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摘 要：盾构隧道下穿城市已建老久立交会对立交桥产生极大的影响，因此在穿越前必须采取合理措施保证隧道穿越过程中立交桥的安全。该文以南昌轨道交通2号线学府大道-翠苑路站区间下穿丰和立交为背景，详细介绍了盾构下穿立交前的设计施工处理措施，以及盾构穿越过程中的推进控制，为后续工程建设提供借鉴经验。
关键词：盾构隧道 立交桥 高压旋喷桩 变形
中图分类号：U231 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）04（a）-0084-03
南昌轨道交通2号线学府大道东站-翠苑路站区间隧道需下穿20世纪90年代建成的丰和立交，丰和立交由三座桥梁组成，其中区间在大约里程YDK29+519.53处穿越丰和立交1号桥，穿越长度为24 m。1号桥为三跨简支梁桥，桥长42.06 m，桥面宽24 m（净23 m+0.5×2 m防撞墙）。中跨为单箱五室箱梁结构，梁高1.4 m，采用C40钢筋混凝土；边跨为40 cm厚搭板，采用C25钢筋混凝土。1号桥桥面连续，梁高各处相等，顶底板依桥面横倾斜，但箱梁及台帽支座处局部调平，以使支座能铅垂承压。上部结构为简支体系，桥墩为柱式墩，桥台为薄壁台，基础均为钻孔灌注桩。该桥修建于1997年，运营时间较长，1号桥中间跨主梁，两端表皮有开裂、剥落现象，在边支座上部存在裂缝，裂缝宽度0.1～0.5 mm，且该位置存在少量渗漏水。桥边跨台身均存在裂缝现象，裂缝宽0.1～0.5 mm，每侧台身存在6条由上至下的裂缝。盾构下穿时，易造成土体扰动，导致桥基础产生不均匀沉降、结构破坏失稳等风险。区间隧道与丰和立交相对关系见图1。
1 区间所处工程地质及水文地质条件
拟建场地位于赣江冲积平原区，拟建场地第四纪覆盖层厚度小于20 m。勘探深度内，场地地层由人工填土（Qml）、第四系全新统冲积层（Q4al）、下部为第三系新余群（Exn）基岩组成。按岩性及其工程特性，自上而下依次划分为素填土、粉质黏土、细砂、圆砾、砾砂、强风化砂砾岩、中风化砂砾岩。隧道掘进断面主要位于圆砾、砾砂、强风化砂砾岩、中风化砂砾岩。为上软下硬地层，根据勘察报告，地下水位埋深在地下2.10～4.30 m。
2 加固处理措施
区间隧道下穿丰和立交桥，丰和立交桩基础距离隧道间距小，最小净距离仅1.98 m，且主桥交通密度高，汽车运行的动载和震动对盾构隧道结构安全有较大的影响。为确保丰和立交桥安全及盾构推进的正常施工，盾构推进达到前，对丰和立交桥预加固，此段加固施工共分为两个阶段进行，地下高压旋喷桩隔离桥基础加固与地上钢支撑支撑主桥防沉降加固，见图2。
因在富水砂层中掘进，地下水对盾构隧道掘进影响极大，为了减少对立交桥影响，在区间隧道与立交桥基础之间搭设两排高压旋喷桩，起到隔离水及加固土体的作用，减少盾构施工对桥梁基础的影响。同时为了确保桥面在盾构推进时变形可控，靠近桥桩处每侧增设4根钢支撑，以确保桥梁安全，见图3。
3 盾构推进控制
3.1 盾构推进过程控制
为保证盾构隧道和丰和立交桥的安全，调整隧道与桥基础的间距，缩小盾构隧道为3.5 m的线间距。对丰和立交桥范围的盾构隧道采用增设注浆孔【P2】k深埋管片，每环共16个注浆孔进行注浆加强。盾构隧道施工完成后，根据建筑物监测情况及时二次注浆，注浆量较一般环应适当增加，注浆量为普通环的1.1～1.3倍。
盾构在通过该段时，根据地面的监测情况，不断优化盾构施工的各种技术参数，合理选定推进速度、平衡土压力、出土量等参数，严格控制盾构纠偏量。调整盾构相关掘进参数（如刀盘、排土量和推进速度、螺旋机转速、千斤顶总推力、注浆压力与时间、注浆量方式、浆体浆体性能、盾构坡度、盾构姿态和管片拼装偏差等），并加强对隧道和该构筑物的沉降监测。
盾构推进实行信息化反馈施工，增加监测频率。在主桥两侧埋设沉降观测点，进行6 h一次的跟踪测量，并进行信息分析，及时通知井下调整掘进施工参数。当跟踪测量发现盾构推进对桥梁超过限值时，立即在立交桥桥基进行静压跟踪注浆。
为减少盾构施工对周围环境的影响，在施工中尽可能减少对周围土体的扰动，其主要技术关键是保持盾构开挖面的稳定和管片脱出盾尾时及時填充盾尾建筑空隙。盾构开挖面的稳定通过优化掘进参数来控制，建筑空隙的填充则采用同步注浆、二次注浆等来实现。
在盾构推进时，对于丰和南大道丰和立交桥下方进行部分交通限制，限制区域主要是对盾构上方埋深较浅（刀盘前和盾尾后25 m进行水码跟踪防护，两班倒，每班2人，24 h巡查），地面沉降对桥基础危害较大的范围。
3.2 加强同步注浆与二次注浆
盾构施工引起的建筑空隙、地层损失和盾构隧道周围受扰动或受剪切破坏的重塑土的再固结，是导致地表沉降的主要因素。盾构隧道主要通过均布在盾壳体外的4根同步注浆管来控制地表沉降。
同步注浆液采用单液浆，水泥砂浆基准配合比如表1和表2所示。该浆液凝固时间短，以便在填充地层的同时能尽早获得浆液固结强度，保证路面安全并防止渗漏浆、水等，并确保桥基础地层稳定。
注浆压力为2～3 bar，并根据盾构推进速度控制注浆量，实际注浆量采用理论值的160%～200%。
隧道推进过程中，注浆量应根据不同的地质情况和地表隆陷监测情况进行调整和动态管理。一般情况下，以满足控制地表隆陷为原则，以控制地表稍微向上隆起3～5 mm为宜。
同步注浆速度和推进保持同步，即在盾构机推进的同时进行注浆，推进停止后，注浆也相应停止。注浆压入的时间应控制在盾尾脱离管片时为宜。
盾构施工不可避免地要扰动周围土体，引起地面的隆起或沉降可以采取在洞内预留注浆孔的方式，在盾构机头过一段后，为保证浆液在管片外充填密实、减小地面沉降，对盾尾后部10环以外的管片及时进行壁后二次补浆，注浆材料选用水灰比为1∶1的双液浆，注浆压力控制在3 bar；及时对隧道上方、侧向土体进行深孔注浆，挤密、劈裂受扰动的土体，有效地控制地面的最终变形，使穿越物的最终沉降控制在设计允许的范围内。
盾构施工对地面沉降能够有效控制，但是其对地面不可能没有影响，沉降量也不可能为零，为确保盾构施工过后沉降的控制，使其不影响使用功能，在盾构施工时，按照设计要求在洞内采取管片新增注浆孔的措施，采用增加注浆孔【P2】k深埋管片，加强注浆施工。
3.3 监测控制
盾构推进过程中对桥面及桥桩的沉降、水平位移、倾斜及裂缝进行重点监测，见图4、表3、表4。
4 施工效果及评价
现该区间隧道上下行线均已安全穿越丰和立交，丰和立交桩基沉降小于1 mm，水平位移小于1 mm，桥面沉降也不足2 mm，丰和立交处于安全状态，通过对该盾构穿越丰和立交方案的分析可得出如下结论。
（1）尽可能增大区间隧道与立交桥基础的距离，能够极大减少盾构推进对立交桥的影响。
（2）必要的加固措施是盾构顺利穿越老久立交的前提。
（3）合理确定盾构推进参数、加强同步注浆并及时二次注浆能够极有效地控制立交桥沉降。
参考文献
[1] 苏东，王得胜，幸智军，等.机场线盾构隧道下穿桥梁接近施工沉降控制[J].施工技术，2012，11（12）：42-43.
[2] 王博，张保国.地铁施工中既有桥梁的桩基托换技术[J].铁道建筑，2011（4）：47-48.
[3] 张凤祥，傅德明，杨国祥，等.盾构隧道施工手册[M].北京：人民交通出版社，2005.
[4] 王立峰.盾构施工对桩基的影响及桩基近邻度划分[J].岩土力学，2014（S2）：319-324.
关键词：盾构隧道 立交桥 高压旋喷桩 变形
中图分类号：U231 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）04（a）-0084-03
南昌轨道交通2号线学府大道东站-翠苑路站区间隧道需下穿20世纪90年代建成的丰和立交，丰和立交由三座桥梁组成，其中区间在大约里程YDK29+519.53处穿越丰和立交1号桥，穿越长度为24 m。1号桥为三跨简支梁桥，桥长42.06 m，桥面宽24 m（净23 m+0.5×2 m防撞墙）。中跨为单箱五室箱梁结构，梁高1.4 m，采用C40钢筋混凝土；边跨为40 cm厚搭板，采用C25钢筋混凝土。1号桥桥面连续，梁高各处相等，顶底板依桥面横倾斜，但箱梁及台帽支座处局部调平，以使支座能铅垂承压。上部结构为简支体系，桥墩为柱式墩，桥台为薄壁台，基础均为钻孔灌注桩。该桥修建于1997年，运营时间较长，1号桥中间跨主梁，两端表皮有开裂、剥落现象，在边支座上部存在裂缝，裂缝宽度0.1～0.5 mm，且该位置存在少量渗漏水。桥边跨台身均存在裂缝现象，裂缝宽0.1～0.5 mm，每侧台身存在6条由上至下的裂缝。盾构下穿时，易造成土体扰动，导致桥基础产生不均匀沉降、结构破坏失稳等风险。区间隧道与丰和立交相对关系见图1。
1 区间所处工程地质及水文地质条件
拟建场地位于赣江冲积平原区，拟建场地第四纪覆盖层厚度小于20 m。勘探深度内，场地地层由人工填土（Qml）、第四系全新统冲积层（Q4al）、下部为第三系新余群（Exn）基岩组成。按岩性及其工程特性，自上而下依次划分为素填土、粉质黏土、细砂、圆砾、砾砂、强风化砂砾岩、中风化砂砾岩。隧道掘进断面主要位于圆砾、砾砂、强风化砂砾岩、中风化砂砾岩。为上软下硬地层，根据勘察报告，地下水位埋深在地下2.10～4.30 m。
2 加固处理措施
区间隧道下穿丰和立交桥，丰和立交桩基础距离隧道间距小，最小净距离仅1.98 m，且主桥交通密度高，汽车运行的动载和震动对盾构隧道结构安全有较大的影响。为确保丰和立交桥安全及盾构推进的正常施工，盾构推进达到前，对丰和立交桥预加固，此段加固施工共分为两个阶段进行，地下高压旋喷桩隔离桥基础加固与地上钢支撑支撑主桥防沉降加固，见图2。
因在富水砂层中掘进，地下水对盾构隧道掘进影响极大，为了减少对立交桥影响，在区间隧道与立交桥基础之间搭设两排高压旋喷桩，起到隔离水及加固土体的作用，减少盾构施工对桥梁基础的影响。同时为了确保桥面在盾构推进时变形可控，靠近桥桩处每侧增设4根钢支撑，以确保桥梁安全，见图3。
3 盾构推进控制
3.1 盾构推进过程控制
为保证盾构隧道和丰和立交桥的安全，调整隧道与桥基础的间距，缩小盾构隧道为3.5 m的线间距。对丰和立交桥范围的盾构隧道采用增设注浆孔【P2】k深埋管片，每环共16个注浆孔进行注浆加强。盾构隧道施工完成后，根据建筑物监测情况及时二次注浆，注浆量较一般环应适当增加，注浆量为普通环的1.1～1.3倍。
盾构在通过该段时，根据地面的监测情况，不断优化盾构施工的各种技术参数，合理选定推进速度、平衡土压力、出土量等参数，严格控制盾构纠偏量。调整盾构相关掘进参数（如刀盘、排土量和推进速度、螺旋机转速、千斤顶总推力、注浆压力与时间、注浆量方式、浆体浆体性能、盾构坡度、盾构姿态和管片拼装偏差等），并加强对隧道和该构筑物的沉降监测。
盾构推进实行信息化反馈施工，增加监测频率。在主桥两侧埋设沉降观测点，进行6 h一次的跟踪测量，并进行信息分析，及时通知井下调整掘进施工参数。当跟踪测量发现盾构推进对桥梁超过限值时，立即在立交桥桥基进行静压跟踪注浆。
为减少盾构施工对周围环境的影响，在施工中尽可能减少对周围土体的扰动，其主要技术关键是保持盾构开挖面的稳定和管片脱出盾尾时及時填充盾尾建筑空隙。盾构开挖面的稳定通过优化掘进参数来控制，建筑空隙的填充则采用同步注浆、二次注浆等来实现。
在盾构推进时，对于丰和南大道丰和立交桥下方进行部分交通限制，限制区域主要是对盾构上方埋深较浅（刀盘前和盾尾后25 m进行水码跟踪防护，两班倒，每班2人，24 h巡查），地面沉降对桥基础危害较大的范围。
3.2 加强同步注浆与二次注浆
盾构施工引起的建筑空隙、地层损失和盾构隧道周围受扰动或受剪切破坏的重塑土的再固结，是导致地表沉降的主要因素。盾构隧道主要通过均布在盾壳体外的4根同步注浆管来控制地表沉降。
同步注浆液采用单液浆，水泥砂浆基准配合比如表1和表2所示。该浆液凝固时间短，以便在填充地层的同时能尽早获得浆液固结强度，保证路面安全并防止渗漏浆、水等，并确保桥基础地层稳定。
注浆压力为2～3 bar，并根据盾构推进速度控制注浆量，实际注浆量采用理论值的160%～200%。
隧道推进过程中，注浆量应根据不同的地质情况和地表隆陷监测情况进行调整和动态管理。一般情况下，以满足控制地表隆陷为原则，以控制地表稍微向上隆起3～5 mm为宜。
同步注浆速度和推进保持同步，即在盾构机推进的同时进行注浆，推进停止后，注浆也相应停止。注浆压入的时间应控制在盾尾脱离管片时为宜。
盾构施工不可避免地要扰动周围土体，引起地面的隆起或沉降可以采取在洞内预留注浆孔的方式，在盾构机头过一段后，为保证浆液在管片外充填密实、减小地面沉降，对盾尾后部10环以外的管片及时进行壁后二次补浆，注浆材料选用水灰比为1∶1的双液浆，注浆压力控制在3 bar；及时对隧道上方、侧向土体进行深孔注浆，挤密、劈裂受扰动的土体，有效地控制地面的最终变形，使穿越物的最终沉降控制在设计允许的范围内。
盾构施工对地面沉降能够有效控制，但是其对地面不可能没有影响，沉降量也不可能为零，为确保盾构施工过后沉降的控制，使其不影响使用功能，在盾构施工时，按照设计要求在洞内采取管片新增注浆孔的措施，采用增加注浆孔【P2】k深埋管片，加强注浆施工。
3.3 监测控制
盾构推进过程中对桥面及桥桩的沉降、水平位移、倾斜及裂缝进行重点监测，见图4、表3、表4。
4 施工效果及评价
现该区间隧道上下行线均已安全穿越丰和立交，丰和立交桩基沉降小于1 mm，水平位移小于1 mm，桥面沉降也不足2 mm，丰和立交处于安全状态，通过对该盾构穿越丰和立交方案的分析可得出如下结论。
（1）尽可能增大区间隧道与立交桥基础的距离，能够极大减少盾构推进对立交桥的影响。
（2）必要的加固措施是盾构顺利穿越老久立交的前提。
（3）合理确定盾构推进参数、加强同步注浆并及时二次注浆能够极有效地控制立交桥沉降。
参考文献
[1] 苏东，王得胜，幸智军，等.机场线盾构隧道下穿桥梁接近施工沉降控制[J].施工技术，2012，11（12）：42-43.
[2] 王博，张保国.地铁施工中既有桥梁的桩基托换技术[J].铁道建筑，2011（4）：47-48.
[3] 张凤祥，傅德明，杨国祥，等.盾构隧道施工手册[M].北京：人民交通出版社，2005.
[4] 王立峰.盾构施工对桩基的影响及桩基近邻度划分[J].岩土力学，2014（S2）：319-324.