大直径泥水盾构近距离连续穿越高架桩基施工技术

1　工程概况
　　上海市长江西路隧道穿越黄浦江，连接宝山区和浦东新区，起于浦西郝桥港以东，止于浦东港城路双江路交叉口，隧道分南北2条线路，单条线路长约4912m；圆隧道长约1545m，隧道外径15.0m、内径13.7m，设计为双管双向6车道，采用直径15.43m泥水平衡盾构施工；浦东、浦西分别设置1个工作井，盾构先从浦东到浦西进行南线隧道掘进，在浦西工作井中调头后再进行北线隧道掘进。图1为工程平面布置图。


　　盾构将近距离连续穿越逸仙路高架和轨道交通3号线高架（见图2），盾构与逸仙路高架桩基最近距离为1.055m，与3号线高架桩基最近距离为2.285m。该最小距离为理论值，考虑实际桩基施工偏差及盾构施工偏差，盾构与桩基的最小距离可能小于1m。


2　保护高架的施工方案
　　盾构穿越高架时，存在高架立柱沉降、高架不均匀沉降等风险，将危及高架的安全运营，产生不利的社会影响。
　　2.1　数值模拟计算
　　根据基础资料进行盾构直接穿越高架的数值模拟，数值计算模型见图3，数值计算结果见表1。结果表明：盾构直接穿越会使地表面产生较大沉降（最大值为18mm），不能满足变形控制要求（10mm），同时承台（或立柱）的位移也较大（竖向位移最大值为-2.2/2.7mm，水平位移最大值为8.4mm）。上述计算结果仅仅为单线穿越时的模拟结果，考虑双向穿越时的叠加，位移和变形量（沉降）会更大，需采取相应的保护措施。


　　由于实施保护措施的施工空间受盾构穿越高架桩基位置处的地面净高尺寸的限制，不宜采用三轴搅拌桩加固、高压旋喷桩加固、钢板桩隔离等措施，可采用MJS隔离桩加固。在采取2.4m宽MJS加固措施后盾构穿越高架的数值计算结果见表1，结果表明：在采用MJS隔离桩保护的前提下，只要控制好盾构掘进施工参数，就可有效减少地表沉降及承台的位移和差异沉降，将地表沉降和高架结构变形均控制在变形要求的范围之内。


　　2.2　MJS隔离桩施工方案
　　MJS工法又称全方位高压喷射工法，在传统高压喷射注浆工艺的基础上，采用了独特的多孔管和前端强制吸浆装置（习惯称之为Monitor），实现了孔内强制排浆和地内压力监测，并通过调整强制排浆量来控制地内压力，使深处排泥和地内压力得到合理控制，使地内压力稳定，也就降低了在施工中出现地表变形的可能性，大幅度减少对环境的影响，而地内压力的降低也进一步保证了成桩直径。和传统旋喷工艺相比，MJS工法减小了施工对周边环境的影响。
　　根据现场实际情况和盾构泥水扩散的特点，MJS隔离桩布桩方案采用沿逸仙路、3号线高架承台呈“L”字型，桩体为半圆摆喷，摆喷方向为背向承台方向，尽可能减小喷射时对原逸仙路、3号线高架桩体摩擦力的破坏，见图4。


3　盾构穿越高架施工技术
　　3.1　MJS加固高架桩基
　　高架桩基加固选取MJS工艺施作隔离桩，MJS隔离桩施工时需控制的施工参数见表2。


　　3.2　盾构穿越高架桩基
　　南线隧道盾构在穿越逸仙路高架和3号线高架后，进入浦西工作井调头，进行北线隧道施工，将再次穿越3号线和逸仙路高架，每次穿越施工均分试验段、影响段、穿越中、穿越后4个阶段。
　　在试验段时，主要就泥水压力、泥水质量、推进速度、注浆量和注浆压力设定对地面沉降的影响进行分析，掌握土体沉降变化规律，摸索土体性质对地面和高架的沉降影响规律，以便正确设定穿越高架时的施工参数及采取相应的减少土体沉降、保证高架运营安全的措施。
　　确定的盾构施工参数为：泥水压力控制在0.26～0.28MPa；推进速度在25px/min左右；同步注浆量为建筑空隙的110%～130%，须与推进速度相匹配。
　　其余各施工阶段盾构的施工参数以试验段确定的为基础，泥水压力可进行微调，每次调整的幅度为0.005MPa；盾构需匀速推进，减少对土体的扰动；严格控制同步注浆浆液质量和注浆量，对每环同步注浆浆液进行塌落度测试，要求控制在设定范围内（350px±50px）。
4　施工监测
　　为获得施工对高架的影响，进行全过程施工监测，分2个阶段进行，第一阶段为MJS施工，第二阶段为盾构穿越桩基施工。监测重点为立柱的水平、倾斜监测和地表土体位移监测，主要监测内容为：周边地下管线（电力、信息、上水、雨水）沉降监测、3号线及逸仙路高架墩柱竖向、水平位移监测。其中，电力管布设18个监测点，编号为D1～D18；信息管布设9个监测点，编号为H1～H9；雨水管布设8个监测点，编号为Y1～Y8；上水管布设9个监测点，编号为S1～S9；高架立柱布设34个监测点，编号为LZ54～LZ77，逸仙路高架立柱主要监测点为LZ56～LZ63，3号线立柱主要监测点为LZ68～LZ75，如图5所示。


　　以监测点LZ60～LZ63为例，立柱竖向位移（沉降量）曲线如图6所示。


　　从图6中可以看出：在南线隧道盾构穿越高架施工过程及盾构进洞后，4个监测点的监测数据显示立柱的竖向位移表现为隆起，最大隆起值为9.26mm，盾构进洞后基本趋于稳定状态，隆起值为5～8mm。
5　结语
　　长江西路隧道工程南线盾构于2012年4月23日顺利穿越逸仙路高架和3号线高架施工。工程通过数值模拟计算，结合现场实际情况，综合考虑交通组织、管线搬迁等因素，采用了在MJS隔离桩保护高架桩基的前提下合理控制盾构掘进施工参数的施工方案，制定了全过程施工监测计划，使南线盾构成功穿越高架，且隧道轴线、3号线和逸仙路高架竖向累计位移均控制在设计要求及标准范围内。