CN113062742B - 一种盾构隧道下穿高铁桥变形控制施工方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种盾构隧道下穿高铁桥变形控制施工方法，属于检测技术领域，该方法包括如下过程：根据盾构隧道下穿高铁桥施工周边环境与风险源情况，确定盾构隧道下穿高铁桥施工变形控制指标与变形控制监测点；根据盾构隧道下穿高铁桥过程中开挖面与控制基准线的空间位置关系，将盾构隧道下穿施工过程划分为多个过程环节，制定每个过程环节的变形控制标准值和控制预警值；进行盾构隧道下穿高铁桥施工，实时监测高铁桥变形控制指标的变形情况，与变形控制预警值进行对比分析，得到盾构隧道下穿施工变形发展规律；根据盾构隧道下穿高铁桥施工变形监测值与控制预警值的大小关系，制定盾构隧道下穿高铁桥精细化控制技术与加固措施。

Description

一种盾构隧道下穿高铁桥变形控制施工方法

技术领域

本公开属于地铁盾构隧道施工技术领域，具体是涉及一种盾构隧道下穿高铁桥变形控制施工方法。

背景技术

这里的陈述仅提供与本公开相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

随着我国基础交通设施的快速建设，城市地铁盾构隧道下穿高铁桥的情况越来越多。与常规下穿工程的区别在于，高铁与地铁对各自的运行环境与变形控制均有极为苛刻的要求，受高铁桥列车动荷载、盾构掘进施工地层损失、盾构施工叠加地层扰动等因素的影响，极易造成隧道周围地层损失加剧、高铁桥桩不均匀沉降、高铁轨道不平顺等安全风险。因此，制定盾构隧道下穿高铁桥变形精细化控制施工方法，保障盾构隧道下穿高铁桥施工安全至关重要。

现有技术一般是根据盾构下穿高铁桥变形控制要求，制定盾构下穿高铁桥施工变形控制值，凭借以往类似工程施工经验制定相应的防护或加固控制措施，当施工变形值达到或超过变形报警值时，采取盾构注浆地层加固或相应的应急措施来抑制变形发展，其施工变形控制主要以被动控制为主，不能提前预估盾构施工引起的地层或高铁桥变形发展规律，不能主动防控变形发展，难以满足严格变形控制条件下的施工要求，未形成盾构下穿施工的变形精细化主动控制施工方法。

发明内容

针对现有技术存在的技术问题，本公开提供了一种盾构隧道下穿高铁桥变形控制施工方法，通过该方法实现了对盾构隧道下穿高铁桥施工全过程的过程化、动态化、精细化变形控制，实现了严格变形控制条件下盾构隧道下穿高架桥的施工安全，可有效控制地铁隧道与高铁桥梁的沉降变形。

本公开提供了一种盾构隧道下穿高铁桥变形控制施工方法，该方法包括如下过程：

根据盾构隧道下穿高铁桥施工周边环境与风险源情况，确定盾构隧道下穿高铁桥施工变形控制指标与变形控制监测点；

根据盾构隧道下穿高铁桥过程中开挖面与控制基准线的空间位置关系，将盾构隧道下穿施工过程划分为多个过程环节，制定每个过程环节的变形控制标准值和控制预警值；

进行盾构隧道下穿高铁桥施工，实时监测高铁桥变形控制指标的变形情况，与变形控制预警值进行对比分析，得到盾构隧道下穿施工变形发展规律；

根据盾构隧道下穿高铁桥施工变形监测值与控制预警值的大小关系，制定盾构隧道下穿高铁桥精细化控制技术与加固措施。

进一步地，根据盾构隧道下穿高铁桥工程实际与周边环境情况，建立三维数值模型，模拟分析盾构隧道下穿高铁桥施工引起的地表变形与高铁桥结构变形分布情况，确定地表最大变形、高铁桥结构最大变形的位置作为变形控制监测点。

进一步地，在所述三维数值模型中地层参数、隧道尺寸与结构、高铁桥荷载与桩基参数、盾构隧道与高铁桥空间位置关系、盾构掘进过程信息要与实际施工情况一致。

进一步地，盾构隧道下穿高铁桥施工变形控制指标选用最大地表变形、承台角点变形、最大桩基沉降。

进一步地，所述控制基准线采用盾构隧道下穿高铁桥延伸方向两侧的墩台中心的连线。

进一步地，过程环节的划分采用盾构隧道开挖面与控制基准线的相对距离进行划分。

进一步地，将盾构隧道下穿施工过程划分为多个过程环节后，通过数值模拟计算得到每个施工过程环节的变形控制监测点的变形量，然后与相应变形控制指标的总变形控制标准进行对比分析，按变形量比率将总变形控制标准分配到各个施工过程环节中，从而制定每个过程环节的变形控制标准值。

进一步地，所述变形控制预警值根据国际通用的信号颜色制定红、橙、黄、蓝四级预警级别，制定每个过程环节的变形控制标准值的120％为红色预警值，变形控制标准值的100％为橙色预警值，变形控制标准值的85％为黄色预警值，低于变形控制标准值的85％为蓝色安全状态。

进一步地，按照设计施工顺序进行盾构隧道下穿高铁桥施工，依次监测每个施工过程环节盾构掘进施工引起的地层变形与桥梁结构变形情况，将变形监测值与红、橙、黄、蓝四级变形控制预警值进行对比，得到盾构隧道下穿高铁桥重点风险控制点的变形发展趋势。

进一步地，盾构隧道下穿高铁桥精细化控制技术与加固措施，其主要包括：

当盾构隧道下穿高铁桥施工至某个过程环节时，其变形监测值小于黄色预警值时，代表施工处于安全状态，盾构继续正常掘进施工即可；

当某个过程环节的变形监测值大于黄色预警值时，加强对该变形控制指标的监测频率，关注变形是否持续发展；

当某个过程环节的变形监测值大于橙色预警值时，加强对该变形控制指标的监测频率，分析变形进一步发展趋势，持续关注其变形发展趋势，并制定相应的预警预控措施；

当某个过程环节的变形监测值大于红色预警值时，关注其变形发展趋势，适时调整盾构掘进参数，启动预警预控措施；若变形仍继续发展超过该过程环节变形控制标准的200％时，分析盾构下穿施工变形风险原因，制定相应控制及补强措施。

本公开提供控制方法有益效果如下：

1、本公开提出的变形控制施工方法，实现了盾构下穿高铁桥施工全过程的动态化、精细化变形控制，变形控制效果极佳，克服了传统施工变形控制方法存在的以被动控制为主、不能预估变形发展规律、不能主动防控变形发展等弊端，能够满足极严格条件下盾构下穿高铁桥施工变形控制要求。

2、本公开提出的变形控制施工方法依据科学化、信息化方法划定了盾构隧道下穿高铁桥过程化、分级变形控制标准，通过每个施工过程环节的变形控制实现了施工总变形控制，避免被动变形控制的滞后性与不确定性，有效降低了盾构下穿施工风险。

3、本公开提出的变形控制施工方法通过制定红、橙、黄、蓝四级变形控制预警方案，根据不同变形发展趋势动态调控施工，实现了“细化预警、动态调节、感知互动”的变形预警控制，为后续类似工程的设计施工与风险控制提供了技术指导。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1为本公开实施例提供的盾构隧道下穿高铁桥施工过程环节划分平面示意图；

图2为本公开实施例提供的盾构隧道下穿高铁桥施工剖面示意图；

图3为本公开实施例提供的盾构隧道下穿高铁桥工程实施例示意图；

图4为本公开实施例提供的实施例施工过程环节最大地表变形发展规律；

图5为本公开实施例提供的实施例施工过程环节承台角点变形发展规律；

图6为本公开实施例提供的实施例施工过程环节最大桩基沉降发展规律；

图7为本公开实施例提供的实施例施工过程环节地表变形实测值与预警值对比曲线；

图8为本公开实施例提供的实施例施工过程环节承台角点变形实测值与预警值对比曲线；

图9为本公开实施例提供的实施例施工过程环节桩基沉降实测值与预警值对比曲线。

图例说明：1-盾构隧道右线区间；2-盾构隧道左线区间；3-高铁桥；4-桩基；5-桥墩承台；6-隔离桩；7-过程环节；8-控制基准线。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本公开使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

正如背景技术部分所描述的，现有技术主要是根据盾构下穿高铁桥变形控制要求，制定盾构下穿高铁桥施工变形控制值，凭借以往类似工程施工经验制定相应的防护或加固控制措施，当施工变形值达到或超过变形报警值时，采取盾构注浆地层加固或相应的应急措施来抑制变形发展，其施工变形控制主要以被动控制为主，不能提前预估盾构施工引起的地层或高铁桥变形发展规律，不能主动防控变形发展，难以满足严格变形控制条件下的施工要求，未形成盾构下穿施工的变形精细化主动控制施工方法。本公开提供了一种盾构隧道下穿高铁桥变形精细化控制施工方法。

现详细说明一下该盾构隧道下穿高铁桥的精细控制方法，以一种双线盾构隧道下穿高铁工程为例，如图1-图3所示，其中双线盾构隧道均采用主动铰接土压平衡盾构机掘进，采用的刀盘外径为6.68m，盾构管片采用单层钢筋混凝土装配式结构，外径为6.4m，内径5.8m，厚度0.3m，环宽1.2m，管片环分为六块，由一块封顶块K、两块邻接块B、三块标准块A构成，错缝拼装。

高铁桥为64m桥跨预应力连续梁桥，当前高铁运营速度为350km/h，桥下采用低承台群桩基础，桥墩承台尺寸11m×26.6m，承台下方布置21根直径为1.5m的圆桩构成群桩基础，左、右两侧桥墩桩基长度分别为45m、42m。盾构隧道左、右区间净距5.0m，埋深均为8.5m，盾构隧道与两侧的高铁桥桩基的最小净距分别为10.5m与10.8m，如图3所示。

为了有效控制盾构隧道小净距下穿高铁桥的施工安全，避免高铁桥桩基的不均匀沉降与地铁隧道结构的损伤劣化，本实施例中高铁桥变形控制施工方法，主要如下：

步骤一：根据盾构隧道下穿高铁桥施工周边环境与风险源情况，确定盾构隧道下穿高铁桥施工变形控制指标与变形控制监测点；

具体的，根据盾构隧道下穿高铁桥施工周边环境与风险源的情况，建立一个高精度的三维竖直模型，通过该模型模拟分析盾构隧道下穿高铁桥施工引起的地表变形和高铁桥的结构变形分布情况，从而确定地表最大变形、高铁桥3的结构最大变形位置作为变形控制的监测点。

需要说明的就是，在本实施例中的高精度三维数值模型中地层参数、隧道尺寸与结构、高铁桥3荷载与桩基4参数、盾构隧道1与高铁桥3空间位置关系、盾构掘进过程等信息都要与现场实际施工情况一致，这样才能提高数值模拟的精准性。

进一步优选地，在本实施例中盾构隧道1下穿高铁桥3施工中变形控制指标选用最大地表变形、承台角点变形、最大桩基沉降。

步骤二：根据盾构隧道下穿高铁桥过程中开挖面与控制基准线的空间位置关系，将盾构隧道下穿施工过程划分为多个过程环节，制定每个过程环节的变形控制标准值和控制预警值；

具体地，首先，参照图1所示，本实施例中的控制基准线为采用的是盾构隧道下穿高铁桥的两侧墩台中心的连线，因为盾构隧道开挖面到达该位置时，与高铁桥群桩基础的综合距离最近，所以具有施工影响代表性。

其次，在本步骤中施工过程环节的划分采用盾构隧道开挖面与控制基准线的相对距离进行划分；参照图3所示，根据双线盾构隧道左线2、右线1依次下穿高铁桥3过程中开挖面与控制基准线8的相对距离，按照盾构隧道左线2、右线1设计的下穿施工顺序，将盾构隧道1下穿施工过程划分为16个过程环节(左线、右线各为8个过程环节)，相邻过程环节7的距离一般选取盾构直径D～2D之间，过程环节7的划定范围一般至高铁桥3墩台5边缘外侧的20～40m。

最后，在该步骤中制定每个过程环节变形控制标准值的方法是根据盾构隧道下穿高铁桥施工过程中开挖面与控制基准线的相对距离，将盾构隧道下穿过程中划分多个过程环节，通过数值模拟计算得到每个施工过程环节的变形控制监测点的变形量，分别得到盾构隧道1下穿高铁桥3施工中每个过程环节7的最大地表变形、承台角点变形、最大桩基沉降3项变形控制指标的变形发展规律，如图4、5、6所示，然后与相应变形控制指标的总变形控制标准进行对比分析，按变形量比率将总变形控制标准分配到各个施工过程环节7中，从而制定每个过程环节7的变形控制标准值。实现对变形控制指标的过程化，动态化以及精细化变形控制。

进一步地，需要说明的就是，在本步骤中的变形量控制预警值采用国际通用的信号颜色，制定了红、橙、黄、蓝四级预警级别，其中每个过程环节的变形控制标准值的120％为红色预警值，变形控制标准值的100％为橙色预警值，变形控制标准值的85％为黄色预警值，低于变形控制标准值的85％为蓝色安全状态。

步骤三：进行盾构隧道下穿高铁桥施工，实时监测高铁桥变形控制指标的变形情况，与变形控制预警值进行对比分析，得到盾构隧道下穿施工变形发展规律；

具体地，在盾构隧道1下穿高铁桥3施工前1个月内完成隔离桩6的施工，然后按照设计施工顺序进行盾构隧道1下穿高铁桥3的施工，实时监测每个施工过程环节7盾构掘进施工引起的地层变形与桥梁结构变形情况，将变形监测值与红、橙、黄、蓝四级变形控制预警值进行对比，得到盾构隧道1下穿高铁桥3施工中每个过程环节7的最大地表变形、承台角点变形、最大桩基沉降3项变形控制指标的变形实测值与四级预警值的对比曲线，如图7、8、9所示，为后续类似工程的设计施工与变形控制提供数据支撑与技术指导。

步骤四：根据盾构隧道下穿高铁桥施工变形监测值与控制预警值的大小关系，制定盾构隧道下穿高铁桥精细化控制技术与加固措施，实现施工全过程的精细化控制。

具体地，根据盾构隧道1下穿高铁桥3施工变形监测值与控制预警值的大小关系，制定盾构隧道1下穿高铁桥3精细化控制技术与加固措施，主要包括如下：

①当盾构隧道1下穿高铁桥3施工至某个过程环节7时，其变形监测值小于黄色预警值时，代表施工处于安全状态，盾构继续正常掘进施工即可；

②当某个过程环节7的变形监测值大于黄色预警值时，应加强对该变形控制指标的监测频率，关注变形是否持续发展；

③当某个过程环节7的变形监测值大于橙色预警值时，应加强对该变形控制指标的监测频率，分析变形进一步发展趋势，持续关注其变形发展趋势，并制定相应的预警预控措施；

④当某个过程环节7的变形监测值大于红色预警值时，应密切关注其变形发展趋势，适时调整盾构掘进参数，准备启动预警预控措施；若变形仍继续发展超过该过程环节变形控制标准的200％时，应召集监理单位、设计单位分析盾构下穿施工变形风险原因，制定相应控制及补强措施，防止风险进一步发展。

通过本实施例的实施应用，验证了本发明提出的变形控制施工方法的可行性，实现了对盾构隧道1下穿高铁桥3施工全过程的过程化、动态化、精细化变形控制。

综上所述，本公开实施例提供的盾构隧道下穿高铁桥变形精细化控制施工方法成功实现了严格变形控制条件下盾构隧道下穿高架桥的施工安全，可有效控制地铁隧道与高铁桥梁的沉降变形，可广泛适用于不良地质、极小净距、交叠穿越等严格控制条件下的盾构隧道下穿施工工程。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本公开的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本公开进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本公开的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本公开的权利要求范围当中。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种盾构隧道下穿高铁桥变形控制施工方法，其特征在于，包括如下过程：

步骤1：根据盾构隧道下穿高铁桥施工周边环境与风险源情况，建立三维数值模型，模拟分析盾构隧道下穿高铁桥施工引起的地表变形与高铁桥结构变形分布情况，确定地表最大变形、高铁桥结构最大变形的位置作为盾构隧道下穿高铁桥施工变形控制指标与变形控制监测点；

步骤2：根据盾构隧道下穿高铁桥过程中开挖面与控制基准线的空间位置关系，将盾构隧道下穿施工过程划分为多个过程环节，通过数值模拟计算得到每个施工过程环节的变形控制监测点的变形量，然后与相应变形控制指标的总变形控制标准进行对比分析，按变形量比率将总变形控制标准分配到各个施工过程环节中，从而制定每个过程环节的变形控制标准值和控制预警值；

步骤3：进行盾构隧道下穿高铁桥施工，实时监测高铁桥变形控制指标的变形情况，与变形控制预警值进行对比分析，得到盾构隧道下穿施工变形发展规律；

步骤4：根据盾构隧道下穿高铁桥施工变形监测值与控制预警值的大小关系，制定盾构隧道下穿高铁桥精细化控制技术与加固措施。

2.如权利要求1所述的一种盾构隧道下穿高铁桥变形控制施工方法，其特征在于，在所述三维数值模型中地层参数、隧道尺寸与结构、高铁桥荷载与桩基参数、盾构隧道与高铁桥空间位置关系、盾构掘进过程信息要与实际施工情况一致。

3.如权利要求1所述的一种盾构隧道下穿高铁桥变形控制施工方法，其特征在于，盾构隧道下穿高铁桥施工变形控制指标选用最大地表变形、承台角点变形、最大桩基沉降。

4.如权利要求1所述的一种盾构隧道下穿高铁桥变形控制施工方法，其特征在于，所述控制基准线采用盾构隧道下穿高铁桥延伸方向两侧的墩台中心的连线。

5.如权利要求1所述的一种盾构隧道下穿高铁桥变形控制施工方法，其特征在于，过程环节的划分采用盾构隧道开挖面与控制基准线的相对距离进行划分。

6.如权利要求1所述的一种盾构隧道下穿高铁桥变形控制施工方法，其特征在于，所述变形控制预警值根据国际通用的信号颜色制定红、橙、黄、蓝四级预警级别，制定每个过程环节的变形控制标准值的120％为红色预警值，变形控制标准值的100％为橙色预警值，变形控制标准值的85％为黄色预警值，低于变形控制标准值的85％为蓝色安全状态。

7.如权利要求1所述的一种盾构隧道下穿高铁桥变形控制施工方法，其特征在于，按照设计施工顺序进行盾构隧道下穿高铁桥施工，依次监测每个施工过程环节盾构掘进施工引起的地层变形与桥梁结构变形情况，将变形监测值与红、橙、黄、蓝四级变形控制预警值进行对比，得到盾构隧道下穿高铁桥重点风险控制点的变形发展趋势。

8.如权利要求1所述的一种盾构隧道下穿高铁桥变形控制施工方法，其特征在于，盾构隧道下穿高铁桥精细化控制技术与加固措施，其主要包括：

当盾构隧道下穿高铁桥施工至某个过程环节时，其变形监测值小于黄色预警值时，代表施工处于安全状态，盾构继续正常掘进施工即可；

当某个过程环节的变形监测值大于黄色预警值时，加强对该变形控制指标的监测频率，关注变形是否持续发展；

当某个过程环节的变形监测值大于橙色预警值时，加强对该变形控制指标的监测频率，分析变形进一步发展趋势，持续关注其变形发展趋势，并制定相应的预警预控措施；

当某个过程环节的变形监测值大于红色预警值时，关注其变形发展趋势，适时调整盾构掘进参数，启动预警预控措施；若变形仍继续发展超过该过程环节变形控制标准的200％时，分析盾构下穿施工变形风险原因，制定相应控制及补强措施。

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