CN117703406B - 一种盾构穿越桥梁桩基的分类施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种盾构穿越桥梁桩基的分类施工方法，属于城市地铁隧道施工技术领域，包括：进行常规区间和穿越桥梁桩基区间盾构掘进，采集隧道穿越施工时与既有桥梁桩基最小竖向净距、最小水平间距；采集穿越桥梁桩基前、后桥梁基础受力，采集常规区间和穿越桥梁桩基区间注浆量、地层土体强度、盾构推进时间；采集穿越桥梁桩基前、后桥梁桩基下沉量，采集穿越桥梁桩基前、后桥梁桩基倾斜量；计算穿越桥梁桩基稳定性评价指标无量纲参数，建立穿越桥梁桩基稳定性综合指标值；将穿越桥梁桩基区间划分多个等级，进行相应处理。本发明综合考虑了盾构穿越桥梁桩基施工稳定性的主要影响因素，可以更加科学准确合理的评价稳定性。

Description

一种盾构穿越桥梁桩基的分类施工方法

技术领域

本发明属于城市地铁隧道施工技术领域，具体涉及一种盾构穿越桥梁桩基的分类施工方法。

背景技术

由于城市人行天桥、高架等地面交通桥梁大多先于地铁建设通行，因此目前城市地铁修建到相应区域时不可避免的要穿越桥梁桩基，盾构在穿越这些区域过程中会对桥梁桩基产生不同程度的影响，因此，合理有效的评价和施工方法对盾构穿越这些区域时的稳定具有重要的意义。

目前，关于盾构穿越桥梁桩基的施工主要以桥梁桩基位移大小为稳定评价标准，以对桥梁基础周边注浆加固为主要控制措施，属于单因素、半定性半定量评价及施工方法，且在面临更加恶劣的工况时缺少相应的处理措施，导致对盾构穿越桥梁桩基施工措施不全面，不能有效指导安全施工。

现行的评价及施工主要具有以下缺点：

盾构穿越桥梁桩基施工稳定性主要影响因素考虑不足，导致在施工时，对盾构穿越桥梁桩基稳定性评价不合理、不准确，且施工措施单一，当施工过程中出现严重情况，无法及时有效的处理；缺少盾构穿越桥梁桩基针对性的稳定分级，导致无法针对性的采取治理措施。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种盾构穿越桥梁桩基的分类施工方法，该方法综合考虑了盾构穿越桥梁桩基施工稳定性的主要影响因素，可以更加科学准确合理的评价稳定性。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

本发明提供了一种盾构穿越桥梁桩基的分类稳定施工方法，包括以下步骤：

沿设计线路方向进行常规区间盾构掘进和穿越桥梁桩基区间盾构掘进，采集盾构区间隧道穿越施工时与既有桥梁桩基最小竖向净距D ₁、最小水平间距H ₁；

采集盾构施工穿越桥梁桩基前、后桥梁基础受力F ₁、F ₂，采集盾构掘进过程中常规区间注浆量Q ₁和穿越桥梁桩基区间注浆量Q ₂；

采集常规区间地层土体强度和穿越桥梁桩基区间地层土体强度，采集常规区间盾构推进时间T ₁和穿越桥梁桩基区间盾构推进时间T ₂；

采集盾构施工穿越桥梁桩基前、后桥梁桩基下沉量D ₂，采集盾构施工穿越桥梁桩基前、后桥梁桩基倾斜量H ₂；

计算盾构施工穿越桥梁桩基稳定性评价指标无量纲参数，利用权重分析法，建立盾构施工穿越桥梁桩基稳定性综合指标值；

根据稳定性综合指标值，将穿越桥梁桩基区间划分为稳定等级E ₁、弱稳定等级E ₂、不稳定等级E ₃、危险等级E ₄；

根据各个稳定等级，分别进行相应的处理措施。

作为进一步的技术方案，在盾构掘进前，进行工程数值分析，获得盾构穿越桥梁桩基过程中桥梁桩基变形、受力和地表下沉变化规律，建立桩基变形、受力预警值；并根据数值分析结果，在超出预警值时，预先在穿越桥梁桩基过程中出现破坏的范围进行加固工作。

作为进一步的技术方案，加固的措施包括对盾构穿越桥梁桩基区域进行注浆加固，桩基嵌岩进行注浆或施打钢管桩。

作为进一步的技术方案，常规区间长度和穿越桥梁桩基区间长度相同。

作为进一步的技术方案，地层土体强度分别取盾构区间底部、左侧、右侧、顶部四个关键部位，常规区间地层土体强度分别为σ ₁₁、σ ₁₂、σ ₁₃、σ ₁₄，穿越桥梁桩基区间地层土体强度分别为σ ₂₁、σ ₂₂、σ ₂₃、σ ₂₄。

作为进一步的技术方案，所述无量纲参数包括桩基变形控制率、桩基稳定注浆量提高率、桩基土体强度加固率、穿越推进迟滞率、桩基受力异常率。

作为进一步的技术方案，桩基变形控制率为，/>，α＋β=1；式中，α、β为权重系数；桩基稳定注浆量提高率为/>；桩基土体强度加固率为，i=1、2、3、4，σ _1i为常规区间地层土体强度，σ _2i为穿越桥梁桩基区间地层土体强度；穿越推进迟滞率为/>；桩基受力异常率为/>。

作为进一步的技术方案，稳定性综合指标值为，ξ _i为分配系数，i=1、2、3、4、5，且∑ξ _i=1；稳定等级E ₁∈[1/4η，0）、弱稳定等级E ₂∈[1/2η，1/4η）、不稳定等级E ₃∈[3/4η，1/2η）、危险等级E ₄∈[η，3/4η）。

作为进一步的技术方案，对于稳定等级，施工方案不变，按原设计推进方案进行施工；对于弱稳定等级，在原设计推进方案的基础上，增加注浆量，增加注浆量比原注浆量增加0.5~1倍，对桥梁桩基周边土体加固。

作为进一步的技术方案，对于不稳定等级，调整原推进方案盾构掘进参数：降低推进力、扭矩参数，增加注浆量，增加注浆量比原注浆量增加1~1.5倍；对于危险等级，相对于不稳定等级，在其基础上，增加桩基础托换方案：对原桥梁桩基础进行更换更高强度等级的混凝土基础，采用渐进逐步更换，将原基础划分为若干分区，然后逐个分区进行替换。

上述本发明的有益效果如下：

本发明提出的盾构穿越桥梁桩基的分类施工方法，选取的定量指标基本反映了盾构穿越桥梁桩基的稳定性变化，指标针对性强且考虑因素全面，如变形、受力、注浆、地层强度等均与稳定性密切相关，使得对盾构施工穿越桥梁桩基稳定性评价科学合理。

本发明提出的盾构穿越桥梁桩基的分类施工方法，综合考虑了盾构穿越桥梁桩基施工稳定性的主要影响因素，可以更加科学准确合理的评价稳定性。

本发明提出的盾构穿越桥梁桩基的分类施工方法，考虑了穿越桥梁桩基过程中出现的恶劣工况及处理措施，能够有效应对施工过程中出现的事故。

本发明提出的盾构穿越桥梁桩基的分类施工方法，根据盾构施工穿越桥梁桩基稳定性等级，提供了一种分等级针对性的指导施工方法，避免了施工方法繁琐。

本发明提出的盾构穿越桥梁桩基的分类施工方法，填补了盾构穿越桥梁桩基施工稳定分级标准的空白，对后续盾构穿越桥梁桩基施工的研究提供了指导。

附图说明

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

图1是本发明根据盾构施工穿越桥梁桩基稳定性评价及施工方法流程图。

具体实施方式

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

本发明的一种典型的实施方式中，如图1所示，提出一种盾构穿越桥梁桩基的分类施工方法，其包括以下步骤：

步骤1：收集盾构穿越桥梁桩基工程地质资料，开展工程数值分析，获得盾构穿越桥梁桩基过程中桥梁桩基变形、受力和地表下沉变化规律，建立桩基变形、受力预警值；

步骤2：根据数值分析结果，若超出预警值，预先在穿越桥梁桩基过程中出现破坏的范围进行加固工作；

步骤3：选择相应的盾构穿越桥梁桩基工程，沿设计线路方向进行常规区间盾构掘进和穿越桥梁桩基区间盾构掘进，常规区间长度和穿越桥梁桩基区间长度相同，采集盾构区间隧道穿越施工时与既有桥梁桩基最小竖向净距D ₁，最小水平间距H ₁；

步骤4：在桥梁桩基基础安设测力元件，采集盾构施工穿越桥梁桩基前、后桥梁基础受力F ₁、F ₂；

步骤5：统计盾构掘进过程中常规区间注浆量Q ₁和穿越桥梁桩基区间注浆量Q ₂；

步骤6：统计常规区间地层土体强度和穿越桥梁桩基区间地层土体强度；

步骤7：统计常规区间盾构推进时间T ₁和穿越桥梁桩基区间盾构推进时间T ₂；

步骤8：采用全站仪采集盾构施工穿越桥梁桩基前、后桥梁桩基下沉量D ₂，采用测斜仪采集盾构施工穿越桥梁桩基前、后桥梁桩基倾斜量H ₂；

步骤9：根据步骤3～步骤8所得到的盾构区间隧道穿越施工时与既有桥梁桩基最小水平间距，最小竖向净距，穿越桥梁桩基前、后桥梁基础受力，注浆量、土体强度、推进时间、桥梁桩基下沉量和桥梁桩基倾斜量计算盾构施工穿越桥梁桩基稳定性评价指标无量纲参数，将参数利用权重分析法，建立反应盾构施工穿越桥梁桩基稳定性综合指标值；

步骤10：根据步骤9得到的稳定性综合指标值，将穿越桥梁桩基区间划分为稳定等级E ₁、弱稳定等级E ₂、不稳定等级E ₃、危险等级E ₄这四种等级；

步骤11：根据步骤10中的各个稳定等级，分别进行相应的处理措施。

其中，步骤1中，先根据工程及地质资料进行数值分析和建立预警值，有利于掌握穿越桥梁桩基施工过程中关键破坏部位和变形受力规律，对后续工作进行初步指导。

步骤1中，收集的资料包括地层参数、桥梁参数，盾构和桥梁相互空间关系等建模资料；开展盾构穿越桥梁桩基稳定性变化数值分析，理论上分析盾构穿越桥梁桩基施工的安全性。

变形预警值、受力预警值根据相应的标准规范，同时结合具体工程情况进行建立。

其中，步骤2中，通过预先进行加固处理，有助于减小施工过程中的破坏；加固措施包括对盾构穿越桥梁桩基区域进行注浆加固，桩基嵌岩进行注浆或施打钢管桩。

步骤2中，若实际桩基的变形、受力超出了预警值，则预先进行加固。通过预先进行的数值理论分析，提前预判可能存在的破坏范围，然后预先进行加固，防止后续施工过程中这些地方破坏出现事故，实现超前支护。

其中，步骤3中，通过选择长度相同的常规区间和穿越桥梁桩基区间分别进行盾构掘进施工，方便控制变量，进行合理对比，实现控制变量比较，这样就凸显了盾构穿越桥梁桩基相关数据的变化。D ₁、H ₁是盾构与桥梁桩基的几何关系参数。

其中，步骤4中，桥梁桩基基础安设的测力元件为光纤测力计，盾构施工穿越桥梁桩基前桥梁基础受力为F ₁，穿越桥梁桩基后桥梁基础受力为F ₂。

其中，步骤6中，地层土体强度分别取盾构区间底部、左侧、右侧、顶部四个关键部位，即常规区间地层土体强度分别为σ ₁₁、σ ₁₂、σ ₁₃、σ ₁₄，穿越桥梁桩基区间地层土体强度分别为σ ₂₁、σ ₂₂、σ ₂₃、σ ₂₄。

步骤3-步骤8中采集的这些参数包括盾构穿越主要几何参数、施工参数，兼顾盾构施工和桥梁桩基稳定等，基本囊括了穿越施工关键参数。

其中，步骤7中，推进时间是盾构掘进步骤3中区间长度所需要的时间。

其中，步骤9中，无量纲参数包括桩基变形控制率、桩基稳定注浆量提高率、桩基土体强度加固率、穿越推进迟滞率、桩基受力异常率。

桩基变形控制率为，/>，α＋β=1；

桩基稳定注浆量提高率为；

桩基土体强度加固率为，i=1、2、3、4；σ _1i为常规区间地层土体强度；即σ ₁₁、σ ₁₂、σ ₁₃、σ ₁₄为常规区间地层土体强度；σ _2i为穿越桥梁桩基区间地层土体强度，即σ ₂₁、σ ₂₂、σ ₂₃、σ ₂₄为穿越桥梁桩基区间地层土体强度。

穿越推进迟滞率为；

桩基受力异常率为。

式中，α、β为权重系数，桩基变形由垂直变形和水平变形组成，两者通过权重系数进行比重分配。

步骤9中，稳定性综合指标值为，ξi为分配系数，i=1、2、3、4、5，且∑ξi=1；η ₁为桩基变形控制率；η ₂为桩基稳定注浆量提高率；η ₃为桩基土体强度加固率；η ₄为穿越推进迟滞率；η ₅为桩基受力异常率；

具体的，分配系数的确定可根据这5个无量纲的比值进行分配。

步骤9中，通过建立无量纲指标参数，方便不同参数进行合并处理和评价。

其中，步骤10中，稳定等级E ₁∈[1/4η，0）、弱稳定等级E ₂∈[1/2η，1/4η）、不稳定等级E ₃∈[3/4η，1/2η）、危险等级E ₄∈[η，3/4η）。

通过如上所述4种区间等级划分，方便实用且针对性强。

步骤10中，通过建立不同稳定等级标准，把可能存在的情况如施工过程中存在的恶劣工况等均包含在内，方便针对性的采取措施，更加科学合理。

其中，步骤11中，对于稳定等级，施工方案不变，按原设计推进方案进行施工；

对于弱稳定等级，在原设计推进方案的基础上，增加注浆量；

对于不稳定等级，调整原推进方案盾构掘进参数，增加注浆量；

对于危险等级，相对于不稳定等级，在其基础上，增加桩基础托换方案。

该方法中，根据不同稳定等级递增情况，逐渐增加措施，更加科学合理。

对于弱稳定等级，增加注浆量比原注浆量增加0.5~1倍。这里增加注浆量主要针对桥梁桩基周边土体加固。具体的，在盾构掘进施工的过程中需要注浆时都增加注浆量。

对于不稳定等级，调整原推进方案盾构掘进参数为降低推进力、扭矩等参数。增加注浆量比原注浆量增加1~1.5倍，比弱稳定等级增加的注浆量增加0.5倍。

对于危险等级，在调整掘进参数、增加注浆量的前提下，增加桩基础托换；增加桩基础托换方案为对原桥梁桩基础进行更换更高强度等级的混凝土基础。危险等级属于极端情况，因此要采用更高强度的基础，保障桥梁的稳定性。

更换混凝土基础主要采用渐进逐步更换，将原基础划分为若干分区，然后逐个分区进行替换。具体施工时，盾构机停止推进，待基础更换完成，混凝土强度达到要求时，再继续推进。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种盾构穿越桥梁桩基的分类施工方法，其特征是，包括以下步骤：

沿设计线路方向进行常规区间盾构掘进和穿越桥梁桩基区间盾构掘进，采集盾构区间隧道穿越施工时与既有桥梁桩基最小竖向净距D₁、最小水平间距H₁；

采集盾构施工穿越桥梁桩基前、后桥梁基础受力F₁、F₂，采集盾构掘进过程中常规区间注浆量Q₁和穿越桥梁桩基区间注浆量Q₂；

采集常规区间地层土体强度和穿越桥梁桩基区间地层土体强度，采集常规区间盾构推进时间T₁和穿越桥梁桩基区间盾构推进时间T₂；

采集盾构施工穿越桥梁桩基前、后桥梁桩基下沉量D₂，采集盾构施工穿越桥梁桩基前、后桥梁桩基倾斜量H₂；

计算盾构施工穿越桥梁桩基稳定性评价指标无量纲参数，利用权重分析法，建立盾构施工穿越桥梁桩基稳定性综合指标值；

根据稳定性综合指标值，将穿越桥梁桩基区间划分为稳定等级E₁、弱稳定等级E₂、不稳定等级E₃、危险等级E₄；

根据各个稳定等级，分别进行相应的处理措施；

所述无量纲参数包括桩基变形控制率、桩基稳定注浆量提高率、桩基土体强度加固率、穿越推进迟滞率、桩基受力异常率；

桩基变形控制率为α+β＝1；式中，α、β为权重系数；桩基稳定注浆量提高率为/>桩基土体强度加固率为/>i＝1、2、3、4，σ_1i为常规区间地层土体强度，σ_2i为穿越桥梁桩基区间地层土体强度；穿越推进迟滞率为桩基受力异常率为/>

稳定性综合指标值为ξ_i为分配系数，i＝1、2、3、4、5，且∑ξ_i＝1；稳定等级E₁∈[1/4η，0)、弱稳定等级E₂∈[1/2η，1/4η)、不稳定等级E₃∈[3/4η，1/2η)、危险等级E₄∈[η，3/4η)。

2.如权利要求1所述的一种盾构穿越桥梁桩基的分类施工方法，其特征是，在盾构掘进前，进行工程数值分析，获得盾构穿越桥梁桩基过程中桥梁桩基变形、受力和地表下沉变化规律，建立桩基变形、受力预警值；并根据数值分析结果，在超出预警值时，预先在穿越桥梁桩基过程中出现破坏的范围进行加固工作。

3.如权利要求2所述的一种盾构穿越桥梁桩基的分类施工方法，其特征是，加固的措施包括对盾构穿越桥梁桩基区域进行注浆加固，桩基嵌岩进行注浆或施打钢管桩。

4.如权利要求1所述的一种盾构穿越桥梁桩基的分类施工方法，其特征是，常规区间长度和穿越桥梁桩基区间长度相同。

5.如权利要求1所述的一种盾构穿越桥梁桩基的分类施工方法，其特征是，地层土体强度分别取盾构区间底部、左侧、右侧、顶部四个关键部位，常规区间地层土体强度分别为σ₁₁、σ₁₂、σ₁₃、σ₁₄，穿越桥梁桩基区间地层土体强度分别为σ₂₁、σ₂₂、σ₂₃、σ₂₄。

6.如权利要求1所述的一种盾构穿越桥梁桩基的分类施工方法，其特征是，对于稳定等级，施工方案不变，按原设计推进方案进行施工；对于弱稳定等级，在原设计推进方案的基础上，增加注浆量，增加注浆量比原注浆量增加0.5～1倍，对桥梁桩基周边土体加固。

7.如权利要求1所述的一种盾构穿越桥梁桩基的分类施工方法，其特征是，对于不稳定等级，调整原推进方案盾构掘进参数：降低推进力、扭矩参数，增加注浆量，增加注浆量比原注浆量增加1～1.5倍；对于危险等级，相对于不稳定等级，在其基础上，增加桩基础托换方案：对原桥梁桩基础进行更换更高强度等级的混凝土基础，采用渐进逐步更换，将原基础划分为若干分区，然后逐个分区进行替换。