浅覆土盾构隧道近距离侧穿地下承重桩施工技术

常渝淑

摘 要：济南地铁某盾构区间近距离侧穿紧邻车站主体结构尚未施工完成的地下承重桩基，承重桩基底板距离区间隧道拱顶最近处 3.3m。盾构穿越区域采用三重管高压旋喷注浆对地层进行预加固，衬砌结构采用冗余注浆孔管片，采用土压平衡掘进和足量同步注浆，管片脱出盾尾后及时二次注入双液浆以进一步提高管片的稳定性等技术措施，这些技术措施可有效控制地面沉降，规避盾构掘进对地下承重桩基的不利影响。

关键词：地铁;浅覆土隧道;盾构侧穿;承重桩基

中图分类号：U455.43

1 引言

盾构法施工已成为城市轨道交通施工的主要工法之一，盾构区间隧道下穿（侧穿）建（构）筑物、桥梁桩基已较为常见。单生虎[1]等运用有限元分析软件模拟不同注浆压力和不同近接距离下盾构隧道施工过程，分析了衬砌结构近接桥桩的施工力学响应;李瑞[2]以AC石家庄东庄站为例，总结了盾构侧穿桥桩的控制技术，针对盾构施工地面沉降监测，从测量和施工2个方面进行了详细阐述，为隧道施工提供了安全保证;陈江[3]等对盾构侧穿邻近桥桩施工影响及加固措施进行了研究;文献[4-7]结合工程实际，运用工程经验、理论分析和数值模拟等方法，对盾构施工预加固合理范围进行了研究;文献[8-12]对盾构近距离穿越群桩旋喷加固效果进行分析。本文以济南市轨道交通工程某盾构区间近距离侧穿紧邻车站主体结构的地下承重桩基为例，对浅覆土条件下盾构侧穿地下承重桩基的加固方法进行研究。

2 工程概况

济南市轨道交通某盾构区间隧道外径6m、内径5.4m，盾体直径6.25m、刀盘开挖直径6.28m，盾构在盾构接收端头侧穿地下承重桩基群长度约50m。盾构穿越桩基施工现场示意图如图1所示。

盾构侧穿地下承重桩基地层为<15-1>层碎石、<22-1>强风化泥灰岩、<21-1>强风化灰岩、<21-4>层溶洞、<21-2>中风化灰岩，区间隧道大部分位于<21-2>中风化灰岩。围岩等级为Ⅲ～Ⅵ 级，区间隧道内无地表水穿过，沿线勘查期间未揭露地下水。地下采用钻孔灌注桩基础，桩径1m，桩长12.9m，地下构筑物结构底板距离区间隧道拱顶最近处约3.3m，其中下行线隧道边缘距西侧桩基约为4.67m，距东侧桩基约为3.14m，上行线隧道边缘距西侧桩基3.1m，距东侧桩基3.75m。隧道与地下承重桩基位置关系如图2所示。

3 高压旋喷预加固地层施工方法

3.1 加固原理

根据盾构穿越地层结构并借鉴盾构始发（接收）端头加固技术，对盾构穿越的浅覆土区段采用高压旋喷加固，加固范围为隧道底部以下3 m、左右两侧加固到距离桩基1 m处，隧道顶部距地面1 m范围。旋喷压力随旋喷深度逐渐减小，以提高土体的整体强度，同时对存在的溶洞进行充填[13-15]，为地铁列车的后续安全运营提供保障，地下承重桩基与高压旋喷注浆加固平面示意图如图3所示。

高压旋喷加固是利用钻机将旋喷注浆管及喷头钻置于桩底设计高程，使预先配制好的浆液通过高压发生装置获得巨大能量，并将其从注浆管边的喷嘴中高速喷射出来，形成一股能量高度集中的液流，直接破坏土体，喷射过程中，钻杆边旋转边提升，使浆液与土体充分搅拌混合，在土中形成一定直径的柱状固结体，从而使地基加固。

3.2 加固操作要点

（1）压力清水冲洗清孔。使用钻孔机从孔底开始喷射高压水，转动注浆管使高压水旋转切割松散岩和泥岩，以0.5 m/min的速度向上缓慢提升，将桩底到岩面的钻孔冲刷扩大，被冲刷掉的岩土在高压水的作用下被冲上桩顶排出桩外，直到由钻孔底向上完全返出清水即可终止注水。

（2）水泥浆液配制。水灰比为0.6～0.8，采取先稀后浓的原则灌注，水泥选用42.5普硅水泥，水泥浆 ： 水玻璃=1 ： 1（体积比）。

（3）高压注浆。使用注浆机将水泥浆液通过注浆管从孔底注入，压力达到2.5 MPa后需保持注浆压力2～3 min，然后向上提升0.3 m，直至将孔注满为止。

3.3 旋喷质量控制

（1）施工前复核桩基及高压喷射注浆的设计孔位。

（2）高压喷射注浆施工参数应根据土质条件、加固要求，通过试验或根据工程经验确定，并在施工中严格加以控制。

（3）高压喷射注浆的主要材料为42.5级硅酸盐水泥，根据需要可加入适量的外加剂及掺合料，外加剂和掺合料的用量，应通过试验确定。

（4）水泥浆液的水灰比应按工程要求确定，可取0.6～0.8。

（5）喷射孔与高压注浆泵的距离不宜大于10 m，钻孔位置与设计位置的偏差不大于50 mm，实际孔位、孔深和每个孔实际情况均应详细记录。

（6）当喷射注浆管贯入土中且喷嘴达到设计标高时即可喷射注浆，在喷射注浆参数达到规定值后，随即按旋喷工艺要求，提升喷射管，由下而上喷射注浆，喷射管分段提升的搭接长度不得小于100 mm。

（7）在高壓喷射注浆过程中出现压力骤然下降、上升或冒浆异常时，应查明原因并及时采取措施。

（8）高压喷射注浆完毕应迅速拔出喷射管，为防止浆液凝固收缩影响桩顶高程，必须时刻在原孔位采取冒浆回灌或二次注浆等措施。

（9）施工中应做好泥浆处理，及时将泥浆运出或在现场短期堆放后运出。

4 盾构掘进施工控制措施

4.1 地面沉降控制

根据盾构掘进地段的埋深确定盾构土压平衡掘进的控制土压力;根据盾构掘进期间的地面沉降监测数据，实时调整盾构土仓控制压力，并通过同步注浆填充盾构刀盘开挖直径与管片外径间的建筑空隙[16-20];根据盾构通过后的地面沉降监测数据及时进行二次注浆，进一步控制地面沉降;为进一步提高盾构隧道的稳定性，采用洞内深孔注浆的方法在管片外周形成稳定的注浆固结层，以控制浅覆土可能引起的管片上浮。

4.2 盾构掘进控制

盾构侧穿地下承重桩基段为浅覆土地段，根据隧道顶部覆土厚度计算静止土压力，并作为控制盾构土仓压力的参考值，掘进中根据地面沉降监测数据及时调整土仓压力，规避因土仓压力波动过大造成地面沉降过大或坍塌。

（1）设置试验段。盾构穿越桩基前30～50环区段设置试验段，模拟盾构侧穿桩基，及时总结刀盘转速、土压、推力、扭矩、出土量、同步注浆量等掘进参数与地面沉降的关系，为盾构侧穿桩基掘进参数的确定提供依据。根据盾构穿越桩基区段的地质构成及埋深计算盾构相关参数，并结合试掘进的经验数据，对计算数据进行优化，盾构侧穿桩基的参考掘进参数如表1所示。

（2）盾构掘进中以匀速推进，严格控制出土量以规避因超挖带来的地面沉降风险。若发生某一环出土量过多时，应及时增加该环的同步注浆量，及时二次注浆并加强地面监测，必要时及时地面注浆。

（3）严格控制盾构姿态，减少纠偏，若需纠偏时应遵循少纠、勤纠的原则，每环的纠偏量不宜超过5mm，盾构姿态宜控制在±30 mm之内。

（4）盾构穿越期间地面及桩基的监测频率不少于2 次/天，地面沉降数据偏大或出现异常时应加大监测频率，并根据监测数据情况及时优化（调整）相应的掘进参数;地面沉降控制值为-30～+10mm，桩基倾斜度控制值为2‰。

（5）加强同步注浆管理，保证足量的同步注浆量，采取压力与流量数控指标，以压力为主、流量为辅，根据掘进情况及时二次注浆。洞内采取二次注浆，以控制地面沉降。盾构侧穿桩基区段隧道采用冗余注浆孔管片，当地面沉降达到控制值30mm或桩基倾斜达到2‰ 时及时洞内二次注浆，注浆点位优先选用管片上部120°范围内的孔位注双液浆，注浆压力0.15～0.2MPa，注浆施工完后需保持注浆压力2～3 min，以达到有效控制地面沉降的目的。

（6）严格控制管片拼装质量，管片螺栓必须3次复紧，拼装管片时一次拧紧，推出盾尾后二次拧紧，后续盾构掘进至每环管片拼装前，对相连已成环的3环范围内管片螺栓进行全面检查并复紧。

（7）选用有较丰富掘进施工经验的盾构司机，以利于掘进参数的控制;做好每班的技术交底及掘进参数记录，及时做好掘进参数的汇总与总结。

（8）实行领导值班制度，掘进过程中安排专人进行地面巡视，发现异常立即通知值班领导。

5 地面沉降监测

5.1 监测项目、频率

盾构侧穿地下构筑物承重桩监测项目主要包括盾构掘进影响范围的地面沉降、桩顶竖向位移、桩顶水平位移、盾构掘进影响范围内基坑的坡顶水平位移及坡顶竖向位移，以及隧道管片结构竖向位移和管片结构净空收敛。检测项目、监测点布设及数量如表2所示，监测频率如表3所示。

5.2 监测结果

监测控制值的确定应满足设计和规范要求，盾构侧穿地下构筑物桩基监测结果如表4所示。由表4可见，盾构侧穿地下构筑物桩基期间，各个检测项目均满足相关控制值要求。

6 结论

（1）盾构在浅覆土的条件下近距离侧穿紧邻车站主体结构的地下承重桩基之前，采用三重管高压旋喷注浆对地层进行预加固，提高了隧道上部地层的稳定性。

（2）在侧穿地下承重桩基时采用土压平衡模式进行推进，保证足量的同步注浆，衬砌结构采用冗余注浆孔管片，管片脱出盾尾后及时二次注入双液浆，可进一步提高管片的稳定性。

（3）根据实际工程环境对地面沉降、桩顶竖向位移、樁顶水平位移、盾构掘进影响范围内基坑的坡顶水平位移及坡顶竖向位移，以及隧道管片结构竖向位移和管片结构净空收敛进行监测，根据监测数据及时反馈指导盾构掘进施工，有利于确保地下构筑物桩基的安全。

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收稿日期 2019-12-19

责任编辑 朱开明