隧道管片【地铁暗挖隧道穿越桥梁群桩综合技术】

第14卷第15期2014年5月1671—1815（2014）15-0263-07

科学技术与工程

Science Technology and Engineering

Vol. 14No. 15May 2014 2014Sci. Tech. Engrg.

地铁暗挖隧道穿越桥梁群桩综合技术

———以丽泽桥桥区为例

姚文花

（北京城建集团有限责任公司，北京100088）

北京地铁14号线西局站—东管头站区间采用矿山法施工，区间隧道位于砂卵石地层中，地层自稳性较差。区间隧道

穿越桥梁数量达到14座，隧道与桥梁基础的最小净距仅为0. 84m ，给施工带来极大的风险。为保需穿越西三环丽泽桥桥区，摘

要

证施工安全，在施工过程中通过风险分析，综合应用加固技术、隔离技术措施，有效控制了沉降，规避了风险，为地铁暗挖隧道为今后类似工程施工提供参考借鉴。穿越桥桩群桩积累了经验，关键词

暗挖隧道穿越

中图法分类号TU745. 3；

桥梁群桩

综合技术

文献标志码A

随着城市地铁规模的不断发展，地铁隧道工程设置于城市桥梁下方日益增多。隧道穿越桥梁可能会引起桥梁承载力的降低甚至损伤桥梁结构，应高

［1］

特度重视隧道穿越现况桥梁对桥梁带来的风险，

别是处于交通主干线的桥梁，沉降控制要求严格，给地铁施工带来极大风险，一旦发生事故，经济损失严

社会影响巨大。在施工过程中，必须对施工风险重，

进行分析，采取可靠的技术保证措施，最大限度的规避风险，保证施工安全。

［2］

姬永红等利用二维有限元模型进行分析，表明开挖面的地层应力释放是隧道开挖对桩基产生影响的直接原因，通过减少应力释放可以有效地控制桩基变形。

高伟等研究了浅埋暗挖隧道开挖对桥梁基础的影响，表明桩侧摩擦阻力随着桩基的埋置深度的增加而增大，在桩基底部达到最大。马天文在地铁隧道下穿既有桥梁桩基加固研究中，采用了对桥梁基础实施托换施工，同时在隧

控制了隧道上道内对桥桩周围地层进行注浆加固，

方桥梁桩基沉降和位移。

［5］

石锦江在地铁暗挖隧道穿越桥桩时，桩隧水平间距大于3m 时采用二重管高压旋喷注浆法来降

保证施工安全。低施工风险，

周正宇等通过地铁施工对邻近既有桥梁主

表明通过地层加固可以达到降动防护技术的研究，

低地层变形的目的，通过在桩隧间设置隔离桩，来阻

2014年2月20日收到

mail ：第一作者简介：姚文花，河北衡水人。项目总工程师。E-280218810@qq．com 。

［6］［4］［3］

隔变形的传递。

在地铁隧道穿越桥梁时，综合采用了

增加桩基、现况桩基托换、增设土体静压注浆加固、

刘能文

横系梁，控制了桥梁基础的沉降值及倾斜值。

以往工程对隧道穿越桥梁时，采取了一项或几

如何有效的综合运用各种技术，发挥最大效项措施，

益，应引起重视。在地铁14号线西局站—东管头站

区间暗挖隧道穿越丽泽桥桥区施工时，根据工程的特殊情况，将各种加固技术、隔离技术综合的应用到规避了施工风险，取得了良好的效一个工程项目中，果，为今后类似工程的设计与施工提供一定的参考。

［1］

1

1. 1

工程概况

地铁暗挖隧道工程概况

地铁14号线工程西局站 东管头站区间暗挖隧道下穿丽泽桥，隧道为马蹄形，断面尺寸6570细砂②3、圆砾－卵石②5、中砂、粗砂⑤1、卵石⑤、层卵石⑦。结构覆土厚度为10. 1 15. 3m ，隧道穿越地层主要为卵石⑤层，中砂、粗砂⑤1层。地下水位

mm ˑ6 480mm 。地层自上而下为粉土填土①、粉砂－

于隧道结构线以下。1. 2丽泽桥概况

丽泽桥为全互通式立交桥，位于北京市西三环南段丰北路与西三环相交处，是连接西三环和丰台北路的重要交通枢纽，也是北京市几座大型桥梁之一，于1991年竣工投入使用。北京地铁14号线西局 东管头站区间暗挖隧道下穿丽泽桥区，其中地铁近距离穿越桥梁共计14处（见图1），分别为：丰北路上东西向的主桥A 、主桥B ，南北主桥，四环主

路上南北向的公交停靠站1号桥、公交停靠站2号

Z3匝道桥、Z4匝道桥、Z5c 匝道桥、Z6匝道桥、桥，

Z7a 匝道桥、Z7b 匝道桥、Z7c 匝道桥、Z8匝道桥、K4+657通道，桥桩与隧道的净距为0. 84 4. 61m ，且

——受力最不利位置。桥梁为混桩端在隧道的肩部—

检查评估报告显示，桥梁技术状凝土现浇连续箱梁，

“完好状态”，况等级评定为A 级，即见表1

。

图1区间隧道与丽泽桥平面关系图（1ʒ 15000）

Fig．1Tthe tunnel and Lize pidge plan （1ʒ 15000）

表1丽泽桥各桥现状评估表

Assessment pipeline on current to Lize pidge

状况良好状态良好状态完好状态完好状态完好状态完好状态完好状态完好状态完好状态良好状态良好状态良好状态良好状态良好状态

严重病害描述T 梁泛碱，伸缩缝堵塞，支座拥包变形，墩柱细小裂缝T 梁泛碱，伸缩缝堵塞，支座拥包变形，墩柱细小裂缝伸缩缝堵塞，主桥局部表面存在缺陷

伸缩缝堵塞，桥台开裂，支座起包伸缩缝堵塞，桥台网裂，支座起包、网裂等

伸缩缝堵塞，主梁泛碱，支座起包、变形，挡墙开裂

伸缩缝堵塞，箱梁泛碱，一处开裂，宽0. 14mm ，支座变形，挡墙开裂

伸缩缝堵塞，箱梁泛碱，支座变形，桥台开裂

伸缩缝堵塞，箱梁泛碱，支座变形

伸缩缝堵塞，支座变形，台帽开裂伸缩缝堵塞，箱梁泛碱，护坡坍塌

7#盖梁开裂挡块处开裂伸缩缝堵塞，箱梁翼板泛碱，支座鼓包变形，

伸缩缝堵塞，箱梁泛碱、局部破损，支座鼓包变形，桥台泛碱、网裂伸缩缝碎边，顶板开裂，最宽0. 17mm 、局部破损，桥台泛碱、小裂缝

Table 1

序号

[***********]4

桥名主桥A 主桥B 南北主桥公交1号桥公交2号桥Z3匝道桥Z4匝道桥Z5c 匝道桥Z6匝道桥Z7a 匝道桥Z7b 匝道桥Z7c 匝道桥Z8匝道桥K4+657通道

技术状况等级

B 级

B 级A 级A 级A 级A 级A 级A 级A 级B 级B 级B 级B 级B 级

2

2. 1

桥桩及隧道沉降及变形模拟预测

预测目的

在区间暗挖隧道施工时，为确保暗挖施工顺利通过桥区，同时确保丽泽桥交通畅通，在施工前，按施工工况进行模拟分析预测，确定不同工况的各项

施工参数，预测桥梁沉降量，验证设计、施工方法的

科学性和合理性，弥补理论分析存在的不足，最后确定最优施工参数。

2. 2桥梁沉降控制指标

1）桥梁竖向均匀沉降控制值：15mm 。2）纵向不均匀沉降位移控制值：5mm 。

3）墩柱横桥向相邻基础不均匀沉降位移控制值：3mm 。

4）地表沉降控制值：30mm 。2. 3桥桩变形预测模型及分析2. 3. 1模型建立

3D ，计算软件采用大型岩土计算软件FLAC-假

定土体为各向同性弹塑体，由实体单元模拟，其应

［7］

力-应变关系满足莫尔-库仑准则；采用shell 单元

二衬采用实体单元；模型边界范围按4倍模拟初支，

开挖洞径计，地表为自由面，其余面均施加法向约

施工模拟，每循环进尺0. 5m ，采用上、下台阶法束，施工，严格按浅埋暗挖“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭”方针实施。计算模型见图2

。

Fig．3

图3近暗挖侧桥桩沉降曲线

In excavation of side pile settlement

curve

图2计算模型Fig．2Calculation model

Fig．4

图4远暗挖侧桥桩位移曲线

Far excavation of side pile settlement curve

2. 3. 2

计算

计算工况为对桥桩周围土体进行注浆加固后开挖的工况。对桥桩周围土体进行加固，以降低由于暗挖施工对桥桩承载力的影响。

此工况下，暗挖施工影响近暗挖侧桥桩的沉降值为4. 8mm （见图3），远暗挖侧桥桩沉降值为3. 6mm （见图4），差异沉降为1. 2mm 。桥桩沉降主要发生在上台阶开挖期间，沉降值为3. 7mm ，且沉降速率加大，下台阶开挖时引起的桥桩位移值约为1. 1mm 。

经过分析，桥桩距离隧道越近，沉降越大；同时

桥桩沉降主要发生在上导洞开挖在隧道施工期间，

期间，应加强上导洞开挖期间施工工艺控制，并应尽快对上导洞临时仰拱封闭成环并及时进行回填注浆。

3

3. 1

施工技术措施

隧道侧穿桥桩加固技术

本工程暗挖通道要垂直穿过丽泽桥桥桩，隧道边缘最近处距离桥桩不到1m ，如果不采取相关措施，该部分桥桩的整体摩擦力将会全部失去，

并且周

边土体变形也会使未动土层摩擦力降低。

为达到加固隧道侧穿桥桩范围内的土体，控制沉降，经研究论证综合采取的以下技术措施：地面复合锚杆桩加固；隧道拱部180ʎ 范围内小导管超前注

必要时密浆加固；隧道初支格栅钢架加密至0. 5m ，

排，并加设临时仰拱；上导洞预留核心土先行通过技术；洞内临时仰拱下45ʎ 范围内进行径向注浆加固；初支背后注浆纵向、环向间距加密至2m ；二衬背后多次重复注浆；加强监控量测等。3. 1. 1地面复合锚杆桩加固技术

在地面条件和地下管线允许的情况下，对桥桩尽量采取地面加固措施。主要做法为在地面采用复

将桥桩周围土体加固和改良，以合锚杆桩加固地层，

并在隧道内对桥桩底不降低原有侧摩阻力为目的，

部土体实施注浆加固，增大桩端承载力。加固后的地基应具有良好的均匀性和自立性，加固体强度应

－6

不小于5MPa ，渗透系数≤1. 0ˑ 10cm /s。

具体布置见图5、图6。

复合锚杆桩孔径Φ150mm ，孔内安装锚杆（3根直径Φ20mm 螺纹钢筋），锚杆桩钢筋骨架为隔离环（50mm ˑ 3. 5mm 普通煤气管，每段长100mm ）+定位支撑（Ф18螺纹钢，长度40mm ，与隔离环双面焊接），桩纵向每米1段，与主筋双面焊接。

图5复合锚杆桩布设剖面图Fig．5Composite bolt pile

layout

图8注浆管布置图Fig．8Layout of grouting tube

图6复合锚杆桩布设平面图Fig．6Composite bolt pile plan

浆完成后10 15h 进行；第三次注浆压力1. 5MPa ，，水泥浆水灰比0. 75ʒ 1，在第二次注浆完成后5 10h 进行。

3. 1. 2洞内超前注浆加固

非桥区段超前小导管布置为拱部环向120ʎ ，桥

且桥桩基础底部位区段地层以卵石－圆砾石为主，

于隧道肩部，为减小桥桩沉降，根据以往施工经验及

对超前注浆进行优化：小导管采用φ25专家评议，

无缝钢管，长1. 7m ，水平倾角为10ʎ 15ʎ ，环向180ʎ 范围打设，纵向每榀打设，环向间距300mm ，详细见图9。注浆浆液选用单液水泥浆+早强剂，压力控制0. 3 0. 5MPa

。

另附三根Ф20塑料管作为注浆管，注浆管出浆口距

出浆孔φ4mm ，出浆孔竖向错开150mm 。底端4m ，

见图7、图8

。

图9超前小导管布置图

Fig．9Advanced smail pipe layout

图7复合锚杆桩构造图Fig．7Composite bolt pile drawing

3. 1. 3

注浆分三次进行：第一次采用常压注浆，注浆压力0. 4 0. 5MPa ，孔口溢浆时结束本次注浆，水泥浆水灰比0. 5ʒ 1；第二次注浆采用中高压注浆，注浆压力1. 0MPa ，水泥浆水灰比0. 75ʒ 1，

在第一次注

格栅加密并加设临时仰拱

根据模拟分析，桥桩沉降主要发生在上台阶开挖期间，则在隧道开挖过程中上台阶应近快封闭。针对互情况，在隧道穿越桥桩前后各10m 范围内，格栅加由非桥区段的0. 75m 减小至0. 5m ，并增设临时仰拱，临时仰供采用I22a 工字钢和挂网锚喷混

凝土的形式，将隧道初衬分为上下两个导洞，使上导洞一环一封闭。详细见图10

。

在隧道靠近桥桩侧，临时仰拱下45ʎ 范围内进

注浆范围为1. 5m ；注浆管采用φ25ˑ 5行径向注浆，

1000ˑ 1000梅花型布置，小导管，长1. 5m ，布置纵

向范围为桥桩两侧各6m 。注浆浆液选用1ʒ 1纯水泥浆液，压力控制为0. 2 0. 5MPa 。详见图12

。

图10增设临时仰拱格栅钢架构造图

Fig．10Additional temporary inverted arch

steel grid frame structure map

图12径向注浆管布置图

Fig．12Ｒadialgrouting pipe layout drawing

3. 1. 4

上导洞预留核心土先行通过技术

台阶法可以有足够的工作空间和相当的施工速但上、下部作业有干扰；台阶开挖虽增加对围岩度，

的扰动次数，但台阶有利于开挖面的稳定，尤其是上部开挖支护后，下部作业就较为安全。

3. 1. 6

本工程在暗挖隧道在侧穿桥桩时为保证地面沉

加设了临时仰拱，分成上下导洞进行开挖。根据降，

在隧道开挖过程中，上台阶开挖对地面及桥桩计算，

沉降影响较大，因此考虑到应缩短上导洞封闭成环时间，减小沉降，在侧穿桥桩过程中采取上导洞预留核心土先行通过技术措施进行施工，长度约为20m 。隧道施工上导洞先行通过见图11

。

初支背后多次重复回填注浆在暗挖开挖过程中，初支锚喷背后普遍存在锚喷回填不密实现象，这种情况会导致地面及桥桩的沉降加大，为减小其沉降，必须对初支背后回填注浆。

对初支背后一次注浆后，由于浆液收缩，会产生后续空隙，同时由于后续隧道开挖，引起隧道周边土体扰动，后续工序对土体的扰动引起的地表沉降会

上述两个原因综合作用，使一次背后有一个延迟期，

注浆后在初支前后还会有空隙产生，因此需进行多以保证初支背后土体密实。次重复注浆，

（1）注浆管间距：纵向间距由设计3m 缩短至2m ，环向间接由原设计拱顶2m 、侧墙3m 统一调整为2m ，并呈梅花型布置，以防止背后注浆不密实。

（2）为保证背后回填注浆及时，注浆段与上台

注浆段长度由设阶开挖面距离由5m 调整至4m ，

计5m 缩短至4m 。

（3）注浆采用水泥+粉煤灰+白灰［8］，重量比

图11隧道施工上导洞预留核心土先行通过

Fig．11Tunnel construction on the reservation

core soil through pilot first sketch map

为1ʒ 1ʒ 1、拌和成粘稠状；注浆分两次进行，第一次注浆，注浆压力达到0. 3MPa 并稳压10min 后停止；30min 后进行二次补浆，二次补浆稳压压力应达到0. 5MPa ，并稳压3min 后停止。

（4）每填充注浆完成约20m ，即对填充注浆情况进行空洞检测。检测采用拱顶和起拱线位置进行

如存在空洞情况，进行再次注浆，并进行连续检测，

再次检测，直至填充密实。3. 2

隧道下穿桥台加固技术3. 2. 1加固方式分析

丽泽桥南北主桥为西三环主路桥，左右分幅，南北向3跨，主路为连续宽幅T 梁，辅路为连续钢－砼

U 型桥台，叠合梁，下部矩形实体墩，板式橡胶支座。

3. 1. 5

径向注浆加固技术

暗挖区间下穿桥桩段时，桥桩底基本位于隧道中部，在隧道土方开挖过程中，隧道周围的土体稍有

松散，就会引起桥梁沉降；同时初支施工时也扰动、

会有回喷不密实的情况，极易导致桥桩沉降，引发地面桥梁交通安全事故。

为避免近桥桩侧隧道周边土体扰动或回填不密实，决定在隧道靠近桥桩侧采用径向注浆技术，对桥桩底部土体进行加固，以保证隧道初支完成后隧道近桥桩侧土体的密实。

四角各设一个梯道，连接丽泽路。

地铁14号线左线隧道从丽泽桥南侧桥墩、桥台之间穿过。隧道离南侧桥台桩净距7. 87m ，离北侧桥墩桩3. 6m 。群桩的土体影响范围φ/4（卵石φ=40ʎ ）为10ʎ 。由分析可知：左线隧道的开挖，隧道外

会对桥墩墙距离桩基较近而且隧道底部低于桩底，

桩基础产生一定的影响。为了保证隧道开挖过程中的桥墩桩的安全性、稳定性，采用以下技术：深孔后

采用正台阶加设临时退式帷幕注浆进行超前加固，

仰拱预留核心土法施工，上导洞先行通过技术，初支背后注浆管布置加密并重复多次注浆技术。3. 2. 2深孔后退式帷幕注浆加固技术

区间左线下穿丽泽桥南北主桥60m 范围内采用深孔后退式帷幕注浆进行加固，加固范围为导洞开挖轮廓线外2m ，注浆循环段长设计为10m 。注浆孔布置由工作面向开挖方向呈辐射状，钻孔布置

保证注浆充分，不留死角。成圆，

注浆孔孔间距为1000mm ，浆液扩散半径750mm ，如图13

。

监测点进行分析，如图14

。

图14

非桥区段监测点沉降变形曲线图（2012年）

Fig．14Curves of settlement deformation

monitoring points of non pidge section （2012）

从观测数据来看，在隧道施工时，土层受扰动破坏，产生的拉应力导致土体向初支的空隙移动，使土壤松弛，产生沉降。这些空隙如不及时填充浆液，就会被周围土体填充，最终形成较大地表沉降，监测点DB －36－01，沉降值为－25. 12mm 。4. 2桥区段沉降控制分析

区间隧道侧穿Z3－4桥桩，隧道与桥桩间的最小水平净距为0. 84m ，区间隧道左线下穿南北主

根据监测数据，以此为例来分析，沉降变形分析桥，

见图15、图16

。

Fig．13

图13深孔注浆孔位布置图

Deep hole grouting holes layout diagram

4沉降变形曲线图（2012年）图15Z3-Fig．15Deformation curves of settlement for Z3-4（2012

）

注浆压力：深孔注浆压力为1. 0 1. 5MPa ，在

终压状态下当每分钟进浆量小于3L 或注浆压力在终压状态逐步升高可停止注浆对小导管的初压为0. 2 0. 5MPa ，终压为0. 75MPa ，在终压状态下当每分钟进浆量小于3L 或注浆压力在终压状态逐步升高可停止注浆。

注浆后至少8h 后方可进行隧道开挖，开挖长度按循环进尺规定，以保留一定长度的掌子面止浆加固岩盘。

注浆效果检查：一个注浆段的注浆孔全部注完后，钻2 3个孔对注浆效果进行检验，并取芯观察浆液充填情况，视情打设超前小导管补充注浆。

图16南北主桥沉降变形曲线图（2012年）

Fig．16Deformation curves of settlement for

northand south pidge （2012）

4

4. 1

实施效果及沉降控制分析

非桥区段沉降控制分析

非桥区段未采取地层加固措施，以DB －36－01

2最大沉降量为－4. 56mm ，桥桩Z3-南北主桥

的最大沉降量为－4. 02mm ，与非桥区段进行对比分析，可看出综合应用下穿桥区技术、侧穿桥区技

增加了土体及初期支护的自稳时间，有效的控制术，

3

高

了初期支护、桥桩的下沉量，满足桥桩沉降控制的要求。

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5结束语

根据沉降控制分析，在砂卵石地层下施工暗挖

根据施工现场的情况，将地面隧道穿越桥梁群桩时，

复合锚杆桩加固技术、隧道拱部180ʎ 范围内小导管超前注浆加固技术、隧道初支格栅钢架加密并加设

上导洞预留核心土先行通过技术、洞临时仰拱技术、

内临时仰拱下45ʎ 范围内径向注浆加固技术、初支

深孔后退式帷幕注背后注浆加密并多次重复注浆、

浆加固技术等技术选取几项组合应用，可有效控制桥梁沉降值，保证施工安全，降低施工风险。此综合技术可推广到隧道施工引起的地表构筑物、地下管线等的沉降控制。

参

1

考文献

刘能文，王琛妹．地铁隧道穿越桥梁的综合技术．市政技术，2013；31（3）：76—80

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Comprehensive Technology for Metro Tunnel Across the Bridge Piles

YAO Wen-hua

（Beijing Urban Construction Group Co．，Ltd．，Beijing 100088，P．Ｒ．China ）

［Abstract ］Xiju station －Dongguantou station Bystreet Section of Line 14of Beijing Metro is constructed by using mining method．The tunnel is located in the Cobble Stratum where the self stabilizing of formation is poor．The tunnel is required to cross the Lizeqiao pidge area in Xisanhuan where the number of pidges reaches 14．The minimum distance between the tunnel and Bridge Base is only 0. 84m ，which causes a great risk to construction．In order to ensure the safety of construction ，a series of reinforcement and isolation technical measures based on risk analysis are adopted ，which effectively controlled settlement and avoided the risk．These successful technical meas-ures provide plenty of experiences to the construction of metro tunnel across pidge areas and can be used in similar projects in the future．［Key words ］bored tunnel across pidge piles comprehensive technology