地铁穿越桥梁群桩综合技术范文

1丽泽桥概况

丽泽桥为全互通式立交桥，位于北京市西三环南段丰北路与西三环相交处，是连接西三环和丰台北路的重要交通枢纽，也是北京市几座大型桥梁之一，于1991年竣工投入使用。北京地铁14号线西局～东管头站区间暗挖隧道下穿丽泽桥区，其中地铁近距离穿越桥梁共计14处(见图1)，分别为:丰北路上东西向的主桥A、主桥B，南北主桥，四环主路上南北向的公交停靠站1号桥、公交停靠站2号桥，Z3匝道桥、Z4匝道桥、Z5c匝道桥、Z6匝道桥、Z7a匝道桥、Z7b匝道桥、Z7c匝道桥、Z8匝道桥、K4+657通道，桥桩与隧道的净距为0.84～4.61m，且桩端在隧道的肩部———受力最不利位置。桥梁为混凝土现浇连续箱梁，检查评估报告显示，桥梁技术状况等级评定为A级，即“完好状态”，见表1。

2桥桩及隧道沉降及变形模拟预测

2.1预测目的在区间暗挖隧道施工时，为确保暗挖施工顺利通过桥区，同时确保丽泽桥交通畅通，在施工前，按施工工况进行模拟分析预测，确定不同工况的各项施工参数，预测桥梁沉降量，验证设计、施工方法的科学性和合理性，弥补理论分析存在的不足，最后确定最优施工参数。

2.2桥梁沉降控制指标1)桥梁竖向均匀沉降控制值:15mm。2)纵向不均匀沉降位移控制值:5mm。3)墩柱横桥向相邻基础不均匀沉降位移控制值:3mm。4)地表沉降控制值:30mm。

2.3桥桩变形预测模型及分析

2.3.1模型建立计算软件采用大型岩土计算软件FLAC-3D，假定土体为各向同性弹塑体，由实体单元模拟，其应力-应变关系满足莫尔-库仑准则;采用shell单元模拟初支，二衬采用实体单元;模型边界范围按4倍开挖洞径计，地表为自由面，其余面均施加法向约束，施工模拟，每循环进尺0.5m，采用上、下台阶法施工，严格按浅埋暗挖“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭”方针实施。计算模型见图2。

2.3.2计算计算工况为对桥桩周围土体进行注浆加固后开挖的工况。对桥桩周围土体进行加固，以降低由于暗挖施工对桥桩承载力的影响。此工况下，暗挖施工影响近暗挖侧桥桩的沉降值为4.8mm(见图3)，远暗挖侧桥桩沉降值为3.6mm(见图4)，差异沉降为1.2mm。桥桩沉降主要发生在上台阶开挖期间，沉降值为3.7mm，且沉降速率加大，下台阶开挖时引起的桥桩位移值约为1.1mm。经过分析，桥桩距离隧道越近，沉降越大;同时在隧道施工期间，桥桩沉降主要发生在上导洞开挖期间，应加强上导洞开挖期间施工工艺控制，并应尽快对上导洞临时仰拱封闭成环并及时进行回填注浆。

3施工技术措施

3.1隧道侧穿桥桩加固技术本工程暗挖通道要垂直穿过丽泽桥桥桩，隧道边缘最近处距离桥桩不到1m，如果不采取相关措施，该部分桥桩的整体摩擦力将会全部失去，并且边土体变形也会使未动土层摩擦力降低。为达到加固隧道侧穿桥桩范围内的土体，控制沉降，经研究论证综合采取的以下技术措施:地面复合锚杆桩加固;隧道拱部180°范围内小导管超前注浆加固;隧道初支格栅钢架加密至0.5m，必要时密排，并加设临时仰拱;上导洞预留核心土先行通过技术;洞内临时仰拱下45°范围内进行径向注浆加固;初支背后注浆纵向、环向间距加密至2m;二衬背后多次重复注浆;加强监控量测等。

3.1.1地面复合锚杆桩加固技术在地面条件和地下管线允许的情况下，对桥桩尽量采取地面加固措施。主要做法为在地面采用复合锚杆桩加固地层，将桥桩周围土体加固和改良，以不降低原有侧摩阻力为目的，并在隧道内对桥桩底部土体实施注浆加固，增大桩端承载力。加固后的地基应具有良好的均匀性和自立性，加固体强度应不小于5MPa，渗透系数≤1.0×10－6cm/s。具体布置见图5、图6。复合锚杆桩孔径Φ150mm，孔内安装锚杆(3根直径Φ20mm螺纹钢筋)，锚杆桩钢筋骨架为隔离环(50mm×3.5mm普通煤气管，每段长100mm)+定位支撑(Ф18螺纹钢，长度40mm，与隔离环双面焊接)，桩纵向每米1段，与主筋双面焊接。另附三根Ф20塑料管作为注浆管，注浆管出浆口距底端4m，出浆孔φ4mm，出浆孔竖向错开150mm。见图7、图8。注浆分三次进行:第一次采用常压注浆，注浆压力0.4～0.5MPa，孔口溢浆时结束本次注浆，水泥浆水灰比0.5∶1;第二次注浆采用中高压注浆，注浆压力1.0MPa，水泥浆水灰比0.75∶1，在第一次 浆完成后10～15h进行;第三次注浆压力1.5MPa，，水泥浆水灰比0.75∶1，在第二次注浆完成后5～10h进行。

3.1.2洞内超前注浆加固非桥区段超前小导管布置为拱部环向120°，桥区段地层以卵石－圆砾石为主，且桥桩基础底部位于隧道肩部，为减小桥桩沉降，根据以往施工经验及专家评议，对超前注浆进行优化:小导管采用φ25无缝钢管，长1.7m，水平倾角为10°～15°，环向180°范围打设，纵向每榀打设，环向间距300mm，详细见图9。注浆浆液选用单液水泥浆+早强剂，压力控制0.3～0.5MPa。

3.1.3格栅加密并加设临时仰拱根据模拟分析，桥桩沉降主要发生在上台阶开挖期间，则在隧道开挖过程中上台阶应近快封闭。针对互情况，在隧道穿越桥桩前后各10m范围内，格栅加由非桥区段的0.75m减小至0.5m，并增设临时仰拱，临时仰供采用I22a工字钢和挂网锚喷混凝土的形式，将隧道初衬分为上下两个导洞，使上导洞一环一封闭。详细见图10。

3.1.4上导洞预留核心土先行通过技术台阶法可以有足够的工作空间和相当的施工速度，但上、下部作业有干扰;台阶开挖虽增加对围岩的扰动次数，但台阶有利于开挖面的稳定，尤其是上部开挖支护后，下部作业就较为安全。本工程在暗挖隧道在侧穿桥桩时为保证地面沉降，加设了临时仰拱，分成上下导洞进行开挖。根据计算，在隧道开挖过程中，上台阶开挖对地面及桥桩沉降影响较大，因此考虑到应缩短上导洞封闭成环时间，减小沉降，在侧穿桥桩过程中采取上导洞预留核心土先行通过技术措施进行施工，长度约为20m。隧道施工上导洞先行通过见图11。

3.1.5径向注浆加固技术暗挖区间下穿桥桩段时，桥桩底基本位于隧道中部，在隧道土方开挖过程中，隧道周围的土体稍有扰动、松散，就会引起桥梁沉降;同时初支施工时也会有回喷不密实的情况，极易导致桥桩沉降，引发地面桥梁交通安全事故。为避免近桥桩侧隧道周边土体扰动或回填不密实，决定在隧道靠近桥桩侧采用径向注浆技术，对桥桩底部土体进行加固，以保证隧道初支完成后隧道近桥桩侧土体的密实。在隧道靠近桥桩侧，临时仰拱下45°范围内进行径向注浆，注浆范围为1.5m;注浆管采用φ25×5小导管，长1.5m，1000×1000梅花型布置，布置纵向范围为桥桩两侧各6m。注浆浆液选用1∶1纯水泥浆液，压力控制为0.2～0.5MPa。详见图12。

3.1.6初支背后多次重复回填注浆在暗挖开挖过程中，初支锚喷背后普遍存在锚喷回填不密实现象，这种情况会导致地面及桥桩的沉降加大，为减小其沉降，必须对初支背后回填注浆。对初支背后一次注浆后，由于浆液收缩，会产生后续空隙，同时由于后续隧道开挖，引起隧道周边土体扰动，后续工序对土体的扰动引起的地表沉降会有一个延迟期，上述两个原因综合作用，使一次背后注浆后在初支前后还会有空隙产生，因此需进行多次重复注浆，以保证初支背后土体密实。(1)注浆管间距:纵向间距由设计3m缩短至2m，环向间接由原设计拱顶2m、侧墙3m统一调整为2m，并呈梅花型布置，以防止背后注浆不密实。(2)为保证背后回填注浆及时，注浆段与上台阶开挖面距离由5m调整至4m，注浆段长度由设计5m缩短至4m。(3)注浆采用水泥+粉煤灰+白灰，重量比为1∶1∶1、拌和成粘稠状;注浆分两次进行，第一次注浆，注浆压力达到0.3MPa并稳压10min后停止;30min后进行二次补浆，二次补浆稳压压力应达到0.5MPa，并稳压3min后停止。(4)每填充注浆完成约20m，即对填充注浆情况进行空洞检测。检测采用拱顶和起拱线位置进行连续检测，如存在空洞情况，进行再次注浆，并进行再次检测，直至填充密实。

3.2隧道下穿桥台加固技术

3.2.1加固方式分析丽泽桥南北主桥为西三环主路桥，左右分幅，南北向3跨，主路为连续宽幅T梁，辅路为连续钢－砼叠合梁，下部矩形实体墩，U型桥台，板式橡胶支座。四角各设一个梯道，连接丽泽路。地铁14号线左线隧道从丽泽桥南侧桥墩、桥台之间穿过。隧道离南侧桥台桩净距7.87m，离北侧桥墩桩3.6m。群桩的土体影响范围φ/4(卵石φ=40°)为10°。由分析可知:左线隧道的开挖，隧道外墙距离桩基较近而且隧道底部低于桩底，会对桥墩桩基础产生一定的影响。为了保证隧道开挖过程中的桥墩桩的安全性、稳定性，采用以下技术:深孔后退式帷幕注浆进行超前加固，采用正台阶加设临时仰拱预留核心土法施工，上导洞先行通过技术，初支背后注浆管布置加密并重复多次注浆技术。

3.2.2深孔后退式帷幕注浆加固技术区间左线下穿丽泽桥南北主桥60m范围内采用深孔后退式帷幕注浆进行加固，加固范围为导洞开挖轮廓线外2m，注浆循环段长设计为10m。注浆孔布置由工作面向开挖方向呈辐射状，钻孔布置成圆，保证注浆充分，不留死角。注浆孔孔间距为1000mm，浆液扩散半径750mm，如图13。注浆压力:深孔注浆压力为1.0～1.5MPa，在终压状态下当每分钟进浆量小于3L或注浆压力在终压状态逐步升高可停止注浆对小导管的初压为0.2～0.5MPa，终压为0.75MPa，在终压状态下当每分钟进浆量小于3L或注浆压力在终压状态逐步升高可停止注浆。注浆后至少8h后方可进行隧道开挖，开挖长度按循环进尺规定，以保留一定长度的掌子面止浆加固岩盘。注浆效果检查:一个注浆段的注浆孔全部注完后，钻2～3个孔对注浆效果进行检验，并取芯观察浆液充填情况，视情打设超前小导管补充注浆。

4实施效果及沉降控制分析

4.1非桥区段沉降控制分析非桥区段未采取地层加固措施，以DB－36－01监测点进行分析，如图14。从观测数据来看，在隧道施工时，土层受扰动破坏，产生的拉应力导致土体向初支的空隙移动，使土壤松弛，产生沉降。这些空隙如不及时填充浆液，就会被周围土体填充，最终形成较大地表沉降，监测点DB－36－01，沉降值为－25.12mm。

4.2桥区段沉降控制分析区间隧道侧穿Z3－4桥桩，隧道与桥桩间的最小水平净距为0.84m，区间隧道左线下穿南北主桥，根据监测数据，以此为例来分析，沉降变形分析见图15、图16。桥桩Z3-2最大沉降量为－4.56mm，南北主桥的最大沉降量为－4.02mm，与非桥区段进行对比分析，可看出综合应用下穿桥区技术、侧穿桥区技术，增加了土体及初期支护的自稳时间，有效的控制了初期支护、桥桩的下沉量，满足桥桩沉降控制的要求。

5结束语

根据沉降控制分析，在砂卵石地层下施工暗挖隧道穿越桥梁群桩时，根据施工现场的情况，将地面复合锚杆桩加固技术、隧道拱部180°范围内小导管超前注浆加固技术、隧道初支格栅钢架加密并加设临时仰拱技术、上导洞预留核心土先行通过技术、洞内临时仰拱下45°范围内径向注浆加固技术、初支背后注浆加密并多次重复注浆、深孔后退式帷幕注浆加固技术等技术选取几项组合应用，可有效控制桥梁沉降值，保证施工安全，降低施工风险。此综合技术可推广到隧道施工引起的地表构筑物、地下管线等的沉降控制。

作者：姚文花单位：北京城建集团有限责任公司