盾構隧道小凈距交疊下穿高鐵橋控制技術研究

隨著城市軌道交通的快速發(fā)展，盾構隧道穿越復雜環(huán)境的情況越發(fā)頻繁，其盾構下穿施工加固控制技術是保障盾構隧道安全施工的關鍵。以濟南軌道交通1號線、2號線盾構隧道小凈距、交疊下穿京滬高鐵橋為工程背景，制訂了折線型隔離樁+樁間旋噴止水的控制技術，通過數(shù)值模擬確定了多區(qū)間下穿高鐵橋的最佳施工順序，分析了下穿施工過程高鐵橋樁基的變形規(guī)律和內力分布，并通過現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)驗證了該控制技術的變形控制效果，研究成果對復雜環(huán)境盾構穿越施工具有重要參考指導意義。1?工程概況濟南軌道交通1號線、2號線盾構區(qū)間以小凈距交疊下穿京滬高鐵橋工程。1號線盾構區(qū)間左、右線均由104號與105號橋墩間斜穿橋跨。盾構左、右線下穿段隧道覆土厚度分別為28.35m、19.22m，下穿段左、右線為上下交疊。盾構左線距104號橋墩樁基最小凈距為10.45m；右線距105號橋墩樁基最小凈距為10.84m。2號線盾構區(qū)間左、右線均由104號與105號橋墩間正穿橋跨，盾構左、右線下穿段隧道覆土厚度均為7.57m。下穿段左、右線距104號、105號橋墩樁基最小凈距為15.81m、18.79m。盾構下穿段京滬高鐵橋為預應力連續(xù)梁橋，橋跨64m，運行時速為300km/h，橋下為低承臺群樁基礎，圓形樁基直徑1.5m，104號橋墩樁長45m，105號橋墩樁長42m。高鐵橋樁基變形控制標準為1.0mm、相鄰墩臺差異沉降控制為1.0mm。下穿段地貌為山前沖洪積平原地貌，第四系覆蓋層厚度大于50m，成因以沖洪積為主。1號線盾構下穿段地層自上而下主要為雜填土、黃土、粉質粘土、粘土層、細砂層和卵石層。2號線盾構下穿段地層主要為雜填土、黃土、粉質粘土、細砂層。地下水埋藏形式為潛水，水位埋深11.20~17.80m，主要接受大氣降水補給和山區(qū)地下水徑流補給，以側向徑流、人工開采方式排泄。圖1?盾構下穿高鐵橋相對位置平面示意圖2?盾構下穿高鐵橋相對位置剖面示意2?盾構下穿隔離控制技術為減少盾構掘進施工對高鐵橋墩的影響，在盾構下穿前1個月預先在穿越段區(qū)間隧道兩側各打設1排直徑?800?@1000鉆孔灌注樁和1排直徑?600?@450旋噴樁加固，深度均為38m，縱向范圍長度超過橋墩外15m；為適應4條區(qū)間隧道與橋墩的相對位置關系，采用隔離樁折線型布局形式，以取得最佳加固效果和經濟性，隔離措施防護設計平面布置如圖3所示。盾構隧道左、右線施工時采取同步注漿、二次補強注漿等措施加固鄰近橋樁周圍地層。圖3?隔離樁折線型布局加固示意3?盾構下穿高鐵橋施工數(shù)值分析3.1?建立高精度數(shù)值模型結合1號、2號線盾構隧道相對位置關系，采用有限元ABAQUS軟件建立盾構小凈距交疊下穿高鐵橋數(shù)值模型，模型尺寸為120m(長)×120m(寬)×70m(高)。隧道周圍土層采用Mohr–Coulomb彈塑性模型，采用實體結構單元模擬承臺、墩身及鉆孔灌注樁，采用殼單位模擬隔離樁。模型地層數(shù)從上至下主要為雜填土、粉質粘土、細砂層、粘土層及卵石層。建立數(shù)值模型如圖4所示。圖4?數(shù)值計算模型3.2?盾構施工過程模擬按照交疊隧道設計施工順序進行盾構掘進施工過程模擬，具體如下。盾構隧道開挖一環(huán)寬度為1.2m的土體；進行一定圍巖應力釋放；進行該環(huán)管片的支護，并提高管片外側土體參數(shù)模擬盾尾注漿層；隧道開挖面施加一定推力模擬盾構頂推；按上述順序依次進行隧道左、右線施工模擬，直至開挖完成。3.3?盾構下穿施工變形分析通過數(shù)值模擬分析了4條盾構隧道下穿高鐵橋施工的樁基水平變形情況。R1號線右線穿越施工引起高鐵橋104號與105號橋墩樁基最大水平變形分別為1.06mm、0.52mm，左線穿越施工引起最大水平變形分別為1.27mm、0.89mm；R2號線右線施工引起高鐵橋104號與105號橋墩樁基最大水平變形分別為1.79mm、1.73mm，左線穿越施工引起最大水平變形分別為2.87mm、2.33mm。該4條區(qū)間施工變形表明，隨各條盾構隧道的掘進，高鐵橋樁基變形逐漸積累增大，樁基最大水平變形達到2.87mm，最大豎向變形達到0.34mm，滿足變形控制要求。3.4?盾構下穿施工樁基受力分析通過數(shù)值模型對盾構下穿高鐵橋樁基內力進行分析，得到彎矩最不利工況的樁基為104號橋墩鄰近隧道的角點樁基，不同施工過程的樁基彎矩分布情況如圖5所示（隧道側受拉為正，受壓為負）。圖5?不同施工過程的樁基彎矩分布由圖5可知，折線型隔離樁施工時，104號橋樁的最大彎矩增量值為–30.1kN，R1號左線、右線盾構穿越時，最大彎矩增量值分別為–173.5kN·m、–215.4kN·m；R2號右線、左線盾構穿越時，最大彎矩增量值分別為–200.3kN·m、–344.6kN·m；樁身最大彎矩出現(xiàn)在樁頂以下27m處，即隧道交疊區(qū)的下方兩條隧道中心位置，說明隔離樁剛度與下方隧道的盾尾注漿填充性對加固控制效果具有重要影響。4?盾構下穿施工實測分析應用AMS全自動變形監(jiān)測系統(tǒng)對1號線、2號線盾構隧道下穿京滬高鐵橋工程進行施工監(jiān)測分析，其樁基變形實測曲線如圖6所示。滿足高鐵橋變形控制標準1mm的要求，說明本項目制訂的折線型隔離樁+樁間旋噴止水的控制技術取得了良好的變形控制效果，確保了4條盾構隧道小凈距交疊下穿高鐵橋的施工安全。（a）（b）圖6?盾構下穿高鐵橋的橋墩累計變形曲線（a）1號線下穿施工橋墩沉降；（b）2號線下穿施工橋墩5?結束語為減少4線小凈距交疊隧道施工對高鐵橋影響，制訂了折線型隔離樁+樁間旋噴止水的控制技術，取得了良好的變形控制效果。數(shù)