盾构穿越桥桩注浆对加固范围和效果的影响分析.pdf
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1、中文科技期刊数据库(引文版)工程技术 178 盾构穿越桥桩注浆对加固范围和效果的影响分析 区杨荫 广州地铁设计研究院股份有限公司,广东 广州 510010 摘要:摘要:地铁线路穿越已建成区时,往往实施盾构法隧道沿既有市政道路敷设,从而与市政道路常见的人行天桥存在交叉关系。对于盾构与天桥桩基贴近但又不冲突,但盾构与桥桩之间的间隙又无法实施隔离桩时的工况,对天桥的保护注浆加固方案是区间工程的重点。本文以某城市区间隧道工程盾构贴近穿越既有人行天桥桩基为背景,首先探讨了区间盾构隧道贴近穿越人行天桥桩基加固保护方案设计的思路,然后通过建模分析,研究了地铁区间盾构隧道贴近穿越人行天桥桩基时,地面注浆加固范
2、围对加固效果的影响,并对其原因机理进行了初步讨论。本文工作为后续类似区间盾构穿越人行天桥的保护方案优化,提供一定的参考与帮助。关键词:关键词:盾构隧道;人行天桥;穿越桩基;注浆加固范围 中图分类号:中图分类号:TU82 0 引言 近年来国内地铁建设快速发展,已开通运营地铁线路不断增多。地铁线路穿越已建成区时,往往实施盾构法隧道沿既有市政道路敷设,从而与市政道路常见的人行天桥存在交叉关系。当人行天桥采用桩基础时,区间隧道线路受限道路及其他环境约束,或出现贴近穿越天桥桩基础的工况。盾构贴近穿越人行天桥桩基的加固保护方案,既要减小盾构穿越伴随的地层损失引起的桥桩沉降,又需控制避免天桥桩基引起的盾构管
3、片的内力弯矩过大。对于区间盾构穿越桥梁桩基,大量学者及工程师进行了研究分析,例如:储柯钧等分析了盾构区间下穿人行天桥切桩方案对天桥的影响1;刘秋常等分析对比了隔离桩、注浆、横撑加固三种方案对立交桥桩体的水平位移的影响效果2;李新星等研究分析了 MJS工法桩隔离对高架桥桩的效果3;黄新民研究了桥梁上部结构顶托加桩基础周围注浆的保护方案4。既有的相关案例及研究,多集中于盾构与桩基冲突需桩基托换或盾构切桩的处置,或者区间隧道与桩基之间有一定相对距离实施隔离措施。对于桩周注浆加固对桥梁保护的影响,则多为定性分析。本文以某市区间盾构贴近穿越人行天桥桩基案例为背景,重点探讨了区间盾构隧道贴近穿越人行天桥桩
4、基地面注浆加固方案设计的思路,建模分析研究了地面注浆加固范围对其加固保护效果的影响,井优选了地面注浆加固范围,并基于模拟分析结果,对其原因机理进行了初步讨论。1 工程概况及地质水文 1.1 区间隧道概况 某市区间隧道工程主要沿既有双向六车道城市快速路敷设,区间盾构穿越某人行天桥处,与车站端头仅 60m,且受限临近的车站为换乘站(站位已固定无法平移或加深),区间左线盾构贴近某人行天桥桩基,桩底与隧顶竖向净距为 0.4m,桩基与隧道结构水平净距仅为 0.7m。穿越天桥处区间隧道埋深约 17m。区间盾构隧道为单洞单线圆形断面,盾构隧道管片衬砌圆环外径 6000m m,内径 5400mm,管片厚度 3
5、00mm,环宽 1500mm。管片采用错缝拼装,管片环间采用 12 根 M24 弯螺栓连接,分块之间采用 2 根 M24 弯螺栓连接。管片衬砌为 C50 钢筋混凝土预制。区间隧道掘进采用土压平衡式盾构机,盾构机刀盘直径 6.28m。1.2 人行天桥概况 区间隧道贴近穿越的人行天桥跨越城市干道,主道双向六车道外加辅道两车道。天桥为等截面钢箱梁人行天桥,主桥共四跨,分别跨越道路主道及辅道,两侧设梯道下道路人行道,主桥及梯道基础均采用钻孔灌注桩。其中贴近区间左线的主桥桩基础直径 1.2m,桩长约 14.5m,天桥桩基按摩擦桩设计,主桥桩基顶部设计荷载约为 2000kN。中文科技期刊数据库(引文版)工
6、程技术 179 图 1 人行天桥现状图 1.3 工程地质及水文概况 地铁区间隧道穿越范围地层主要为泥岩、粉砂质泥岩1-3,地勘报告描述该地层性质如下:地层为灰色、深灰色,沿线场地遍布,为泥质结构,层理不明显,切面有蜡状光泽,含锰质结核颗粒及少量贝壳碎屑,岩芯多呈长柱状,局部夹薄层砂岩及炭质泥岩,该层为极软岩,天桥桩基处该层标贯为53.070.0击。天桥桩基处,隧顶以上地层从上往下为杂填土层、炭质泥岩层4、泥岩、粉砂质泥岩层1-3,其中杂填土约 6.4m 厚,炭质泥岩约 1.9m 厚,以下为泥岩、粉砂质泥岩1-3。各岩土主要物理力学参数表如下:表 1 岩土层物理力学参数表 土层/(kN/m3)c
7、/(kPa)/()泊松比()填土 19.5 10 5 0.32 4 20 35 10 0.24 1-3 20 65 17 0.20 区间在钻探深度范围内,场地内地下水主要有上层滞水、碎屑岩类孔隙裂隙水:上层滞水局部赋含的地下水补给主要来源于大气降水及地表水补给;碎屑岩类孔隙裂隙水位于场地范围内分布的古近系半成岩的粉砂岩、泥质粉砂岩层等弱透水层,主要接受大气降水及地表水补给,其沿含水层通过渗流方式排泄。1.4 人行天桥与区间隧道关系 盾构区间隧道与人行天桥桩基的剖面关系图如下图。2 加固保护方案设计思路 该区间左线盾构贴近某人行天桥桩基,桩底与隧顶竖向净距为 0.4m。桩基与隧道结构水平净距仅为
8、0.7m,区间盾构与桥桩未冲突,故暂不考虑桩基托换的措施。其次,由于桩基与隧道结构水平净距仅为 0.7m,隔离桩实施困难,如采用小直径隔离桩,亦有隔离桩打设偏差进入区间隧道的可能,故排除采用隔离桩隔离的加固思路。人行天桥桩基穿越的地层过半为填土层,对填土层进行注浆加固,可提高其桩侧摩阻力,减小桩基竖向沉降。同时,提高桩侧摩阻力,理论上亦减小了桩底的竖向应力,从而减小了贴近桩基的盾构区间隧道的附加荷载。因此,对区间盾构贴近的天桥桩基加固保护方案为以地面注浆加固为主,天桥桩侧注浆加固保护效果的评估,主要从减小桩基沉降及管片弯矩两 图 2 区间隧道与人行天桥剖面关系图 中文科技期刊数据库(引文版)工
9、程技术 180 方面考虑。3 地面注浆加固范围对其加固保护效果的影响分析 地面注浆的加固范围,对注浆加固效果产生直接影响,本章节对此采用 Midas GTS NX 建模分析。由于区间左线隧道更加贴近天桥桩基,以下分析均为基于区间左线隧道与其贴近的天桥桩基。3.1 分析技术路线 将运用 Midas GTS NX 的地层-结构模型的二维数值模拟方法,评估不同的地面注浆的加固范围,对天桥桩侧注浆加固保护效果的影响,采用的技术路线如下:1)在获得区间隧道盾构施工前场地初始地应力场和天桥初始受力状态的基础上,对应于不同的桩长注浆加固范围,分 4 种方案进行模拟分析:方案 1:天桥桩侧不进行注浆加固,区间
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