盾构连续下穿铁路与立交桥的施工方法
【专利摘要】本发明公开了一种盾构连续下穿铁路与立交桥的施工方法，通过采用挖孔桩结合工字钢纵横抬梁架空线路的方式加固铁路线路，通过采用旋喷桩结合袖阀管注浆的方式加固立交桥桩基，以及合理控制盾构参数，结合同步注浆、二次注浆以及地表跟踪补充注浆，解决了盾构连续下穿铁路干线与市政立交桥沉降控制问题。该施工方法能够快速、安全地盾构连续下穿铁路与立交桥，缩短了工期，提高了经济效益。
【专利说明】盾构连续下穿铁路与立交桥的施工方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及隧道盾构施工方法，特别是盾构在富水砂卵石层浅覆土的恶劣地质条件下连续下穿铁路和立交桥的施工方法。
【背景技术】
[0002]随着城市交通建设的发展，受城市既有规划条件限制，立体式交通网络体系成为必然。地铁隧道施工下穿铁路和立交桥的情况，时常发生。为了避免对铁路运输及立交通行的影响，在盾构下穿铁路、立交桥的施工过程中，必须采取措施严格控制铁路线路及立交桥桩基的沉降，从而控制铁路及立交桥的变形，避免发生事故。如有地质情况的复杂，盾构穿越铁路及立交桥时，经常会遇到富水砂卵石层等恶劣的地质情况，给盾构施工带来困难。特别是当铁路线路与立交桥相交处进行盾构隧道施工时，其盾构隧道需要连续穿越铁路线路和立交桥，这给盾构隧道施工带来了极大的困难。
【发明内容】
[0003]本发明旨在提供一种能够很好的控制铁路线路及立交桥桩基沉降的盾构连续下穿铁路与立交桥的施工方法，以在不影响铁路线路和立交桥通行的情况下，实现恶劣地质情况下的盾构连续下穿铁路和立交桥的施工。
[0004]本发明所述的盾构连续下穿铁路和立交桥的施工方法，包括铁路线路加固步骤，立交桥加固步骤、盾构掘进步骤以及补充注浆步骤；其特征在于:
所述铁路线路加固步骤，首先在铁路的线路的两侧并排施工两排挖孔桩，在挖空桩上方架设并固定纵梁，在纵梁上平行架设多根横梁，各横梁穿过轨枕间隙两端支撑在纵梁上，在横梁于铁轨之间设置绝缘垫片，通过垫片支撑铁轨，并用连接件将铁轨与横梁固联，各横梁再通过连接件焊接成一整体；
所述立交桥加固步骤，包括隧道侧穿桩基加固和隧道正穿桩基加固；其中，隧道侧穿桩基加固，在桩基与隧道施工位置间施工一排旋喷桩，通过旋喷桩将隧道与桩基隔开，旋喷桩的底部深于隧道底部；隧道正穿桩基加固，首先在桩基外围施工一圈旋喷桩，旋喷桩将桩基包围，然后在旋喷桩与桩基之间通过袖阀管注浆加固，并预埋补充注浆管，之后在地面沿桩基两侧向下开挖通向邻近几个桩基的筏板槽，对桩基进行植筋处理，在筏板槽内配筋，使所植钢筋与所配钢筋对接，并焊接在一起，而后在筏板槽内设置筏板模板，并浇筑筏板，使筏板将正穿的桩基与两侧邻近的几个桩基连接成一个整体；
所述盾构掘进步骤，盾构机平稳、匀速推进；在掘进过程中，均匀、连续的向管片外围和土体之间存在空隙内进行同步注浆加固，控制同步注浆的注浆量为空隙的2.0?2.5倍，注浆压力为2.0?3.0Bar ；
所述补充注浆步骤，盾构机通过后，在隧道内，由隧道拱部，由管片预留注浆孔向隧道外打设多根注浆管，通过这些注浆管进行隧道内二次补充注浆；在地表，通过预埋的注浆管进行地表跟踪补充注浆。[0005]本发明所述的盾构连续下穿铁路和立交桥的施工方法，通过在隧道穿越段的铁路线路间设置挖孔桩作为支点桩，在支点桩上设置纵梁，在纵梁之间架设横梁的方式，使列车运行时荷载传递方式由“列车一钢轨一枕木一路基”改变为“列车一钢轨一横梁一纵梁一挖孔桩一挖孔桩持力层”，实现了铁路线路的加固，避免了列车运行荷载直接对盾构隧道产生影响，保证列车的安全运营及隧道的施工安全。隧道侧穿桩基(位于隧道一侧附近的立交桥桩基)，通过多个由地表伸至隧道底部还要下方的旋喷桩与隧道隔开，极大地降低了隧道盾构施工土体扰动对桩基承载力的影响，实现了侧穿桩基的加固，很好的控制了侧穿桩基的沉降。隧道正穿桩基(位于隧道正上方的立交桥桩基)，通过多个旋喷桩形成的包围壁，以及桩基与旋喷桩间的袖阀管注浆，实现了对正穿桩基的加固，降低盾构施工对桩基底部及周围土体产生的影响；而且，通过筏板将正穿桩基与两侧邻近的几个桩基连成一体，形成高强度的整体结构，进一步实现了对正穿桩基的加固，通过强度高的整体结构，对抗盾构隧道施工引起的桩基局部沉降，更好的抑制了桩基的不均匀沉降，避免正穿桩基的单独沉降，保证在盾构隧道施工及立交桥运营的安全。通过合理控制和优化盾构掘进参数，对片体与土体间间隙进行同步注浆，并在盾构后，隧道内部二次注浆和地表补充注浆，避免了后期沉降。
[0006]本发明所述的盾构连续下穿铁路和立交桥的施工方法，综合运用人工挖孔桩结合工字钢纵横抬梁架空线路、袖阀管注浆结合旋喷桩配合地表跟踪注浆补强加固桥桩、优化盾构掘进参数快速通过穿越段的方法，实现盾构在恶劣地质条件、复杂施工环境下安全快速完成施工，克服了盾构下穿过程中和工后盾构前方及隧道周边地层变形，确保了铁路和立交桥的安全正常运营和隧道施工的安全。所述施工方法，对立交桥加固不需要进行桩基托换，减少了工作强度，缩短了施工工期；对铁路线路则可缩短保养时间，因而经济性也较佳。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]图1为旋喷桩的布置示意图。
【具体实施方式】
[0008]一种盾构连续下穿铁路和立交桥的施工方法，包括铁路线路加固步骤，立交桥加固步骤、盾构掘进步骤以及补充注浆步骤；
所述铁路线路加固步骤，首先在铁路的线路的两侧并排施工两排挖孔桩，然后在挖空桩上方架设并固定纵梁，纵梁为工字钢纵梁，在挖孔桩上设置卡槽与纵梁相配合，避免纵梁发生侧翻及移位。在纵梁上平行架设多根横梁，横梁同样可为工字钢梁。横梁从支撑轨道的轨枕中间穿过，并支撑在纵梁上；在横梁与铁轨之间设置绝缘垫片，横梁通过垫片支撑铁轨，并用螺栓或抱箍等连接件将铁轨与横梁固联，此外，各横梁的两侧又通过工字钢连接成一体，工字钢可直接与各横梁焊接。
[0009]所述立交桥加固步骤，包括隧道侧穿桩基加固和隧道正穿桩基加固；其中，隧道侧穿桩基加固，需首先在桩基与隧道施工位置间施工一排旋喷桩，旋喷桩将隧道与桩基隔开，旋喷桩的底部较隧道底部更深一定距离，以2?3米为宜；隧道正穿桩基加固，则需先在正穿的桩基外围施工一圈旋喷桩将桩基包围，然后在旋喷桩与桩基之间通过袖阀管注浆加固，并预埋袖阀管，待后续跟踪补充注浆使用，之后在地表沿桩基两侧在向下开挖通向邻近几个桩基的筏板槽，而后对桩基进行植筋处理，并在筏板槽内进行配筋处理，将所植钢筋与所配钢筋对接，并焊接在一起，最后在筏板槽内设置筏板模板，并浇筑形成筏板，使筏板将正穿的桩基与邻近的几个桩基连接成一个整体。
[0010]盾构掘进过程，需控制盾构机平稳、匀速推进；在掘进中，均匀、连续的向管片外围和土体之间存在空隙内进行同步注浆，注浆量控制在空隙的2.0?2.5倍，注浆压力在2.0?3.0Bar ;为了保持合理的掘进速度，减少对土体的扰动，在此过程中，可采用水泥与水玻璃混合合成的双液浆，调整双液浆的配比，通过增加水泥用量，缩短浆液初凝时间；还可以减小刀盘转速，增大贯入度，减小推力，增大推进速度，并加强出土量控制和监控测量，实时调整合理掘进参数；盾构停机时，蓄土满仓保压，刀盘注膨润土。
[0011]所述补充注浆步骤，盾构机通过后，在隧道内，由隧道拱部，通过管片预留注浆孔向隧道外打设多根钢花管，进行隧道内二次补充注浆；在地表，通过预埋的注浆管进行地表跟踪补充注浆。
[0012]隧道侧穿桩基和隧道正穿桩基的加固时，施工的旋喷桩的呈梅花形布置，相邻旋喷桩浆液扩散半径两两部分重叠，使形成旋喷桩连成一体，如图1所示。通过此种布置方式，使旋喷桩形成立体网状结构，更好的提高土体的强度，降低盾构造成的土体扰动影响。
[0013]立交桥加固时，当侧穿桩基与隧道距离过近时，隧道掘进时会破坏旋喷桩形成的将桩基与隧道隔开的壁面，从而使隧道施工对桩基侧面土体产生较大影响。为了克服此问题，可在侧穿桩基外围设置一圈旋喷桩将其包围，并在旋喷桩与桩基之间插入袖阀管注浆加固。通过包围侧穿桩基的旋喷桩构成的包围壁，抱紧其间的土体，以袖阀管注入的浆液与土体结合，能够双重增加侧穿桩基外围的土体强度，增加桩基与土体之间的摩擦力，从而提高桩基的承载力，在隧道近距离施工时仍然可以很好的控制土体的沉降，保护好立交桥。
[0014]所述的盾构连续下穿铁路与立交桥的综合施工方法，当盾构正穿无托换桥桩前，在采用旋喷桩结合袖阀管注浆后还需要进行地表双液跟踪注浆以加固桥桩，首先在地面预埋注浆孔，在盾构通过后，立即跟踪补充地表注浆，填充盾构机与土体的间隙，控制土体扰动造成的桩基沉降。
[0015]盾构正穿桩基时，不停机地以均匀速度快速推进，并及时进行同步注浆和二次注浆以及地表补充注浆。在进行地表补充注浆过程中，预留注浆孔呈梅花型布置，如图1所示，各注浆孔扩散半径相邻两两部分重叠，注浆孔的底部深入盾构隧道以下；浆液采用水泥和水玻璃混合而成的双液浆。其中，水泥的水灰比为0.6:1?I 水波璃为35波美度(Be’)的水玻璃，水泥和水玻璃的比例为1:1。
[0016]所述的盾构连续下穿铁路与立交桥的施工方法,当盾构穿越全断面为富水砂卵石层时，需要控制以合理的非满仓仓位快速推进，并同时补充高倍同步注浆和二次注浆；在此过程中，调整浆液配比，增加水泥用量，缩短浆液初凝时间；还可以减小刀盘转速，增大贯入度，减小推力，增大推进速度，并加强出土量控制和监控测量，实时调整合理掘进参数；盾构停机时，蓄土满仓保压，刀盘注膨润土。
[0017]盾构全断面富水砂卵石层时，注浆量宜控制在8?IOm3/环，注浆压力控制在2?3Bar，注浆主要以控制注浆压力为主，注浆量为辅，管片脱出盾尾5环后进行及时进行二次注浆；每环出土量控制在55m3左右；盾构机姿态控制在±30mm以内，盾构机姿态纠偏不宜过大，每环不大于IOmm ;每环掘进时，进行取渣观察其含泥量，含泥量超过15%时，采用泡沫剂进行渣土改良，泡沫浓度为4%，每环用量为80L左右，可根据现场出土情况进行适当调整泡沫用量；当土层含泥量小于15%时，采用向刀盘前注入泡沫剂和向土仓内注入膨润土进行渣土改良，泡沫剂每环用量40L左右，膨润土每环注入12m3，当螺旋机出现轻微喷涌时，可向膨润土溶液中掺入CMC (每方膨润土掺入2Kg)，膨润土和泡沫用量可根据现场实际出土情况进行调整；同步注浆采用4个注浆孔完成，为防止盾构管片产生上浮现象，盾构机开始掘进后，先打开上部两个注浆孔进行注浆，待盾构机前进IOcm后，再打开下部两个注浆孔进行注浆，注浆速度控制在80%，可根据注浆压力及盾尾漏浆情况进行调整；二次注浆采用水灰比为1:1的单液浆，在管片脱出盾尾5?8环开始进行二次注浆，注浆先对隧道顶部注浆孔进行注浆，后对两腰部管片注浆孔进行注浆。为避免压力过大，造成管片错台、碎裂等质量事故，注浆压力一般控制在0.2?0.4Mpa，每环注浆量通过注浆压力进行调整，必要时进行双液注浆，水灰比为1:1.39Be水玻璃与水泥浆体积比为1:1。
【权利要求】
1.盾构连续下穿铁路和立交桥的施工方法，包括铁路线路加固步骤，立交桥加固步骤、盾构掘进步骤以及补充注浆步骤；其特征在于: 所述铁路线路加固步骤，首先在铁路的线路的两侧并排施工两排挖孔桩，在挖空桩上方架设并固定纵梁，在纵梁上平行架设多根横梁，各横梁穿过轨枕间隙两端支撑在纵梁上，在横梁于铁轨之间设置绝缘垫片，通过垫片支撑铁轨，并用连接件将铁轨与横梁固联，各横梁再通过连接件焊接成一整体； 所述立交桥加固步骤，包括隧道侧穿桩基加固和隧道正穿桩基加固；其中，隧道侧穿桩基加固，在桩基与隧道施工位置间施工一排旋喷桩，通过旋喷桩将隧道与桩基隔开，旋喷桩的底部深于隧道底部；隧道正穿桩基加固，首先在桩基外围施工一圈旋喷桩，旋喷桩将桩基包围，然后在旋喷桩与桩基之间通过袖阀管注浆加固，并预埋补充注浆管，之后在地面沿桩基两侧向下开挖通向邻近几个桩基的筏板槽，对桩基进行植筋处理，在筏板槽内配筋，使所植钢筋与所配钢筋对接，并焊接在一起，而后在筏板槽内设置筏板模板，并浇筑筏板，使筏板将正穿的桩基与两侧邻近的几个桩基连接成一个整体； 所述盾构掘进步骤，盾构机平稳、匀速推进；在掘进过程中，均匀、连续的向管片外围和土体之间存在空隙内进行同步注浆加固，控制同步注浆的注浆量为空隙的2.0~2.5倍，注浆压力为2.0~3.0Bar ； 所述补充注浆步骤，盾构机通过后，在隧道内，由隧道拱部，由管片预留注浆孔向隧道外打设多根注浆管，通过这些注浆管进行隧道内二次补充注浆；在地表，通过预埋的注浆管进行地表跟踪补充注浆。
2.根据权利要求1所述的盾构连续下穿铁路与立交桥的施工方法，其特征在于:隧道侧穿桩基加固和隧道正穿桩基加固中，施工的旋喷桩的呈梅花形布置，相邻旋喷桩浆液扩散半径两两部分重叠，使形成旋喷桩连成一体。
3.根据权利要求1所述的盾构连续下穿铁路与立交桥的施工方法，其特征在于:在隧道侧穿桩基加固时，施工的旋喷桩将隧道侧穿桩基包围，并在旋喷桩与隧道侧穿桩基之间插入袖阀管注浆加固。
4.根据权利要求1所述的盾构连续下穿铁路与立交桥的施工方法，其特征在于:正穿桩基加固中，预埋的补充注浆管，补充注浆管呈梅花型布置，各注浆孔扩散半径相邻两两部分重叠，注浆管的底部深入盾构隧道以下。
5.根据权利要求1所述的盾构连续下穿铁路与立交桥的施工方法，其特征在于:补充注浆步骤中，地表补充注浆采用的浆液为水泥和水玻璃混合而成的双液浆；其中，水泥的水灰比为0.6:1~1:1，水波璃为35波美度(Be’)，水泥和水玻璃的比例为1:1。
6.根据权利要求1所述的盾构连续下穿铁路与立交桥的施工方法，其特征在于:同步注浆的注浆量控制在8~1Om3/环，注浆压力控制在2~3Bar，注浆以控制注浆压力为主，注浆量为辅；管片脱出盾尾5环后及时进行二次注浆；每环出土量控制在55m3左右；盾构机姿态控制在±30mm以内，盾构机姿态纠偏每环不大于1Omm ;每环掘进时，进行取渣观察其含泥量，含泥量超过15%时，采用泡沫剂进行渣土改良，泡沫浓度为4%，每环用量为80L ;当土层含泥量小于15%时，采用向刀盘前注入泡沫剂和向土仓内注入膨润土进行渣土改良，泡沫剂每环用量40L，膨润土每环注入12m3 ;当螺旋机出现轻微喷涌时，向膨润土溶液中掺入CMC，加入量为每方膨润土掺入2Kg的CMC，膨润土和泡沫用量根据现场实际出土情况进行调整；同步注浆采用4个注浆孔完成，盾构机开始掘进后，先打开上部两个注浆孔进行注浆，待盾构机前进IOcm后，再打开下部两个注浆孔进行注浆，注浆速度控制在80%，根据注浆压力及盾尾漏浆情况进行调整；二次注浆采用水灰比为1:1的单液浆，在管片脱出盾尾5~8环开始进行二次注浆，注浆先对隧道顶部注浆孔进行注浆，后对两腰部管片注浆孔进行注浆，注浆压力控制在0.2~0.4Mpa ，每环注浆量通过注浆压力进行调整。
【文档编号】E02D3/08GK103882854SQ201410137478
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年4月8日 优先权日:2014年4月8日
【发明者】程杰, 田天长, 田慧生, 徐波, 任国阳, 沈炜东, 曾利民, 彭健, 蔡文胜, 李伟文, 王 华, 符望春, 王海波 申请人:中铁二十五局集团轨道交通工程有限公司, 中铁二十五局集团有限公司