subway in many chinese municipalities leaps into a phase of total speed-up in recent years. The subway tunnels inevitably need to go through such underground constructions as bridge foundations, building foundations, underground civil defense systems, and so on, whic

3、h has brought great engineering risks. Thus, how to avoid or control these risks is an important task for the subway designing and engineering staff. The paper analyzes how to define the impact of ground surface subsidence caused by shield tunneling, how to reduce ground surface subsidence, how to a

4、void ground surface subsidences impact on bridges, and how to remedy ground surface subsidences impact on bridges, by taking Shenyang subway tunnel designing plan as an example, which must bring up feasible engineering measures to guarantee the security of the bridge structure after considering the

5、situation that shield tunneling has to go through a crowd of closely-and-irregularly-located bridge piles. The paper also introduces the acutal measures taken in the engineering phase and the effect of these measures. 关键词：地铁、盾构区间、桩基、沉降、可调高度支座1.工程概况沈阳地铁2号线松山路站至陵西站区间隧道全长1227m，采用盾构方法施工，为双线双洞圆形断面，外径6.0m

6、，地铁左右线间距为1352m。区间线路纵向呈“”型坡，最大纵坡为30，隧道结构顶覆土厚度11.8 23.6m。场地地貌单元为浑河冲洪积扇，隧道上覆土层主要为粉质粘土、中粗砂，隧道结构经过的土层主要为砾砂、圆砾、泥砾。场区地下水为潜水，地下水水位埋深为9.2013.80m，标高37.3142.29m。地下水主要赋存于浑河老扇冲洪积形成的砾砂、圆砾层中。含水层渗透性强，渗透系数一般在50110m/d之间，水力坡度约1左右。该地铁区间穿越沈阳市北二环白山路互通式立交桥，立交桥上部结构为小跨径（18m）钢筋混凝土连续箱梁，对于桥梁纵横向不均匀沉降极为敏感，桥梁基础为直径2.0m挖孔桩基础，摩擦桩，桩长

7、1822m，隧道结构与桩基础在高程上未发生冲突，但在平面位置关系上，大量桥桩处于盾构施工沉降影响范围以内，如图1-1所示。图1-1：隧道与桩基位置关系平面图现对盾构推进过程中的沉降控制、地层沉降对桥梁可能产生的影响、保证桥梁结构安全的措施进行研究，并提出可行、可靠的措施保证桥梁安全。2.地层沉降影响范围的确定参考其他地区盾构施工工程经验，盾构施工引起的地层区域划分如图2-1所示：图2-1：地层沉降区域划分图对于落于、区的桥梁桩基均需采取防护措施。3.桥梁不均匀沉降限值的确定根据既有立交桥设计图纸，并咨询该桥设计单位，白山路立交桥桩基的不均匀沉降设计值为5mm，通过比对桥梁竣工资料及现有实测状态

8、，桥梁在施工及使用过程中用基本未产生不均匀沉降。所以将桥梁的不均匀沉降限值确定为5mm，同时将桩基不均匀沉降的警戒值设定为3mm，若盾构推进过程桩基不均匀沉降达到3mm，应采取特殊措施。4.工程措施为保证桥梁结构安全所采取的工程措施分为三个部分：沉降控制、变形隔离、沉降补偿。4.1沉降控制沉降控制主要通过在盾构推进过程中采取以下措施减少地层变形：（1）随时调整盾构施工参数，减少盾构的超挖和欠挖，以改善盾构前方土体的坍落或挤密现象，降低地基土横向变形施加于建筑物基础上的横向力。地表沉降及隆起值应严格控制在-10mm+5mm之间，范围宜控制在两侧各14m以内。（2）盾构隧道在通过以上控制性区段时，

9、推进过程中不得停顿，应及时进行同步注浆和二次补充注浆、适当增加注浆量，减少盾尾通过后隧道外周围形成的空隙，减少隧道周围土体的水平位移及因此而产生的对桩基的负摩阻力。4.2变形隔离根据图2-1，、区域为沉降变形影响区，对于落于、区的桥梁桩基均需采取防护措施，当盾构与桩水平净距1.2m时采用600mm间距400mm双管高压旋喷桩进行变形隔离，如图4-1、2。图4-1：变形隔离桩布置图图4-2：变形隔离桩布置图4.3沉降补偿考虑到盾构隧道施工的各种不确定因素，推进过程中有可能导致桥梁发生超过容许值的不均匀沉降，为保证桥梁结构安全，拟在地面以上对隧道施工可能影响到的桥粱进行预先防护，防护措施如下：（1

10、）先在墩顶植筋设牛腿，牛腿上架设扁平示千斤顶，千斤顶吨位根据桥梁支座型号选取，（如图4-3）。图4-3：墩顶牛腿布置图（2）在隧道施工过程中，监测桥梁基础的不均匀沉降，一旦超过3mm，即通过调节千斤顶来调整桥面标高以消除不均沉降的影响。（3）盾构通过后把原支座更换为高度可调支座。5.施工过程中工程措施的优化调整5.1调整原因以上设计提供的工程方案在工程实施过程中遇到了很多问题，主要有：（1）变形隔离桩距离桥梁桩基过近，施做过程中可能扰动桩侧土，反而不利桥梁安全。（2）墩顶牛腿需在桥墩顶部，植入大量钢筋，易损伤桥墩结构，施工完成拆除后影响桥梁美观，桥梁管理部门不同意施工。5.2调整方案针对以上问

11、题本工程参建单位针对施工方案又进行了多次专家论证会，最终形成如下施工方案：（1）取消变形隔离桩，加强监测及盾构推进参数控制。（2）在桥墩侧面搭设临时支架替代牛腿，在支架上方设千斤顶，进行变形补偿，（如图4-4）。图4-4：桥墩侧面支架布置图5.3调整效果工程进入实施阶段后，盾构实际采用的参数为：（1）区间左右线分别采用沈重(与德国维尔特合作)产6280mm及日本(IHI)产 6140mm土压平衡盾构机。（2）穿越立交桥段按6环/每天速度连续推进。（3）土仓顶部压力控制在0.070.1Mpa。（4）盾构推力总推力控制在1700020000KN，扭矩15001800KN.m。（5）推进速度控制在1525mm/min左右，推进过程中保持稳定。（6）盾构出土量，每环出土量控制在45m3左右。（7）盾构推进时，进行同步注浆，注浆系统与掘进系统联网，掘进时盾尾出现空隙立即注入浆体。盾构机上的注浆管，按上下左右各一个均布在盾尾钢板内，使浆液在盾尾处注入空隙。盾构注浆采用新研发的可硬性浆液同步注浆，注浆压力约0.20.4MPa。浆液配比：水泥：砂：水：粉煤灰：膨润土=1：3.5：2.5：2.7：0.3。（8）利用二次补强注浆弥补同步注浆的空隙，注浆压力控制在46bar且维持稳定。二次注浆采用硬性