砂卵石复合地层中盾构下穿桥梁关键施工技术研究

砂卵石复合地层中盾构下穿桥梁关键施工技术研究

阙旗君舒思林付坤石豪陈志华

（中国中铁广州工程局城市建设有限公司      四川 成都      610000）

摘要  随着城市地下交通系统的迅速发展，盾构隧道技术在复杂地质条件下的施工技术研究显得尤为重要。本研究围绕成都地铁10号线文翁石室站至武侯祠站区间的盾构施工进行，特别是在砂卵石复合地层中盾构下穿南河桥的关键技术。通过对该区段的地质条件、施工环境和工程难点进行深入分析，提出了一系列针对性的施工技术和措施。这些技术和措施不仅确保了盾构施工的安全和质量，而且为类似地质条件下的盾构施工提供了有价值的参考。

关键词 地铁、施工技术、砂卵石复合地层、下穿桥梁、河道、盾构技术

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随着城市化进程的加速，地铁作为城市交通的重要组成部分，其建设和发展受到了广泛关注。然而，地铁建设往往面临着复杂的地质条件和众多的工程挑战。特别是在砂卵石复合地层中，盾构施工技术的研究和应用成为了关键。桥梁作为城市的重要交通枢纽，其下穿施工更是考验工程师智慧和技术的时刻。

本论文旨在探讨砂卵石复合地层中盾构下穿桥梁的关键施工技术。通过深入研究和实践，我们希望为相关领域的研究者和工程师提供有价值的参考和指导。同时，也希望通过这篇论文，能够推动盾构施工技术的进一步发展和完善，为城市交通建设贡献一份力量。

在接下来的部分中，我们将详细介绍工程的概况、桥梁的加固方案、盾构在砂卵石地层下穿桥梁的控制技术，以及常见工程问题的预防和处理措施。希望读者能够通过本论文，对盾构施工技术有一个更加深入的了解。

1  工程概况

文翁石室站~武侯祠站区间，均为地下区间。本区间起于锦江北岸，之后下穿锦江（长约50m），沿通祠路、武侯祠大街往西南方向前行，至武侯祠东侧省交通运输厅门口设的武侯祠站。盾构段正线线路平面最小曲线半径为400m，线间距8.20～11.20m，结构最小覆土埋深约17.05m，最大覆土埋深约18.93m。地下区间采用盾构法施工，右线起迄里程为：YDK22+878.039~YDK23+189.182，右线长为311.143m；左线起迄里程为：ZDK22+872.032~ZDK23+189.172，左线长317.14m。

区间下穿锦江时同时下穿既有桥梁南河桥。南河桥概况见表1,南河桥实景见图1，南河桥与区间位置关系图见图2。

表1 南河桥概况表

图1 南河桥实景图

图2 南河桥走向卫星图

2  桥梁加固设计

文翁石室站～武侯祠站区间在盾构下穿南河桥时，为保证施工安全，针对桥台受力分析、周边环境等调查，严格按照区间风险源设计图纸中技术措施对南河桥加固施工。盾构通过南河桥及锦江采用如下技术措施：

2.1 桥台台背袖阀管注浆施工

（1）文翁石室站与南河桥北侧桥台之间采用袖阀管注浆（φ80@600mm 布置）进行盾构端头加固，同时也施作桥台加固；

（2）在南河桥南侧桥台后背进行袖阀管注浆加固，注浆浆液采用水泥浆，初步参数：水泥浆水灰比 0.8：1-1:1，注浆压力 0.2-0.4MPa，施工中根据实际情况，通过试验确定有关参数。

2.1.1 注浆工艺

根据施工设计要求以及规范严格控制注浆工艺参数，具体施工工艺如图3所示：

图3 φ80mm袖阀管注浆工艺流程图

2.1.2 注浆施工

根据施工图纸合理布置场地，保证施工期间桥梁正常通行，注浆过程中浆液做好善后处理措施，不得附近污染水资源等；注浆剖面、加固区域图如图4所示：

图4 袖阀管注浆剖面图

（1）注浆过程中根据设计图纸进行放样；

（2）钻孔过程保证孔位不坍塌，不堵塞，清理完成后安装袖阀管；

（3）严格按照施工配合比控制浆液浓度、质量等参数；

（4）浆液采用水泥浆，水泥浆水灰比宜在0.8：1~1:1之间，注浆压力宜在0.2-0.4MPa，施工中根据实际情况，通过试验确定有关参数。

2.2 桥台两侧围护桩施工

在两侧桥台背后紧贴施作φ1.5m@2.0m钢筋混凝土桩，桩长20m。为减小对南河桥基础的影响，围护桩采取跳打施工。

2.2.1 围护桩施工工艺流程

（1）围护桩采用旋挖钻机施工成孔，保证围护桩长度及质量满足设计要求，以保证桥梁运营期间安全可靠，为减小对南河桥基础的影响，围护桩采取跳打施工。

（2）施工具体筹划

围护桩施工时遵循对称施工，即两侧桥台均匀打桩加固，保持桥台两侧桩基均匀受力，且从边侧往中部，或者中心分两边。根据以往类似经验，单根桩基成孔时间约 2 个小时左右，合理安排施工工序时间，保证浇筑砼满足质量检测要求；具体施工顺序图如图6。

施工工艺流程如下：

图5 围护桩施工工艺流程图

图6 成孔施工顺序图

2.2.2 围护桩参数

本区间设计风险源（南河桥）桥台背后加固围护桩共计28根，南北两侧桥台各14根，桩径1.5m，桩深20m，浇筑水下C35混凝土。

2.3 河床铺盖施工

盾构穿越前，与水务部门沟通协调减小南河上游水流量，在区间隧道上方河道内分期围堰筑岛共长 262m，以便施工钢筋砼河床铺盖。河道基底开挖完成后，进行河底铺砌施工，河底铺砌采用 C20P8 钢筋混凝土，厚度 30cm；河底铺砌为永久铺砌，后期不进行拆除；本次河床铺盖施工约3264 ㎡，分两期完成。

2.4 端墙管棚、桥台基础钢花管加固施工

（1）盾构始发前在文翁石站大里程端墙处打设两排φ146mm 超前大管棚支护，长 30m，间距 1.0m，在施工过程中协调中铁二局待主体围护结构施工完毕后对端墙管棚进行施工，施工完成后对孔位进行防水处理，保证端墙防水施工满足要求；

（2）在河道内打设四排φ146mm 钢花管，长 20m，进行南侧桥台注浆加固，浆液采用双液浆（水泥+水玻璃），待河床一期围堰铺砌完成后对南侧桥台进行钢花管加固注浆施工，保证桥台受力均匀牢固；

2.5 盾构洞内二次注浆

下穿区段采用增设注浆管片洞内二次注浆加固，二次注浆的半径范围3m，同时注浆浆液有一定的防水功能。

图7 洞内二次注浆图

3  盾构机掘进参数

3.1 地质情况

经详勘后资料显示，北侧桥台位于全断面强风化泥岩地层中，但南侧桥台复合地层范围进一步扩大至1.15m（原初勘为0.51m），且探明新增了1m厚度的全风化泥岩，盾构掘进地层分布为下部中风化泥岩（约1/4）、中部全、强风化泥岩（约2/4）、上部密实卵石（约1/4）。

图8 地质情况图

3.2 掘进参数确定

以人民公园站-文翁石室站区间右线108-220环为分析对象，该段区间与下穿南河桥工程概况相似，且在这113环中，盾构司机较稳定的完成掘进施工，在地面沉降控制、隧道成型质量、参数设定等方面均在可控范围内。其中掘进参数的选定极为重要。根据目前的情况，绝大部分司机都是按照多年施工经验进行参数的调整，没有具体、成型的理论依据。对数据进行统计分析，得到该地层最优掘进参数及各项参数之间的联系用以指导盾构司机进行参数的调整。

人民公园站-文翁石室站区间右线108-220环为砂卵石与泥岩的复合地层，共113环，长度为135.6m。将盾构机vmt系统的的原始数据导出（vmt每1s采集一次），为了分析对象的真实性及分析结果有更高的指导性，筛选掉无效数据。最终得到11980组数据、16个掘进参数。使用python工具对数据分析得到对盾构施工效果产生主要影响的参数为总推进力和盾构推进速度。各环号对应的总推进力和平均推进速度见图11。

根据分析等到的参数结果并结合盾构地面沉降监测、盾构管片姿态测量、管片拼装效果，宜将盾构掘进推力控制在12000KN以下，盾构掘进速度控制在40mm/min以上为宜。

图9 各环号对应掘进参数图

4  滞后沉降分析

4.1 变形控制标准

在盾构隧道施工及相关辅助施工（如地基加固、跟踪注浆等）过程中，均应对隧道结构、地层、地表、建（构）筑物及地下管线等，进行系统全面的监控量测。监控量测项目主要包括隧道结构的变形、地层变形和地表沉隆、建（构）筑物及地下管线的变形（位移）、建（构）筑物外观观察等。建（构）筑物沉降、变形控制标准参考标准，并按其他相关设计规范及产权主管部门的要求执行。

市政桥梁工程控制指包括桥梁墩台允许沉降控制值、纵横向相邻桥梁墩台间差异沉降控制值等。城市桥梁沉降控制值可参照表2取值。

表2 城市桥梁沉降控制值

4.2 盾构施工数值仿真模拟分析

运用Midas/GTS有限元计算软件对盾构下穿该拱肋梁桥建立三维数值模型，主要分析盾构通过后由于地层的滞后沉降对桥梁的影响，并结合城市桥梁沉降控制值评估桥梁的安全性。土体采用实体单元、摩尔库伦准则进行计算；拱桥采用梁单元、弹性准则进行计算；管片为板单元，计算准则同样为弹性准则。

整体计算模型如图12所示：

图10 整体模型图

计算结果见下图所示：

图11 模型整体沉降云图

图12 桥台沉降云图

通过下穿南河桥沉降变形计算结果可以看出，在地铁盾构隧道穿越南河桥的过程中会使其发生变形影响，在穿越过程中桥台最大沉降值为3.6mm，在控制范围之内。

结论：通过计算分析可以看出，在盾构穿越南河桥过程中会对其基础产生微小变位，但是不会对南河桥的结构安全产生影响，更不会影响其的正常使用。

5  结论

通过对下穿南河桥工程的研究，可以得出以下结论：

在河床铺盖施工中，采用了合适的策略来减小南河上游水流量，并通过围堰筑岛和河底铺砌等方式实现了河床铺盖的施工。

在端墙管棚和桥台基础钢花管加固施工中，采取了适当的措施来保证施工的牢固性和防水性，从而满足了工程要求。

盾构洞内二次注浆和增设注浆管片洞内二次注浆加固等措施有效地提升了施工的安全性和稳定性。

根据盾构机掘进参数的确定，控制了推进力和推进速度，确保了施工的效果。

通过滞后沉降分析和盾构施工数值仿真模拟分析，得出了南河桥在盾构穿越过程中的沉降变形情况，并证明了施工对桥梁结构和安全性的影响在可控范围内。

综上所述，通过本次研究，可以得出结论：在下穿桥梁工程中，采取的关键施工技术和措施能够有效地保证施工的安全性和质量，为类似工程的设计和施工提供了有益的经验和参考。

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