摘要：隨著盾構法隧道施工在城市交通工程中的日益發展，隧道將不可避免地截除城市中一些重要建(構)筑物樁基，稍有不慎，后果不堪設想，因此采取有效的樁基托換，選擇合理盾構施工參數，增加必要的技術措施成為盾構掘進直接截除樁基施工的關鍵。

　　關鍵詞：土壓盾構；截樁；技術

　　Abstract: With the method of shield tunnel construction in the urban traffic engineering development, tunnel will inevitably amputate city, some important structures and buildings things pile foundation, have a bit inadvertent, consequence is unimaginable, so take effective pile foundation underpinning, reasonable choice of shield construction parameters, increase the necessary technical measures of shield tunneling direct amputate become the key of pile foundation construction.

　　Key Words: soil pressure shield; cut pile; technology

　　中圖分類號：TU473   文獻標識碼：A     文章編號：

　　1工程概況

　　長沙地鐵2號線迎賓路站～芙蓉廣場站區間左右線盾構均要直接截除芙蓉立交橋群樁基礎，左右線共要截除天橋橋樁24根，主橋樁位于隧道上部不足5米，擬施工盾構隧道上方1.2米有一高5米電纜隧道，該立交橋為三層結構，局部開裂，在02年加固改造，天橋下方有天然氣管、污水管等，橋的結構空間及周邊環境極其復雜。

　　2 盾構直接截除橋樁施工風險分析

　　2.1風險辨識

　　2.1.1工程類比

　　該橋是90年修建，主橋樁直徑為1000mm，長15m的人工挖孔樁，橋面為現澆整體梁，天橋橋樁直徑為700mm的鉆孔樁，樁長20米，底部為素混凝土樁，02年進行加固改建，目前局部出現裂縫。在其他城市地鐵盾構隧道位于風化化巖旁穿橋樁時，橋樁下沉超過1cm［1］，因此，盾構直接截除該橋群樁基礎，橋體一定會變形。

　　2.1.2沉降敏感環境

　　該橋空間結構復雜，擬建盾構隧道上方1.2m處有5m高的電纜隧道，電纜隧道頂3.8m為立交橋通道，地道下又有空洞、立交橋污水泵站、中壓天然氣和大直徑給水管，這些管線屬于敏感沉降，只要地層下沉就會使這些管線變形破壞而發生事故。

　　2.1.3盾構掘進風險

　　采用盾構機直接截除橋樁，盾構姿態不易控制，螺旋機易堵，導致施工不能連續，或者刀具磨損無法截除橋樁，而且，電纜隧道位于盾構掘進擾動區，操作出現意外，就容易使電纜隧道破壞，最終導致立交橋下穿地道地面塌陷。另外，盾構掘進中不能使切除后橋樁及時進行受力，地層沉降和橋樁差異沉降會造成橋體破壞，因此，盾構掘進是最大的風險。

　　2.2風險評價

　　2.2.1橋樁的臨近等級劃分

　�、欧旨壗缦�

　　大量工程實例表明，當樁位于松動范圍長度超過樁長的三分之一樁長或樁離盾構隧道距離小于2倍隧道直徑時，盾構施工對橋樁影響較大。根據日本的《臨近基礎設計施工要點》和王占生在《盾構近距離穿越橋樁的研究》確定了4個橋樁臨近界限。

　�、偃�部樁長在盾構隧道開挖影響破裂面范圍之內；

　�、�2/3樁長在盾構隧道開挖影響破裂面范圍之內；

　�、�1/3樁長在盾構隧道開挖影響破裂面范圍之內；

　　④全部樁長在盾構隧道開挖影響破裂面范圍之外。

　�、品旨壷笜�

　　橋樁臨近等級的確定是評價風險等級的前提，單純的以樁長或橋樁與盾構隧道的平面距離作為劃分橋樁臨近盾構隧道的等級不符合實際［2］。必須根據橋梁破裂面與盾構截除群樁基礎位置關系來加以修正。

　　2.2.2風險定級

　�、棚L險等級劃分

　　以橋梁臨近等級把盾構掘進對橋梁影響基本風險等級劃分為"風險很大、風險大、風險一般、風險小"4個等級。

　�、票竟こ田L險等級修正

　　按風險等級化分，盾構截除群樁屬于風險很大，但由于芙蓉立交橋陳舊、空間結構復雜、周邊環境敏感，左右線盾構截除芙蓉立交橋群樁風險等級修正為特大風險。

　　2.3風險估計

　　2.3.1施工前沉降預測

　　⑴工程類比

　　根據本區間前期已施工情況，在強風化基巖下，盾構掘進后地面最大沉降量為23mm，在其他城市砂層旁穿橋樁引起橋樁最大下沉的有40mm，這種地層盾構掘進，如果不加固，掘進參數控制不到位，橋樁差異沉降一定會超過0.02%H(H指橋高)允許范圍；

　　⑵經驗公式計算

　　根據日本學者竹山.喬總結彈性有限元成果，并根據實測資料加以修正得出如下計算公式［3］：

　　δ1=2.3×104/Eu2(21-H/D)

　　δ2=δ1[1.7-B/(2D)]

　　δ1--單線隧道最大沉降量；

　　δ2--雙線隧道最大沉降量；

　　H--隧道最大的覆土；

　　D--隧道直徑；

　　B--兩隧道凈間距；

　　Eu2--土的彈性模量的權平均值。

　　已知盾構穿越群樁隧道覆土為20m，盾構開挖直徑6.29m，兩隧道間距為8m，由表1（地層參數表）求得土的彈性模量的權平均值Eu2。先掘進隧道地面理論沉降值為2.87mm，后通掘進隧道地面理論沉降為3.157mm。

表1     地層參數表

土層	彈性模量E/MPa		層厚/m
雜填土	——		5
粉質粘土	14		9
中風化泥質粉沙巖		103	6

　　2.3.3截樁后承載力損失

　　根據《建筑地基基礎設計規范》GB50007-2002以及勘查提供樁側阻力和樁端阻力地質資料計算，截樁后承載力損失20%左右、安全系數降為1.5。

　　2.3.4工后沉降預測

　　根據經驗，盾構施工沉降只占總沉降65%左右，如果同步注漿控制不好，工后沉降會更大［4］。

　　2.3.5施工風險分析

　　通過查閱相關資料，該橋的允許差異沉降≤2mm。但預測沉降量比允許值大，因此，盾構截樁施工中，該橋有面臨變形破壞和下穿通道地面塌陷的風險。

　　2.4風險決策研究

　　2.4.1處理對策

　　⑴根據計算沉降預測值比該橋允許的沉降要大，需要提前進行閥板群樁樁基托換；

　�、聘鶕�立交橋空間結構復雜，風險較大，需要對沉降敏感的天然氣管線進行改移；

　�、菫榱耸箻虻某休d力轉移在閥板上，盾構掘進前需要對閥板以下地層進行注漿加固；

　�、雀鶕�芙蓉立交橋交通量大、重車較多，盾構掘進時需要采用I40工字鋼進行臨時支撐加固。

　　2.4.2施工安排

　　⑴天然氣管線必須"先改移后進行樁基托換"，樁基托換必須"先施工閥板后注漿加固"；

　�、贫軜嫿爻龢驑吨�前先對盾構機進行優化改造后進行掘進模擬確定盾構掘進參數；

　�、墙爻龢驑稌r必須采取分區分塊控制，并實行"邊掘進邊同步注漿控制沉降"；

　　⑷施工后根據監測及時進行跟蹤注漿控制工后沉降，必要時采取隧道拱部徑向應急注漿。

　　3 閥板基托換關鍵技術

　　3.1.敏感構筑物改移

　　對照業主提交的地下管線圖，首先分析盾構掘進對哪些管線有影響，然后，采用物探對需要改移管線進行確認，并在現場進行標示，最后與產權單位溝通進行管線改移。

　　3.2閥板基礎開挖

　　根據盾構隧道與橋樁平面關系，首先確定需要托換的橋樁。然后用挖機把橋樁之間地面土挖除80cm，最后用人工清理基底，對開挖的基礎進行安全防護。

　　3.3注漿管預留

　　人工清理基底后，采用地質鉆機鉆注漿孔，注漿孔采用梅花型布設，孔深以插到持力層為準，孔間距為1.5m，鉆孔后立即安設袖閥管，注漿管要高出閥板頂面20cm。

　　3.4閥板施工

　　注漿管安設完后，首先施工一層厚5cm混凝土墊層；然后在橋樁上植筋，并用鋼筋把橋之間連接成一體；最后澆筑混凝土使閥板和群樁連成整體。

　　3.5托換系統力的轉換

　　閥板施工完后，在注漿孔里采用跳孔后退式注漿對閥板底部，注漿時進行受力監測，當橋的承載力轉移到閥板上就停止注漿，實現群樁托換系統力的轉換。

　　4 盾構機優化設計關鍵技術

　　4.1受力分析配置刀具

　　盾構設計時，通過刀具截除橋樁時受力較大，在刀盤周邊均勻布設6把周邊滾刀，提高盾構機切除橋樁的能力。

　　4.2完善盾構微震動功能

　　刀盤采用鑄造代替焊接，并增加刀盤厚度來增加剛度和強度，同時采用被動鉸接減少鉸接油缸的有效伸縮量，使盾構推進系統實現微動功能。

　　4.3增設橋樁應力視頻監控

　　在即將截除的立交橋橋樁上安裝應力計，并安設視頻把應力計變化讀數接入盾構操作室，使盾構操作手能隨時掌握盾構機截除橋的狀況和工作面情況。

　　4.4設置土艙觀察孔

　　在盾構土倉上部設置觀察孔,使施工人員在人行閘門開啟之前能夠充分掌握土艙中的情況,確保施工安全。

　　4.5刀盤焊接非封閉式格柵

　　在刀盤開口較大地方焊接非封閉式格柵，避免斷樁及大快樁體進入土倉堵塞螺旋機。

　　4.6螺旋機上增設檢查口

　　在螺旋機"炮筒"上開設一個40×40cm的檢查口,之后用悶板封住,悶板與"炮筒"間用法蘭連接，一旦盾構截除的樁渣堵塞螺旋機，立即打開檢查口清除堵塞物。

　　4.7增設帶壓進倉破除輔助設備

　　在土艙內盾構胸板位置安裝上下攀登與橫向的工作平臺，設置換氣、給排水和能滿足風搞破除的高壓風接頭。

　　4.8盾構機維修保養

　　盾構截樁前，對刀盤及刀盤驅動系統、推進系統、螺旋機系統、人行閘等主要系統進行徹底

　　保養和深度檢查,確保各系統功能正常,以有效應對施工過程中可能發生的氣壓法施工及盾構切樁等工況，對各系統主要部件準備充足的備件以應對有關零部件損壞時及時更換需要。

　　5 盾構掘進施工關鍵技術

　　5.1掘進截樁的模擬

　　5.1.1截樁參數模擬

　　本區間盾構始發是玻璃纖維筋鉆孔灌注樁，不需要破除，直接進行盾構掘進始發，因此，始發時，通過左右線盾構截除車站圍護樁總結出經驗，刀盤轉數控制在1.2轉，速度控制在3cm/min以內，扭矩波動小。掘進速度大于5cm/min時，推力較大，姿態不易控制。

　　5.1.2截樁沉降控制模擬

　　在盾構即將進入橋樁前，通過嚴密沉降監測對不同掘進參數和不同同步注漿材料對施工沉降的影響研究，得出以下結論，運用具有抗水分散性同步注漿漿液和及時補注漿，地面沉降能控制在2mm以內，采用常規砂漿進行同步注漿，補注漿不及時，沉降會大于5mm；

　　5.2盾構截樁技術準備

　　5.2.1橋樁監測啟動

　　首先，按照設計和規范布設監測點，并進行原始數據的采集，然后，針對橋的特殊情況和前期監測情況，對立交橋進行監測報警分級，當沉降＞0.2mm/d或差異沉降＞2mm時進行預警值；最后進入24小時監測狀態。

　　5.2.2停機檢修

　　當盾構離橋樁20m時，選擇地層較好的地方停機，對盾構機的主要部件進行檢修，對壽命不足%40的零部件提前進行更換。同時，成立應急搶修隊，對盾構截樁期間盾構發生故障及時排除。

　　5.2.3施工交底

　　由項目部對左右線進行施工交底，一是向大家講明盾構直接截除橋樁會出現地面塌陷、橋梁變形破壞風險。二是向操作手提供各截除樁的位置里程及環號。三是要求盾構截樁嚴格進行分階段分區控制。四是根據施工監測動態調整施工參數。

　　5.3施工管理

　　5.3.1掘進原則

　　以"慢慢的推，分小段推；慢慢的轉，均勻的轉；頂住正面，調整壓力；封住盾尾、合理注漿"的技術掘進原則。

　　5.3.2掘進工況控制

　　采用區域控制掘進法，就是把盾構機周圍的三維空間分為幾個區域，投影到平面和縱剖面上(見圖1)。通過預測各區域的隆起或者沉降，再結合地面橋樁的相對位置，動態調整施工參數。

　　圖1分控掘進法縱剖面投影

　　⑴當橋樁位于工況1時，盾構采用欠土壓掘進，而且，刀盤轉數控制在1.2轉，掘進速度控制在3cm/min，嚴格控制在出渣量，盡可能做到施工過程微擾動，同時采用工字鋼對橋體進行臨時加固。

　�、飘敇驑段挥诠�況2、3時，盾構采用半敞開掘進，而且，刀盤轉數控制在1.2轉，掘進速度控制在4cm/min，嚴格控制扭矩，盡可能減少盾構姿態偏差。

　�、钱敇驑段挥诠�況4時，盾構采用土壓掘進，刀盤轉數控制在1.5轉，掘進速度控制在6cm/min，嚴格控制注漿量，并采用抗水分散性同步注漿漿液，同時盡可能減少管片拼裝偏差。

　�、犬敇驑段挥诠�況5時，盾構采用土壓掘進，刀盤轉數控制在1.5轉，掘進速度控制在3cm/min，立即進行補注漿，盡可能縮短橋樁懸空時間。

　�、僧敇驑段挥诠�況6時，根據刀盤是否進入第二根樁而動態調整掘進模式，但必須根據監測結果來決定，如果超出報警，立即進行管片背后徑向補注漿和地面跟蹤注漿，確保橋量沉降控制在允許范圍內。

　　5.3.3信息反饋

　　盾構截橋樁前后，通過應變計的變化來控制推力的大小及扭矩控制，確保橋體受力均勻。同時通過橋樁沉降監測及時分析后反饋到操作室，便于操作手動態調整參數。

　　6 施工效果評價

　　6.1左線掘進

　　該區間左線于5月10日進入橋區，施工日進度8環/天，截除4根橋樁，橋樁最大沉降不足1mm，于5月25日順利到達芙蓉廣場站，充分說明閥板群樁托換技術的先進性。

　　6.2右線掘進

　　右線于6月28日進入橋區，施工日進度10環/天，截除21根橋樁，橋樁最大沉降不足2mm，于7月4日順利到達芙蓉廣場站，充分說明盾構機優化改造科學合理。

　　6.3周邊構筑物情況

　　左右線掘進后1個月，天橋下穿通道地面最大沉降為3mm，電纜隧道安全，其他管線在允許范圍之內。充分說明盾構掘進參數控制有效，措施到位。

　　6.4施工評價

　　8月15日，業主組織相關專家對盾構截除橋樁施工進行驗收，通過第三方監測和橋梁管理處自己監測沉降與我方監測基本一致，充分說明閥板與跟蹤注漿托換技術先進，掘進過程中措施到位，實現了盾構直接截除群橋零沉降，要求在今后類似工程中進行推廣。

　　7 結語

　　實踐證明，盾構直接截除群樁必須保證盾構機完好率為前提；提前進行閥板與注漿加固進行樁基托換技術可靠、工藝簡單、成本較低；同時針對所處的地理環境和工程地質情況制定切實可行的掘進方案和相關措施非常必要，并且要制定詳細的應急預案，只有這樣才能保證橋的運行和施工安全。

　　參考文獻

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　　［3］李宏安《北京地鐵10號線盾構下穿橋樁工程沉降計算公式的應用》［J］.第四屆中國國際工程研討會論文集,2009年:P561~565.

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　　作者簡介

　　毋海軍（1970-），男，高級工程師，1990年畢業與蘭州鐵道學院，主要從事地鐵盾構施工管理。