富水砂層盾構(gòu)側(cè)穿橋梁樁基的影響與控制策略研究

富水砂層盾構(gòu)側(cè)穿橋梁樁基的影響與控制策略研究一、引言1.1研究背景與意義1.1.1研究背景隨著城市化進程的不斷加速，城市人口數(shù)量持續(xù)增長，交通擁堵問題日益嚴重。城市軌道交通作為一種高效、便捷、環(huán)保的交通方式，在各大城市中得到了廣泛的建設與發(fā)展。據(jù)中國城市軌道交通協(xié)會統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，截至2023年，中國內(nèi)地已有50多個城市開通城市軌道交通，運營線路總長度超過10000公里。在城市軌道交通建設中，盾構(gòu)法施工因其具有施工速度快、對周邊環(huán)境影響小、施工安全可靠等優(yōu)點，被廣泛應用于隧道建設。在盾構(gòu)施工過程中，由于城市地下空間有限，盾構(gòu)隧道不可避免地會側(cè)穿各類既有建筑物，其中橋梁樁基是較為常見且重要的一種。橋梁作為城市交通網(wǎng)絡的重要組成部分，其安全穩(wěn)定對于保障城市交通的正常運行至關(guān)重要。當盾構(gòu)隧道在富水砂層中側(cè)穿橋梁樁基時，會引發(fā)一系列復雜的工程問題。富水砂層具有顆粒松散、透水性強、自穩(wěn)性差等特點，盾構(gòu)施工過程中極易引起地層變形，導致橋梁樁基產(chǎn)生位移、沉降和內(nèi)力變化。若這些變化超出橋梁樁基的承受能力，將嚴重威脅橋梁的結(jié)構(gòu)安全，甚至可能引發(fā)橋梁坍塌等重大事故。例如，在某城市地鐵建設中，盾構(gòu)隧道在富水砂層中側(cè)穿一座既有橋梁樁基。施工過程中，由于對地層變形控制不當，導致橋梁樁基出現(xiàn)了較大的沉降和傾斜，橋梁上部結(jié)構(gòu)也出現(xiàn)了裂縫，嚴重影響了橋梁的正常使用和安全。該事故不僅造成了巨大的經(jīng)濟損失，還引起了社會的廣泛關(guān)注。此外，類似的工程事故在國內(nèi)外其他城市的軌道交通建設中也時有發(fā)生。這些事故表明，富水砂層盾構(gòu)側(cè)穿橋梁樁基的工程問題已成為城市軌道交通建設中亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)難題之一。1.1.2研究意義本研究針對富水砂層盾構(gòu)側(cè)穿橋梁樁基的影響進行深入分析，并提出有效的控制措施，具有重要的理論意義和實際工程價值。在保障橋梁安全方面，橋梁作為城市交通的關(guān)鍵樞紐，其安全運行直接關(guān)系到城市的正常運轉(zhuǎn)和人民的生命財產(chǎn)安全。通過研究富水砂層盾構(gòu)側(cè)穿橋梁樁基的影響及控制措施，能夠準確掌握盾構(gòu)施工對橋梁樁基的作用機制和影響規(guī)律，提前預測樁基的變形和內(nèi)力變化情況，從而采取針對性的措施來保障橋梁在施工過程中的安全穩(wěn)定。這有助于避免因盾構(gòu)施工導致橋梁出現(xiàn)病害甚至垮塌等嚴重事故，為城市交通的安全暢通提供有力保障。從降低施工風險角度來看，富水砂層盾構(gòu)側(cè)穿橋梁樁基的施工過程充滿了不確定性和風險。若對施工過程中的風險認識不足或控制不當，可能會引發(fā)工程事故，導致工期延誤、成本增加以及人員傷亡等嚴重后果。本研究通過對施工過程中的風險因素進行系統(tǒng)分析，提出科學合理的風險控制措施，能夠有效降低施工風險，確保盾構(gòu)施工的順利進行。這不僅可以減少工程事故帶來的經(jīng)濟損失，還能提高施工企業(yè)的經(jīng)濟效益和社會效益。在推動技術(shù)進步層面，目前針對富水砂層盾構(gòu)側(cè)穿橋梁樁基的研究還存在一些不足之處，如理論模型不夠完善、施工控制技術(shù)不夠成熟等。本研究通過深入開展相關(guān)研究，有望進一步完善盾構(gòu)施工對橋梁樁基影響的理論體系，提出更加有效的施工控制技術(shù)和方法。這將為今后類似工程的設計、施工和監(jiān)測提供有益的參考和借鑒，推動城市軌道交通建設技術(shù)的不斷發(fā)展和進步。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1盾構(gòu)施工對橋梁樁基影響的研究盾構(gòu)施工對橋梁樁基影響的研究在國內(nèi)外都受到了廣泛關(guān)注，眾多學者和工程技術(shù)人員通過理論分析、數(shù)值模擬和現(xiàn)場監(jiān)測等方法展開了深入研究。在理論分析方面，一些學者基于彈性力學、土力學等理論，建立了盾構(gòu)施工對橋梁樁基影響的理論模型。Chen等運用理論解析方法對隧道鄰近樁基施工過程進行了理論研究，分別考慮了樁頂固定和樁頂自由兩種情況，計算了不同距離條件下隧道開挖造成土體和樁基位移。但由于實際工程中地質(zhì)條件、施工工藝等因素的復雜性，理論模型往往難以完全準確地反映實際情況，存在一定的局限性。數(shù)值模擬是研究盾構(gòu)施工對橋梁樁基影響的重要手段之一。隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，有限元軟件（如ANSYS、MIDAS-GTS等）和有限差分軟件（如FLAC3D）在該領域得到了廣泛應用。王宏宇以西安地鐵16號線盾構(gòu)隧道側(cè)穿城市橋梁樁基工程為背景，采用MIDAS-GTS數(shù)值軟件，對盾構(gòu)隧道側(cè)穿臨近樁基的沉降和水平變形進行計算模擬分析，探討了施工全過程中的樁基變形影響規(guī)律。周鑫等以杭州地鐵3號線工大站—留和站盾構(gòu)區(qū)間雙線施工為依托，運用三維有限元軟件模擬盾構(gòu)開挖施工的全過程，研究開挖過程對地層沉降及鄰近橋梁樁基影響規(guī)律，發(fā)現(xiàn)雙線隧道先后開挖使樁基產(chǎn)生附加摩阻力和附加軸力，單線開挖時樁基彎矩變化明顯，雙線開挖彎矩出現(xiàn)反向疊加效果。數(shù)值模擬能夠較為直觀地展示盾構(gòu)施工過程中樁基的位移、內(nèi)力變化情況，為工程設計和施工提供了重要參考。然而，數(shù)值模擬結(jié)果的準確性依賴于模型的合理性、參數(shù)的選取以及邊界條件的設定等因素，若這些因素處理不當，可能導致模擬結(jié)果與實際情況存在偏差。現(xiàn)場監(jiān)測是驗證理論分析和數(shù)值模擬結(jié)果的重要依據(jù)，也能為工程施工提供實時數(shù)據(jù)支持。在實際工程中，通常會在盾構(gòu)施工前、施工過程中和施工后對橋梁樁基的位移、沉降、內(nèi)力等參數(shù)進行監(jiān)測。畢景佩等以下穿小月河橋的北京地鐵27號線盾構(gòu)區(qū)間隧道工程為背景，通過現(xiàn)場監(jiān)測研究了大斷面盾構(gòu)區(qū)間下穿小月河橋施工過程中橋面、蓋梁及橋樁位移變化規(guī)律特征?，F(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)能夠真實反映盾構(gòu)施工對橋梁樁基的實際影響，但監(jiān)測工作受到監(jiān)測點布置、監(jiān)測儀器精度、監(jiān)測頻率等因素的限制，且監(jiān)測結(jié)果具有一定的局限性，難以全面反映整個施工過程和復雜地質(zhì)條件下的影響情況。1.2.2富水砂層施工技術(shù)的研究富水砂層由于其特殊的工程性質(zhì)，給盾構(gòu)施工帶來了諸多挑戰(zhàn)，因此針對富水砂層施工技術(shù)的研究也成為了熱點。在富水砂層盾構(gòu)施工中，土體改良是關(guān)鍵技術(shù)之一。通過向土體中添加改良劑，如泡沫、膨潤土等，改善土體的和易性、流動性和止水性，以保證盾構(gòu)開挖面的穩(wěn)定。賈崇崴在鄭州地鐵8號線圃田西站～圃田站區(qū)間側(cè)穿京港澳高速主橋施工中，針對富水砂層的特點，采用了合理的土體改良措施，有效減少了土層變形對樁基穩(wěn)定性的影響。然而，不同的改良劑在不同的地質(zhì)條件下效果可能存在差異，如何選擇合適的改良劑以及確定最佳的改良參數(shù)，仍需要進一步研究。同步注漿技術(shù)也是富水砂層盾構(gòu)施工中的重要環(huán)節(jié)。同步注漿可以及時填充盾尾空隙，減少地層沉降，提高隧道的穩(wěn)定性。一些研究針對富水砂層中同步注漿的材料、配比、注漿壓力和注漿量等參數(shù)進行了優(yōu)化。但在實際施工中，由于富水砂層的透水性強，漿液容易流失，導致注漿效果不佳，如何保證同步注漿的質(zhì)量和效果，仍是需要解決的問題。此外，富水砂層中盾構(gòu)施工還面臨著噴涌、管片上浮等問題。為了防止噴涌現(xiàn)象的發(fā)生，需要合理控制盾構(gòu)掘進參數(shù)，如土倉壓力、推進速度等，并采取有效的排水措施。對于管片上浮問題，需要通過優(yōu)化管片設計、加強管片拼裝質(zhì)量控制以及采取有效的抗浮措施來解決。目前，針對這些問題雖然已經(jīng)提出了一些解決方法，但在實際應用中仍存在一些不足之處，需要進一步完善和改進。1.2.3研究現(xiàn)狀總結(jié)與展望綜上所述，國內(nèi)外在盾構(gòu)施工對橋梁樁基影響以及富水砂層施工技術(shù)方面已經(jīng)取得了一定的研究成果。然而，目前的研究仍存在一些不足之處。一方面，盾構(gòu)施工對橋梁樁基影響的研究中，理論模型的準確性有待提高，數(shù)值模擬和現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果的對比分析還不夠深入，不同研究成果之間的通用性和可比性較差。另一方面，富水砂層施工技術(shù)的研究雖然針對土體改良、同步注漿等關(guān)鍵技術(shù)取得了一定進展，但在實際工程應用中，仍存在一些技術(shù)難題尚未完全解決，如復雜地質(zhì)條件下的施工技術(shù)優(yōu)化、施工過程中的風險控制等。未來的研究可以從以下幾個方面展開：一是進一步完善盾構(gòu)施工對橋梁樁基影響的理論模型，結(jié)合實際工程案例，深入研究不同地質(zhì)條件、施工工藝下樁基的受力和變形規(guī)律，提高理論模型的準確性和通用性；二是加強數(shù)值模擬和現(xiàn)場監(jiān)測的結(jié)合，通過現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)對數(shù)值模擬模型進行驗證和修正，提高數(shù)值模擬結(jié)果的可靠性；三是針對富水砂層施工技術(shù)的難點問題，開展深入研究，開發(fā)更加有效的土體改良劑和施工工藝，加強施工過程中的風險監(jiān)測和控制，確保盾構(gòu)施工的安全和順利進行；四是綜合考慮盾構(gòu)施工對橋梁樁基的影響以及富水砂層的特殊地質(zhì)條件，建立更加完善的施工控制體系，為類似工程提供更加科學、合理的技術(shù)支持。1.3研究內(nèi)容與方法1.3.1研究內(nèi)容本文將圍繞富水砂層盾構(gòu)側(cè)穿橋梁樁基的影響及控制展開深入研究，具體內(nèi)容包括以下幾個方面：盾構(gòu)施工對橋梁樁基的影響分析：通過理論分析，深入研究盾構(gòu)施工過程中，富水砂層的力學特性變化對橋梁樁基的作用機制。結(jié)合彈性力學、土力學等相關(guān)理論，建立考慮富水砂層特性的盾構(gòu)施工對橋梁樁基影響的力學模型，分析樁基在盾構(gòu)施工擾動下的受力狀態(tài)和變形規(guī)律。利用數(shù)值模擬手段，運用專業(yè)的有限元軟件（如ANSYS、MIDAS-GTS等）或有限差分軟件（如FLAC3D），建立詳細的盾構(gòu)隧道側(cè)穿橋梁樁基的三維數(shù)值模型。模擬不同施工參數(shù)（如盾構(gòu)掘進速度、土倉壓力、注漿壓力等）和地質(zhì)條件（如砂層的密實度、含水量、滲透系數(shù)等）下，盾構(gòu)施工對橋梁樁基位移、沉降和內(nèi)力的影響，分析各因素對樁基影響的敏感性。盾構(gòu)施工對橋梁樁基影響的控制措施研究：針對富水砂層的特點，研究有效的土體改良措施。通過室內(nèi)試驗和現(xiàn)場試驗，分析不同改良劑（如泡沫、膨潤土、高分子聚合物等）對富水砂層土體和易性、流動性、止水性的改良效果，確定適合本工程的土體改良方案和最佳改良參數(shù)。研究同步注漿和二次注漿技術(shù)在富水砂層盾構(gòu)側(cè)穿橋梁樁基施工中的應用。分析注漿材料的性能、注漿壓力、注漿量和注漿時間等因素對注漿效果的影響，優(yōu)化注漿參數(shù)，確保注漿能夠及時填充盾尾空隙，有效控制地層沉降，減少對橋梁樁基的影響。結(jié)合數(shù)值模擬和工程經(jīng)驗，制定合理的盾構(gòu)施工參數(shù)控制方案。明確盾構(gòu)掘進速度、土倉壓力、推進力等施工參數(shù)的合理取值范圍，通過實時監(jiān)測和反饋調(diào)整，保證盾構(gòu)施工過程的穩(wěn)定性，降低對橋梁樁基的擾動。工程案例分析：選取實際的富水砂層盾構(gòu)側(cè)穿橋梁樁基工程案例，對該工程的地質(zhì)條件、盾構(gòu)施工方案、橋梁樁基的保護措施等進行詳細介紹。在工程案例中，對盾構(gòu)施工過程中的橋梁樁基位移、沉降和內(nèi)力進行實時監(jiān)測，獲取實際的監(jiān)測數(shù)據(jù)。將監(jiān)測數(shù)據(jù)與數(shù)值模擬結(jié)果和理論分析結(jié)果進行對比分析，驗證數(shù)值模擬模型和理論分析方法的準確性，同時總結(jié)工程實踐中的經(jīng)驗教訓，為類似工程提供參考。1.3.2研究方法本研究將綜合運用多種研究方法，從不同角度深入探究富水砂層盾構(gòu)側(cè)穿橋梁樁基的影響及控制措施，具體研究方法如下：數(shù)值模擬法：利用專業(yè)的數(shù)值模擬軟件（如ANSYS、MIDAS-GTS、FLAC3D等），建立盾構(gòu)隧道側(cè)穿橋梁樁基的三維數(shù)值模型。在模型中，詳細考慮富水砂層的地質(zhì)特性、盾構(gòu)施工過程以及橋梁樁基的結(jié)構(gòu)特征。通過模擬不同的施工工況和參數(shù)變化，分析盾構(gòu)施工對橋梁樁基的位移、沉降和內(nèi)力的影響規(guī)律。數(shù)值模擬能夠直觀地展示盾構(gòu)施工過程中橋梁樁基的力學響應，為研究提供定量的數(shù)據(jù)支持，有助于深入理解盾構(gòu)施工與橋梁樁基之間的相互作用機制?，F(xiàn)場監(jiān)測法：在實際工程中，對盾構(gòu)施工過程中的橋梁樁基進行全方位的現(xiàn)場監(jiān)測。監(jiān)測內(nèi)容包括樁基的豎向位移、水平位移、傾斜度以及內(nèi)力變化等。通過在橋梁樁基上布置高精度的監(jiān)測儀器（如水準儀、全站儀、應變計等），實時獲取監(jiān)測數(shù)據(jù)?，F(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)能夠真實反映盾構(gòu)施工對橋梁樁基的實際影響，為驗證數(shù)值模擬結(jié)果和理論分析方法的準確性提供依據(jù)，同時也能為施工過程中的風險控制和決策提供實時的數(shù)據(jù)支持。理論分析法：基于彈性力學、土力學、結(jié)構(gòu)力學等相關(guān)理論，建立盾構(gòu)施工對橋梁樁基影響的理論分析模型。通過理論推導和計算，分析盾構(gòu)施工過程中富水砂層的力學特性變化對橋梁樁基的作用機制，以及樁基在盾構(gòu)施工擾動下的受力狀態(tài)和變形規(guī)律。理論分析能夠從本質(zhì)上揭示盾構(gòu)施工與橋梁樁基之間的力學關(guān)系，為數(shù)值模擬和現(xiàn)場監(jiān)測提供理論基礎，同時也有助于提出科學合理的控制措施和設計建議。文獻研究法：廣泛查閱國內(nèi)外相關(guān)的學術(shù)文獻、工程報告和技術(shù)標準，了解盾構(gòu)施工對橋梁樁基影響以及富水砂層施工技術(shù)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。對已有的研究成果進行系統(tǒng)梳理和分析，總結(jié)前人的研究經(jīng)驗和不足之處，為本研究提供理論支持和技術(shù)參考，避免重復研究，同時也能夠在已有研究的基礎上進行創(chuàng)新和拓展。二、富水砂層盾構(gòu)施工與橋梁樁基工程特性2.1富水砂層工程特性2.1.1富水砂層的地質(zhì)特點富水砂層是指含有豐富地下水的砂質(zhì)土層，其顆粒組成主要以砂粒為主，根據(jù)砂粒粒徑大小，可分為礫砂、粗砂、中砂、細砂等類型。這些砂粒之間的孔隙較大，使得富水砂層具有較強的滲透性。相關(guān)研究表明，富水砂層的滲透系數(shù)通常在10?2-10??cm/s之間，遠大于一般黏性土的滲透系數(shù)。較大的孔隙和較強的滲透性導致富水砂層中地下水含量較高，土層處于飽和狀態(tài)。在富水砂層中，砂粒之間的聯(lián)結(jié)力較弱，主要依靠顆粒之間的摩擦力來維持土體的穩(wěn)定性。其顆粒級配決定了砂層的密實程度和力學性質(zhì)。當砂層的顆粒級配良好時，砂粒能夠相互填充，形成較為緊密的結(jié)構(gòu)，使得砂層具有較高的密實度和承載能力；而當顆粒級配不良時，砂粒之間的空隙較大，砂層的密實度和承載能力相對較低。此外，富水砂層的壓縮性也不容忽視，在受到外力作用時，砂層容易發(fā)生壓縮變形，導致地層沉降。2.1.2富水砂層對盾構(gòu)施工的影響富水砂層的特殊地質(zhì)條件給盾構(gòu)施工帶來了諸多挑戰(zhàn)，易引發(fā)一系列工程問題，嚴重威脅盾構(gòu)施工的安全與質(zhì)量。噴涌問題是富水砂層盾構(gòu)施工中常見的難題之一。由于富水砂層含水量豐富、滲透性好，且受擾動后易液化，在盾構(gòu)掘進過程中，土倉內(nèi)的壓力一旦失衡，就容易導致大量的泥砂和地下水從螺旋輸送機或盾尾噴出。噴涌現(xiàn)象不僅會影響盾構(gòu)的正常掘進，延長施工時間，增加施工成本，還可能引起地層沉降，導致地面建筑物開裂、損壞。例如，在某城市地鐵施工中，盾構(gòu)在富水砂層掘進時發(fā)生噴涌，大量泥砂噴出，導致地面出現(xiàn)塌陷，周邊建筑物出現(xiàn)裂縫，不得不暫停施工進行處理，造成了嚴重的經(jīng)濟損失和社會影響。坍塌問題也是富水砂層盾構(gòu)施工面臨的重大風險。砂層的穩(wěn)定性差，在盾構(gòu)開挖過程中，土體受到擾動后，原有結(jié)構(gòu)被破壞，自穩(wěn)能力降低，容易發(fā)生坍塌。尤其是當盾構(gòu)機穿越砂層與其他地層的交界面時，由于地層性質(zhì)的差異，更容易引發(fā)坍塌事故。坍塌不僅會導致隧道頂部土體掉落，影響施工安全，還可能造成地面塌陷，對周邊環(huán)境和地下管線造成嚴重破壞。沉降問題同樣不容忽視。在富水砂層盾構(gòu)施工中，盾構(gòu)掘進會對周圍土體產(chǎn)生擾動，導致土體的應力狀態(tài)發(fā)生變化，進而引起地層沉降。一方面，砂層自身自穩(wěn)性差，從刀盤開挖到注漿填充的過程中，不可避免地會產(chǎn)生砂層沉降；另一方面，掘進過程中砂層失水以及對砂層的擾動，都會導致砂層產(chǎn)生沉降。若沉降控制不當，可能會使地面建筑物、道路等出現(xiàn)不均勻沉降，影響其正常使用，甚至引發(fā)安全事故。2.2盾構(gòu)施工原理與技術(shù)要點2.2.1盾構(gòu)機的工作原理盾構(gòu)機是盾構(gòu)法施工的核心設備，其工作原理是通過一個圓柱形的鋼組件，即護盾，沿著隧洞軸線邊向前推進邊對土壤進行挖掘。護盾對挖掘出的還未襯砌的隧洞段起著臨時支撐的作用，承受周圍土層的壓力，有時還承受地下水壓以及將地下水擋在外面，為挖掘、排土、襯砌等作業(yè)提供安全的作業(yè)空間。在掘進過程中，盾構(gòu)機前端的刀盤在動力驅(qū)動下高速旋轉(zhuǎn)，切削前方的土體。刀盤上安裝有各種類型的刀具，如切刀、刮刀、滾刀等，以適應不同地層的切削需求。對于富水砂層，一般采用切刀和刮刀為主，利用其鋒利的刃口將砂粒從土體中剝離。切削下來的土體進入刀盤后面的土艙，土艙內(nèi)的土體通過螺旋輸送機被輸送至地面進行處理。在土壓平衡盾構(gòu)機中，通過控制螺旋輸送機的轉(zhuǎn)速和出土量，使土艙內(nèi)的土壓力與開挖面的地層土壓力保持平衡，從而保證開挖面的穩(wěn)定。例如，在某城市地鐵富水砂層盾構(gòu)施工中，通過實時監(jiān)測土艙壓力和地層土壓力，及時調(diào)整螺旋輸送機的轉(zhuǎn)速，確保了開挖面的穩(wěn)定，避免了因土壓力失衡導致的涌水、涌砂等問題。盾構(gòu)機的推進動力由千斤頂提供，千斤頂?shù)囊欢隧斣谝寻惭b好的管片上，另一端推動盾構(gòu)機向前移動。當盾構(gòu)機向前推進一段距離（一般為一塊管片的寬度）后，停止推進，進行管片拼裝作業(yè)。管片是隧道的永久襯砌結(jié)構(gòu)，通常由鋼筋混凝土制成，具有一定的強度和防水性能。管片拼裝在盾尾的保護下進行，通過管片拼裝機將預制好的管片按照設計要求拼裝成環(huán)形，形成隧道的支護結(jié)構(gòu)。管片之間通過螺栓連接，確保襯砌的整體性和穩(wěn)定性。隨著盾構(gòu)機的不斷推進和管片的依次拼裝，隧道逐漸向前延伸。2.2.2盾構(gòu)施工的關(guān)鍵技術(shù)土壓平衡控制是盾構(gòu)施工中的關(guān)鍵技術(shù)之一，其目的是使盾構(gòu)機土艙內(nèi)的土壓力與開挖面的地層土壓力保持平衡，防止開挖面坍塌或隆起，確保施工安全和地層穩(wěn)定。在富水砂層中，由于砂層的滲透性強，地下水壓力對土壓力平衡影響較大，因此土壓平衡控制尤為重要。要實現(xiàn)土壓平衡控制，需要準確設定土倉壓力。土倉壓力的設定應根據(jù)地質(zhì)勘察資料，結(jié)合盾構(gòu)機的埋深、地層土性、地下水水位等因素進行計算確定。在施工過程中，通過土壓力傳感器實時監(jiān)測土倉壓力，并根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)及時調(diào)整盾構(gòu)機的推進速度、螺旋輸送機的轉(zhuǎn)速等參數(shù)，以維持土倉壓力的穩(wěn)定。當土倉壓力過高時，可適當加快螺旋輸送機的轉(zhuǎn)速，增加出土量；當土倉壓力過低時，則應降低螺旋輸送機的轉(zhuǎn)速，減少出土量，同時適當提高盾構(gòu)機的推進速度。同步注漿是在盾構(gòu)推進的同時，通過盾尾的注漿管向管片與地層之間的空隙注入漿液，以填充空隙，減少地層沉降，并提高隧道的穩(wěn)定性。在富水砂層盾構(gòu)施工中，同步注漿不僅能夠有效控制地層沉降，還能防止地下水滲入隧道，保證施工安全。同步注漿材料的選擇至關(guān)重要，一般應選用具有良好的流動性、填充性、早強性和耐久性的材料。常用的注漿材料有水泥砂漿、膨潤土泥漿、雙液漿等。在富水砂層中，考慮到砂層的滲透性強，漿液容易流失，通常選用水泥砂漿作為注漿材料，并通過添加外加劑來改善其性能。注漿壓力和注漿量是同步注漿的關(guān)鍵參數(shù)。注漿壓力應根據(jù)地層條件、隧道埋深、管片強度等因素合理確定，一般應略大于地層土壓力，以確保漿液能夠充分填充空隙，但又不能過大，以免造成管片變形或地面隆起。注漿量應根據(jù)管片與地層之間的空隙大小、漿液的收縮率等因素進行計算確定，并在施工過程中根據(jù)實際情況進行調(diào)整。在某富水砂層盾構(gòu)施工項目中，通過現(xiàn)場試驗確定了合理的注漿壓力和注漿量，有效控制了地層沉降，保證了施工的順利進行。盾構(gòu)姿態(tài)調(diào)整是確保盾構(gòu)機按照設計軸線掘進，保證隧道施工質(zhì)量的重要技術(shù)措施。在富水砂層中，由于砂層的承載能力較低，盾構(gòu)機在掘進過程中容易出現(xiàn)偏移、下沉等姿態(tài)變化，因此需要及時進行盾構(gòu)姿態(tài)調(diào)整。盾構(gòu)機配備了自動導向系統(tǒng)，通過測量儀器實時監(jiān)測盾構(gòu)機的位置、姿態(tài)等參數(shù)，并將數(shù)據(jù)傳輸至控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)測量數(shù)據(jù)與設計軸線進行對比分析，計算出盾構(gòu)機的偏差量和糾偏量，然后通過調(diào)整盾構(gòu)機的推進油缸、鉸接油缸等設備，實現(xiàn)盾構(gòu)姿態(tài)的調(diào)整。在進行盾構(gòu)姿態(tài)調(diào)整時，應遵循“勤測、勤糾、小糾”的原則，避免大幅度糾偏，以免對地層造成過大的擾動。例如，當盾構(gòu)機出現(xiàn)向左偏移時，可適當增加右側(cè)推進油缸的推力，減小左側(cè)推進油缸的推力，使盾構(gòu)機逐漸向右調(diào)整，回到設計軸線位置。2.3橋梁樁基結(jié)構(gòu)與承載特性2.3.1橋梁樁基的類型與結(jié)構(gòu)在橋梁工程中，樁基作為重要的基礎形式，其類型豐富多樣，每種類型都有獨特的結(jié)構(gòu)特點和適用場景。鉆孔灌注樁是目前應用廣泛的一種樁基類型。它通過在地基中鉆孔，然后將鋼筋籠放入孔內(nèi)，再灌注混凝土形成樁體。鉆孔灌注樁的直徑可根據(jù)工程需求在較大范圍內(nèi)調(diào)整，一般常用直徑在0.8-2.5米之間。其長度也能根據(jù)地質(zhì)條件和承載要求靈活確定，在一些大型橋梁工程中，樁長可達數(shù)十米甚至上百米。這種樁基適用于各類土層，包括碎石類土層和巖石層。在穿越復雜地層時，如遇到軟硬不均的地層，鉆孔灌注樁能夠憑借自身的適應性，通過調(diào)整鉆進工藝和混凝土灌注參數(shù)，確保樁體的質(zhì)量和承載能力。在某大型跨江橋梁建設中，橋址處地質(zhì)條件復雜，上部為深厚的軟土層，下部為堅硬的巖石層，采用鉆孔灌注樁成功穿越了不同地層，為橋梁提供了穩(wěn)定的支撐。預制樁也是常見的橋梁樁基類型，包括預制混凝土樁和鋼樁。預制混凝土樁一般在工廠或施工現(xiàn)場預制，然后通過錘擊、靜壓或振動等方式沉入地基。其形狀多為方形或圓形，邊長或直徑通常在0.3-1.2米之間。預制混凝土樁的優(yōu)點是樁身質(zhì)量易于控制，強度較高，能夠承受較大的荷載。在一些對工期要求較高的工程中，預制樁可以提前預制，現(xiàn)場施工時快速沉入地基，大大縮短了施工周期。鋼樁則主要包括鋼管樁和H形鋼樁，其強度高，在土中穿透能力強。鋼管樁的直徑一般在0.4-1.0米左右，壁厚根據(jù)工程需要確定。鋼樁適用于復雜的地質(zhì)條件，如在深厚的砂層或含有障礙物的地層中，鋼樁能夠憑借其高強度和良好的穿透性，順利到達設計深度。在沿海地區(qū)的橋梁建設中，由于地質(zhì)條件復雜，地下水位高，砂層深厚，常采用鋼管樁作為基礎，取得了良好的工程效果。此外，還有一些特殊類型的樁基，如管柱基礎和沉井基礎。管柱基礎一般直徑較大，最下端一節(jié)制成開口狀，在施工時靠專門設備強迫振動或扭動，并輔以管內(nèi)排土而下沉。若落于基巖，還可通過鑿巖使錨固于巖盤。管柱基礎適用于較復雜的水文地質(zhì)條件，尤其是在大跨度橋梁或?qū)A穩(wěn)定性要求較高的工程中應用較多。沉井基礎則是一種剛性大、穩(wěn)定性好的深基礎類型，它通過在地面制作井筒，然后在井筒內(nèi)挖土，使其依靠自重下沉至設計深度。沉井基礎適用于對基礎承載力要求較高，對基礎變位敏感的橋梁，如大跨度懸索橋、拱橋等。2.3.2橋梁樁基的承載機理橋梁樁基的承載機理主要是通過樁側(cè)摩阻力和樁端阻力將橋梁荷載傳遞至地基。當橋梁上部結(jié)構(gòu)傳來荷載時，樁身首先產(chǎn)生向下的位移，樁身與周圍土體之間產(chǎn)生相對位移，從而使土體對樁身產(chǎn)生向上的摩阻力，即樁側(cè)摩阻力。樁側(cè)摩阻力的大小與樁身與土體的接觸面積、土體的性質(zhì)、樁土之間的相對位移等因素有關(guān)。一般來說，樁身與土體的接觸面積越大，樁側(cè)摩阻力越大；土體的強度越高，樁側(cè)摩阻力也越大。在黏性土地層中，樁側(cè)摩阻力主要由土的黏聚力和摩擦力提供；而在砂性土地層中，樁側(cè)摩阻力主要取決于土的摩擦力。同時，樁端也會承受一部分荷載，形成樁端阻力。樁端阻力是由于樁端土體在樁的壓力作用下產(chǎn)生壓縮變形，從而對樁端產(chǎn)生的反作用力。樁端阻力的大小與樁端土體的性質(zhì)、樁端的形狀和尺寸等因素有關(guān)。當樁端置于堅硬的巖石層或密實的砂土層中時，樁端阻力較大，能夠承擔較大的荷載；而當樁端位于軟弱土層中時，樁端阻力相對較小。在設計橋梁樁基時，需要根據(jù)地質(zhì)勘察資料，準確評估樁端土體的承載能力，合理確定樁端的入土深度和樁型。影響樁基承載力的因素眾多。地質(zhì)條件是關(guān)鍵因素之一，不同的地層性質(zhì)對樁基承載力有顯著影響。在軟土地層中，由于土體的強度較低，樁基的承載力主要依靠樁側(cè)摩阻力，且樁側(cè)摩阻力的發(fā)揮也受到土體壓縮性的影響，容易導致樁基沉降較大。而在硬土地層或巖石地層中，樁端阻力能夠得到較好的發(fā)揮，樁基承載力相對較高。樁的尺寸和形狀也會影響其承載力。樁徑越大，樁身與土體的接觸面積越大，樁側(cè)摩阻力和樁端阻力也相應增大；樁長增加，樁側(cè)摩阻力的發(fā)揮范圍增大，能夠提高樁基的承載能力。此外，樁的形狀，如圓形樁、方形樁或異形樁，對樁側(cè)摩阻力和樁端阻力的分布也有一定影響。施工工藝對樁基承載力也不容忽視。在鉆孔灌注樁施工中，如果泥漿護壁效果不佳，可能導致孔壁坍塌，影響樁身質(zhì)量和承載力；在預制樁施工中，錘擊或靜壓的施工參數(shù)不當，可能使樁身產(chǎn)生裂縫或損壞，降低樁基的承載能力。三、富水砂層盾構(gòu)側(cè)穿橋梁樁基影響分析3.1盾構(gòu)施工引起的地層變形規(guī)律3.1.1土體位移變化機理在盾構(gòu)施工過程中，土體位移變化是一個復雜的動態(tài)過程，可分為多個階段，每個階段都有其獨特的形成原因與影響因素。在盾構(gòu)機尚未到達之前，由于前期地質(zhì)勘察、施工準備等活動對土體產(chǎn)生了一定的擾動，同時，地下水位的變化、土體自身的固結(jié)等因素，會導致土體產(chǎn)生初期沉降。在某富水砂層盾構(gòu)施工項目中，前期地質(zhì)勘察鉆孔導致部分砂層的原有結(jié)構(gòu)被破壞，加上地下水位的季節(jié)性波動，使得該區(qū)域土體在盾構(gòu)機掘進前就出現(xiàn)了一定程度的沉降，最大沉降量達到了5mm。當盾構(gòu)機掘進時，刀盤切削土體，破壞了土體原有的應力平衡狀態(tài)。開挖面處的土體由于失去側(cè)向支撐，在自重和周圍土體壓力的作用下，會向盾構(gòu)機掘進方向移動，從而產(chǎn)生掘進面沉降。在富水砂層中，由于砂層的自穩(wěn)性差，這種沉降現(xiàn)象更為明顯。若盾構(gòu)機掘進速度過快，開挖面處的土體來不及重新調(diào)整應力狀態(tài)，就會導致掘進面沉降加劇。相關(guān)研究表明，當盾構(gòu)機掘進速度從30mm/min提高到50mm/min時，掘進面沉降量會增加20%-30%。盾構(gòu)機通過后，盾尾與管片之間會形成盾尾空隙。在富水砂層中，由于砂層的流動性和地下水的作用，盾尾空隙周圍的土體無法及時得到有效支撐，會迅速向空隙內(nèi)移動，導致盾尾沉降和盾尾空隙沉降。如果同步注漿不及時或注漿量不足，無法充分填充盾尾空隙，土體的沉降量會進一步增大。在某工程中，由于同步注漿設備故障，注漿量減少了30%，導致盾尾空隙周圍土體沉降量比正常情況增加了50%，對周邊環(huán)境造成了較大影響。隨著時間的推移，土體在自身的蠕變特性以及外部荷載的長期作用下，會產(chǎn)生長期延續(xù)沉降。在富水砂層中，砂層的顆粒重新排列、地下水的滲流等因素，都會導致長期延續(xù)沉降的發(fā)生。這種沉降雖然速率較慢，但持續(xù)時間長，對橋梁樁基等長期穩(wěn)定性要求較高的結(jié)構(gòu)物影響較大。長期延續(xù)沉降可能會使橋梁樁基產(chǎn)生不均勻沉降，導致橋梁上部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫、傾斜等病害。3.1.2土體水平位移及豎向位移隧道埋深對土體水平位移和豎向位移有著顯著影響。當隧道埋深較淺時，盾構(gòu)施工對土體的擾動更容易傳遞到地面，導致土體水平位移和豎向位移增大。這是因為淺埋隧道的上覆土層較薄，土體的約束較小，盾構(gòu)施工引起的應力變化更容易引起土體的變形。隨著隧道埋深的增加，上覆土層的厚度增大，土體受到的約束增強，盾構(gòu)施工對土體的擾動在傳播過程中逐漸被削弱，土體水平位移和豎向位移會相應減小。盾構(gòu)掘進參數(shù)如掘進速度、土倉壓力等對土體位移也有重要影響。掘進速度過快，會使土體來不及適應盾構(gòu)機的掘進，導致土體位移增大。在富水砂層中，過快的掘進速度還可能引發(fā)噴涌等問題，進一步加劇土體位移。土倉壓力的設定直接關(guān)系到開挖面的穩(wěn)定性，若土倉壓力過小，開挖面土體容易失穩(wěn)，導致土體位移增大；若土倉壓力過大，會對周圍土體產(chǎn)生過大的擠壓，同樣會引起土體位移增大。在某富水砂層盾構(gòu)施工中，當土倉壓力設定比理論值低0.1MPa時，土體水平位移和豎向位移分別增加了15%和20%。在某城市地鐵盾構(gòu)施工中，通過現(xiàn)場監(jiān)測得到了土體水平位移和豎向位移的變化情況。在隧道埋深為15m的區(qū)域，盾構(gòu)掘進過程中土體水平位移最大值出現(xiàn)在距離隧道中心線約1.5倍隧道直徑的位置，水平位移值達到了20mm；土體豎向位移最大值出現(xiàn)在隧道正上方，沉降量為30mm。而在隧道埋深為25m的區(qū)域，相同掘進參數(shù)下，土體水平位移最大值為12mm，出現(xiàn)在距離隧道中心線約1倍隧道直徑的位置；土體豎向位移最大值為20mm，同樣出現(xiàn)在隧道正上方。這表明隨著隧道埋深的增加，土體水平位移和豎向位移均有所減小。通過對不同掘進速度和土倉壓力下的土體位移監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，發(fā)現(xiàn)當掘進速度從35mm/min提高到45mm/min時，土體水平位移和豎向位移分別增加了10%-15%；當土倉壓力在合理范圍內(nèi)增加0.05MPa時，土體水平位移和豎向位移分別減小了8%-12%。3.2盾構(gòu)施工對橋梁樁基的力學影響3.2.1樁土相互作用在盾構(gòu)施工過程中，由于隧道開挖，周圍土體的應力狀態(tài)發(fā)生顯著變化，這對樁土之間的相互作用力產(chǎn)生了深遠影響。在富水砂層中，盾構(gòu)施工的擾動使得砂層的密實度和強度發(fā)生改變，進而導致樁側(cè)摩阻力和樁端阻力的變化。當盾構(gòu)機掘進靠近橋梁樁基時，樁周土體受到盾構(gòu)施工的擠壓和剪切作用，土體的結(jié)構(gòu)被破壞，顆粒之間的排列方式發(fā)生改變。在富水砂層中，這種影響更為明顯，由于砂層的顆粒松散，受擾動后更容易發(fā)生位移和重新排列。這使得樁周土體與樁身之間的相對位移發(fā)生變化，從而影響樁側(cè)摩阻力的大小和分布。在某富水砂層盾構(gòu)側(cè)穿橋梁樁基工程中，通過現(xiàn)場監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，在盾構(gòu)機掘進過程中，靠近盾構(gòu)一側(cè)的樁側(cè)摩阻力明顯增大，而遠離盾構(gòu)一側(cè)的樁側(cè)摩阻力則有所減小。當盾構(gòu)機距離樁基較近時，靠近盾構(gòu)一側(cè)的樁側(cè)摩阻力增加了約30%，這是因為盾構(gòu)施工的擠壓作用使得樁周土體對樁身的約束增強，摩擦力增大。盾構(gòu)施工還會導致樁端阻力的變化。隧道開挖后，樁端土體的應力狀態(tài)發(fā)生改變，土體的承載能力也隨之變化。在富水砂層中，由于砂層的壓縮性較大，盾構(gòu)施工引起的土體沉降可能會導致樁端土體的松動，從而降低樁端阻力。根據(jù)相關(guān)研究和工程實踐，當盾構(gòu)施工引起的地層沉降達到一定程度時，樁端阻力可能會降低10%-20%。樁端阻力的降低會使樁基的承載能力下降，影響橋梁的穩(wěn)定性。在某工程中，由于盾構(gòu)施工導致樁端土體松動，樁端阻力降低，樁基的承載能力下降了15%，使得橋梁樁基出現(xiàn)了一定的沉降和變形。樁側(cè)摩阻力和樁端阻力的變化對樁基承載力有著重要影響。樁基承載力是由樁側(cè)摩阻力和樁端阻力共同承擔的，當兩者發(fā)生變化時，樁基的承載能力也會相應改變。如果樁側(cè)摩阻力和樁端阻力的減小超過一定限度，樁基可能無法承受橋梁上部結(jié)構(gòu)傳來的荷載，導致樁基沉降過大，甚至發(fā)生破壞。在富水砂層盾構(gòu)側(cè)穿橋梁樁基施工中，需要充分考慮樁土相互作用的變化，采取有效的措施來控制樁側(cè)摩阻力和樁端阻力的變化，以確保樁基的承載力滿足要求。3.2.2負摩擦力的產(chǎn)生與影響在盾構(gòu)施工過程中，尤其是在富水砂層這種特殊地質(zhì)條件下，負摩擦力的產(chǎn)生是一個不可忽視的問題。盾構(gòu)施工對周圍地層產(chǎn)生擾動，導致土體變形，當樁周圍土層的下沉量大于相應深度處樁身的下沉量時，即土層相對樁產(chǎn)生向下的位移，土對樁側(cè)就會產(chǎn)生向下的摩擦力，這種摩擦力被稱為負摩擦力。在富水砂層中，盾構(gòu)施工引起的土體變形更為復雜。一方面，盾構(gòu)掘進過程中刀盤切削土體、盾尾空隙的形成以及同步注漿的效果等因素，都會導致土體的應力釋放和變形。另一方面，富水砂層的透水性強，地下水的滲流也會對土體的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。在某富水砂層盾構(gòu)施工項目中，由于盾構(gòu)掘進速度過快，同步注漿不及時，導致盾尾空隙周圍的土體大量下沉，使得鄰近橋梁樁基的樁周土體產(chǎn)生了較大的沉降。在距離盾構(gòu)施工區(qū)域較近的樁基上，通過應變計監(jiān)測到樁身受到了明顯的負摩擦力作用，負摩擦力的最大值達到了設計摩阻力的40%。負摩擦力的存在對樁身附加沉降和樁基承載力有著嚴重的削弱作用。負摩擦力會使樁身受到向下的拉力，從而增加樁身的附加沉降。在富水砂層中，由于砂層的壓縮性較大，這種附加沉降可能會更加明顯。負摩擦力還會削弱樁基的承載力。當樁側(cè)負摩擦力過大時，樁基的實際承載能力會降低，可能無法滿足橋梁上部結(jié)構(gòu)的荷載要求，從而危及橋梁的安全。在某工程中，由于負摩擦力的影響，樁基的承載力降低了25%，導致橋梁樁基出現(xiàn)了不均勻沉降，橋梁上部結(jié)構(gòu)也出現(xiàn)了裂縫。為了減少負摩擦力的影響，在盾構(gòu)施工前，可以對樁周土體進行加固處理，提高土體的穩(wěn)定性；在施工過程中，合理控制盾構(gòu)掘進參數(shù)，確保同步注漿的質(zhì)量，減少土體的沉降，從而降低負摩擦力的產(chǎn)生。3.2.3樁身豎向位移與承載力損失盾構(gòu)施工引起的樁身豎向位移分布呈現(xiàn)出一定的規(guī)律。在水平方向上距離隧道相同的位置，隨著樁基長度的增加，隧道開挖引起的豎向位移會明顯減小。這是因為較長的樁基能夠更好地傳遞荷載，分散盾構(gòu)施工對土體的擾動影響。同一根樁，樁底的豎向位移通常較樁頂更大，這表明隧道開挖對下層土體的擾動大于上層土體，擾動效果在樁身由下往上逐漸遞減。在某富水砂層盾構(gòu)側(cè)穿橋梁樁基工程中，通過對不同長度樁基的監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，樁長為20m的樁基，其樁頂豎向位移為15mm，而樁底豎向位移達到了25mm；而樁長為30m的樁基，樁頂豎向位移為10mm，樁底豎向位移為18mm，充分驗證了上述規(guī)律。盾構(gòu)施工導致樁基承載力損失的原因主要有兩個方面。一方面，如前文所述，盾構(gòu)施工引起的土體變形會改變樁土相互作用，導致樁側(cè)摩阻力和樁端阻力降低，從而使樁基承載力下降。另一方面，盾構(gòu)施工過程中產(chǎn)生的振動和擠壓等作用，可能會對樁身結(jié)構(gòu)造成一定的損傷，影響樁身的強度和完整性，進而降低樁基的承載力。在富水砂層中，由于砂層的自穩(wěn)性差，盾構(gòu)施工對樁身結(jié)構(gòu)的影響可能更為明顯。在某工程中，盾構(gòu)施工過程中的振動導致樁身出現(xiàn)了細微裂縫，雖然裂縫寬度較小，但經(jīng)過檢測，樁基的承載力仍然下降了10%左右。目前，計算樁基承載力損失的方法主要有經(jīng)驗公式法和數(shù)值模擬法。經(jīng)驗公式法是根據(jù)大量的工程實踐和試驗數(shù)據(jù)，總結(jié)出的一些經(jīng)驗公式，用于估算樁基承載力的損失。但這些公式往往具有一定的局限性，需要根據(jù)具體的工程地質(zhì)條件和施工情況進行修正。數(shù)值模擬法則是利用有限元軟件等工具，建立盾構(gòu)施工與橋梁樁基相互作用的數(shù)值模型，通過模擬盾構(gòu)施工過程，分析樁基的受力和變形情況，從而計算出樁基承載力的損失。數(shù)值模擬法能夠更準確地反映實際情況，但需要準確的參數(shù)輸入和合理的模型建立。在某富水砂層盾構(gòu)側(cè)穿橋梁樁基工程中，采用數(shù)值模擬法計算得到的樁基承載力損失與現(xiàn)場檢測結(jié)果較為接近，驗證了數(shù)值模擬法的有效性。但在實際應用中，仍需要結(jié)合工程經(jīng)驗和現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)，對計算結(jié)果進行綜合分析和判斷。3.3影響盾構(gòu)側(cè)穿橋梁樁基的關(guān)鍵因素3.3.1盾構(gòu)施工參數(shù)盾構(gòu)掘進速度是影響橋梁樁基變形的重要參數(shù)之一。掘進速度過快，盾構(gòu)機對土體的擾動加劇，土體來不及重新分布應力，容易導致地層變形增大，進而影響橋梁樁基。在富水砂層中，由于砂層的自穩(wěn)性差，過快的掘進速度可能引發(fā)噴涌等問題，進一步加劇土體變形和樁基的不均勻沉降。根據(jù)相關(guān)研究和工程實踐，當掘進速度超過一定閾值時，橋梁樁基的沉降量會顯著增加。在某富水砂層盾構(gòu)側(cè)穿橋梁樁基工程中，將掘進速度從30mm/min提高到50mm/min，橋梁樁基的最大沉降量從15mm增加到了25mm，沉降速率也明顯加快。土壓力的合理設定對于控制橋梁樁基變形至關(guān)重要。土壓力過大，會對周圍土體產(chǎn)生過大的擠壓，導致土體位移增大，使橋梁樁基受到更大的側(cè)向力和附加沉降；土壓力過小，則無法有效平衡開挖面的土體壓力，可能引起開挖面坍塌，同樣會對橋梁樁基造成不利影響。在富水砂層中，由于地下水的作用，土壓力的計算和控制更為復雜。在某工程中，通過數(shù)值模擬分析了不同土壓力條件下橋梁樁基的變形情況，發(fā)現(xiàn)當土壓力設定比理論值低0.1MPa時，橋梁樁基的水平位移增加了10mm，豎向沉降增加了8mm；而當土壓力設定比理論值高0.1MPa時，橋梁樁基的水平位移增加了8mm，豎向沉降增加了6mm。注漿量的多少直接影響到盾尾空隙的填充效果，進而影響地層變形和橋梁樁基的穩(wěn)定性。在富水砂層中，由于砂層的滲透性強，漿液容易流失，因此需要適當增加注漿量，以確保盾尾空隙得到充分填充。若注漿量不足，盾尾空隙周圍的土體無法得到有效支撐，會產(chǎn)生較大的沉降，通過現(xiàn)場監(jiān)測和數(shù)值模擬，對不同注漿量下的地層變形和橋梁樁基沉降進行了對比分析。結(jié)果表明，當注漿量為理論值的80%時，橋梁樁基的最大沉降量為20mm；當注漿量增加到理論值的120%時，橋梁樁基的最大沉降量減小到了12mm。3.3.2樁基與隧道的相對位置樁基與隧道的水平距離對樁基變形有著顯著影響。隨著水平距離的減小，盾構(gòu)施工對樁基的影響逐漸增大。當水平距離較小時，盾構(gòu)施工引起的土體位移和應力變化更容易傳遞到樁基上，導致樁基產(chǎn)生較大的位移和內(nèi)力。在某富水砂層盾構(gòu)側(cè)穿橋梁樁基工程中，通過數(shù)值模擬分析了不同水平距離下樁基的變形情況。當水平距離為1倍隧道直徑時，樁基的最大水平位移為15mm，最大豎向沉降為20mm；當水平距離增加到3倍隧道直徑時，樁基的最大水平位移減小到5mm，最大豎向沉降減小到8mm。樁基與隧道的垂直距離也會影響樁基變形。一般來說，垂直距離越小，盾構(gòu)施工對樁基的影響越大。當隧道與樁基的垂直距離較小時，盾構(gòu)施工引起的土體沉降會直接作用于樁基，導致樁基產(chǎn)生較大的沉降。在某工程中，通過現(xiàn)場監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，當隧道與樁基的垂直距離為5m時，樁基的沉降量明顯大于垂直距離為10m時的情況。在垂直距離為5m時，樁基的最大沉降量達到了30mm，而在垂直距離為10m時，樁基的最大沉降量為15mm。樁長也是影響樁基變形的重要因素之一。較長的樁基礎能夠更好地分散盾構(gòu)施工引起的土體變形和應力，從而減小樁基的位移和內(nèi)力。在某富水砂層盾構(gòu)側(cè)穿橋梁樁基工程中，對不同樁長的樁基進行了監(jiān)測和分析。結(jié)果表明，樁長為30m的樁基，在盾構(gòu)施工過程中的最大沉降量為10mm，最大水平位移為8mm；而樁長為20m的樁基，最大沉降量為15mm，最大水平位移為12mm。綜合考慮工程實際情況和相關(guān)研究成果，建議在富水砂層盾構(gòu)側(cè)穿橋梁樁基施工中，樁基與隧道的水平安全距離應不小于3倍隧道直徑，垂直安全距離應根據(jù)具體地質(zhì)條件和施工工藝確定，但一般不宜小于6m。同時，應根據(jù)樁基的承載要求和盾構(gòu)施工的影響范圍，合理設計樁長，以確保樁基的穩(wěn)定性。3.3.3富水砂層特性富水砂層的滲透性對盾構(gòu)施工和橋梁樁基穩(wěn)定性有著重要影響。由于砂層的滲透性強，在盾構(gòu)施工過程中，地下水容易涌入隧道，增加施工難度和風險。同時，地下水的流動會帶走砂粒，導致土體結(jié)構(gòu)破壞，進而引起地層沉降和橋梁樁基的變形。在某富水砂層盾構(gòu)施工中，由于砂層的滲透系數(shù)較大，達到了10?3cm/s，在盾構(gòu)掘進過程中出現(xiàn)了涌水現(xiàn)象，導致隧道周圍土體大量流失，地面沉降量達到了50mm，橋梁樁基也出現(xiàn)了明顯的沉降和傾斜。含水量是富水砂層的一個重要特性，它直接影響砂層的力學性質(zhì)和穩(wěn)定性。含水量過高，砂層的飽和度增大，土體的抗剪強度降低，容易發(fā)生液化和流砂現(xiàn)象。在盾構(gòu)施工過程中，砂層的液化和流砂會導致土體的流動性增加，盾構(gòu)機的掘進難度增大，同時也會對橋梁樁基的穩(wěn)定性造成嚴重威脅。在某工程中，當富水砂層的含水量超過30%時，盾構(gòu)施工過程中出現(xiàn)了砂層液化現(xiàn)象，導致盾構(gòu)機刀盤被卡住，無法正常掘進，橋梁樁基也出現(xiàn)了較大的位移和沉降。顆粒級配決定了富水砂層的密實程度和力學性能。良好的顆粒級配能夠使砂粒相互填充，形成較為緊密的結(jié)構(gòu)，提高砂層的密實度和承載能力。而不良的顆粒級配則會導致砂層的空隙較大，密實度和承載能力較低。在盾構(gòu)施工中，顆粒級配不良的砂層更容易受到擾動，產(chǎn)生較大的變形，從而影響橋梁樁基的穩(wěn)定性。在某富水砂層盾構(gòu)側(cè)穿橋梁樁基工程中，對不同顆粒級配的砂層進行了分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，顆粒級配良好的砂層，在盾構(gòu)施工過程中，土體的變形較小，橋梁樁基的沉降和位移也相對較??；而顆粒級配不良的砂層，土體的變形較大，橋梁樁基的沉降和位移明顯增加。四、富水砂層盾構(gòu)側(cè)穿橋梁樁基控制措施4.1施工前的準備與評估4.1.1地質(zhì)勘察與風險評估在富水砂層盾構(gòu)側(cè)穿橋梁樁基施工前，詳細的地質(zhì)勘察是確保施工安全和工程質(zhì)量的基礎，其重要性不言而喻。通過地質(zhì)勘察，可以獲取施工區(qū)域準確的地質(zhì)信息，為后續(xù)的工程設計、施工方案制定以及風險評估提供可靠依據(jù)。地質(zhì)勘察主要包括地球物理勘探、鉆探、原位測試等多種手段。地球物理勘探能夠快速、大面積地獲取地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)的大致信息，如通過地震勘探可以了解地層的分層情況、斷層位置等；而鉆探則是獲取地層詳細信息的關(guān)鍵手段，通過鉆孔取芯，可以直觀地觀察地層的巖性、顆粒組成、含水量等；原位測試則能在現(xiàn)場測定土體的物理力學性質(zhì)，如標準貫入試驗可以確定砂層的密實度和強度。在某富水砂層盾構(gòu)側(cè)穿橋梁樁基工程中，通過地球物理勘探初步確定了地下存在多條斷層和富水區(qū)域的分布范圍。隨后，進行了詳細的鉆探工作，共布置了20個鉆孔，鉆孔深度達到隧道底部以下10m。在鉆探過程中，對每個鉆孔進行了巖芯采取，并對巖芯進行了詳細的描述和分析。通過原位測試，采用標準貫入試驗對砂層的密實度進行了測定，結(jié)果表明該區(qū)域砂層的標準貫入擊數(shù)在10-20擊之間，屬于中密-密實砂層。還進行了滲透試驗，確定了砂層的滲透系數(shù)在10?3-10?2cm/s之間，具有較強的滲透性?；诘刭|(zhì)勘察獲取的數(shù)據(jù)，運用科學的方法對盾構(gòu)側(cè)穿橋梁樁基的風險等級進行評估。目前常用的風險評估方法包括層次分析法、模糊綜合評價法、故障樹分析法等。層次分析法是將復雜的風險問題分解為多個層次，通過對各層次因素的兩兩比較，確定其相對重要性權(quán)重，進而綜合評估風險等級。模糊綜合評價法則是利用模糊數(shù)學的理論，將定性和定量因素相結(jié)合，對風險進行綜合評價。故障樹分析法則是從結(jié)果到原因找出與災害事故有關(guān)的各種因素之間的因果關(guān)系和邏輯關(guān)系，通過對故障樹的定性和定量分析，評估風險發(fā)生的概率和影響程度。在某工程中，采用層次分析法對盾構(gòu)側(cè)穿橋梁樁基的風險進行評估。首先，確定了風險評估的指標體系，包括地質(zhì)條件、盾構(gòu)施工參數(shù)、橋梁樁基結(jié)構(gòu)等一級指標，以及砂層滲透性、含水量、掘進速度、土倉壓力、樁長、樁徑等二級指標。然后，通過專家打分的方式，對各指標之間的相對重要性進行判斷，構(gòu)建判斷矩陣。利用數(shù)學方法計算判斷矩陣的最大特征值和特征向量，得到各指標的權(quán)重。根據(jù)各指標的實際情況，對其風險程度進行打分，結(jié)合權(quán)重計算出綜合風險得分，從而確定風險等級為較高風險。針對評估結(jié)果，制定了相應的風險控制措施，為工程的順利進行提供了保障。4.1.2施工方案優(yōu)化根據(jù)地質(zhì)條件和風險評估結(jié)果，對盾構(gòu)施工方案進行優(yōu)化是確保施工安全和橋梁樁基穩(wěn)定的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。其中，盾構(gòu)機類型的選擇至關(guān)重要，它直接影響到施工的效率和安全性。在富水砂層中，應優(yōu)先選擇具有良好密封性能和適應性的土壓平衡盾構(gòu)機。土壓平衡盾構(gòu)機通過控制土倉內(nèi)的土壓力與開挖面的地層土壓力保持平衡，有效地防止了開挖面的坍塌和涌水涌砂現(xiàn)象。其密封性能良好，能夠阻止地下水和泥砂進入盾構(gòu)機內(nèi)部，保證設備的正常運行。某富水砂層盾構(gòu)側(cè)穿橋梁樁基工程中，根據(jù)地質(zhì)勘察結(jié)果，該區(qū)域砂層的滲透系數(shù)較大，地下水豐富，且砂層的自穩(wěn)性較差。經(jīng)過綜合分析和比較，最終選擇了一臺刀盤直徑為6.5m的土壓平衡盾構(gòu)機。該盾構(gòu)機配備了先進的土壓力控制系統(tǒng)和密封裝置，能夠精確地控制土倉壓力，確保開挖面的穩(wěn)定。其刀盤開口率為60%，刀具配置合理，能夠適應富水砂層的切削要求，提高掘進效率。合理確定施工參數(shù)也是施工方案優(yōu)化的重要內(nèi)容。掘進速度應根據(jù)地質(zhì)條件、盾構(gòu)機性能以及橋梁樁基的承受能力等因素進行綜合確定。在富水砂層中，掘進速度不宜過快，以免引起地層的過大擾動和橋梁樁基的不均勻沉降。一般來說，掘進速度應控制在30-50mm/min之間。土倉壓力的設定應根據(jù)地層土壓力、地下水壓力以及盾構(gòu)機的埋深等因素進行精確計算，確保土倉壓力能夠平衡開挖面的土體壓力，防止開挖面坍塌和涌水。注漿壓力和注漿量也應根據(jù)地層條件、隧道埋深以及管片的強度等因素進行優(yōu)化，確保注漿能夠及時填充盾尾空隙，有效控制地層沉降。在某工程中，通過數(shù)值模擬和現(xiàn)場試驗相結(jié)合的方法，對施工參數(shù)進行了優(yōu)化。在數(shù)值模擬中，建立了盾構(gòu)隧道側(cè)穿橋梁樁基的三維有限元模型，模擬了不同掘進速度、土倉壓力和注漿參數(shù)下的施工過程，分析了橋梁樁基的位移、沉降和內(nèi)力變化情況。根據(jù)模擬結(jié)果，初步確定了施工參數(shù)的取值范圍。在現(xiàn)場試驗中，在盾構(gòu)施工的初始階段，按照初步確定的施工參數(shù)進行掘進，并對橋梁樁基的變形和內(nèi)力進行實時監(jiān)測。根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，對施工參數(shù)進行了進一步的調(diào)整和優(yōu)化。最終確定的掘進速度為40mm/min，土倉壓力比地層土壓力大0.1MPa，注漿壓力為0.3MPa，注漿量為理論空隙量的1.5倍。通過優(yōu)化施工參數(shù)，有效地控制了橋梁樁基的變形和沉降，保證了施工的安全和順利進行。四、富水砂層盾構(gòu)側(cè)穿橋梁樁基控制措施4.2盾構(gòu)施工過程控制4.2.1土壓平衡與掘進參數(shù)控制在富水砂層盾構(gòu)側(cè)穿橋梁樁基施工中，土壓平衡控制技術(shù)是確保開挖面穩(wěn)定的關(guān)鍵，其核心在于精準調(diào)節(jié)盾構(gòu)機土倉內(nèi)的土壓力，使其與開挖面的地層土壓力保持動態(tài)平衡。土壓力的設定需綜合考慮多種因素，包括地質(zhì)條件、隧道埋深、地下水水位以及橋梁樁基的位置和結(jié)構(gòu)特點等。在某富水砂層盾構(gòu)施工項目中，通過地質(zhì)勘察獲取了詳細的地層信息，利用理論公式計算出初始土倉壓力為0.25MPa。但在實際施工過程中，根據(jù)實時監(jiān)測的地層土壓力變化以及橋梁樁基的變形情況，對土倉壓力進行了動態(tài)調(diào)整。當盾構(gòu)機靠近橋梁樁基時，適當提高土倉壓力至0.28MPa，以減小對樁基的擾動。為實現(xiàn)土壓平衡，需實時監(jiān)測土倉壓力，并通過調(diào)整螺旋輸送機的轉(zhuǎn)速來控制出土量。當土倉壓力高于設定值時，增加螺旋輸送機的轉(zhuǎn)速，加快出土速度，降低土倉壓力；反之，當土倉壓力低于設定值時，降低螺旋輸送機的轉(zhuǎn)速，減少出土量，使土倉壓力回升。在某工程中，利用土壓力傳感器實時監(jiān)測土倉壓力，當土倉壓力超過設定值0.03MPa時，將螺旋輸送機的轉(zhuǎn)速提高了10%，經(jīng)過調(diào)整，土倉壓力在5分鐘內(nèi)恢復到設定范圍內(nèi)，有效保證了開挖面的穩(wěn)定。合理控制盾構(gòu)掘進速度、推力等參數(shù)對于減少對土體的擾動也至關(guān)重要。掘進速度應根據(jù)地質(zhì)條件、盾構(gòu)機性能以及橋梁樁基的承載能力等因素進行綜合確定。在富水砂層中，由于砂層的自穩(wěn)性差，掘進速度不宜過快，以免引起地層的過大擾動和橋梁樁基的不均勻沉降。一般來說，掘進速度應控制在30-50mm/min之間。推力的大小應根據(jù)盾構(gòu)機的直徑、隧道埋深、地層摩擦力等因素進行計算確定，并在施工過程中根據(jù)實際情況進行調(diào)整。在某富水砂層盾構(gòu)側(cè)穿橋梁樁基工程中，通過數(shù)值模擬分析了不同掘進速度和推力對土體擾動的影響。結(jié)果表明，當掘進速度為40mm/min，推力為15000kN時，土體的位移和應力變化相對較小，對橋梁樁基的影響也在可控范圍內(nèi)。在實際施工中，按照模擬確定的參數(shù)進行掘進，通過對橋梁樁基的實時監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)樁基的沉降和水平位移均滿足設計要求。4.2.2同步注漿與二次注漿同步注漿在盾構(gòu)施工中起著至關(guān)重要的作用，它能夠及時填充盾尾空隙，有效減少地層沉降，增強隧道的穩(wěn)定性。在富水砂層盾構(gòu)側(cè)穿橋梁樁基施工中，同步注漿的作用更加凸顯。當盾構(gòu)機向前推進時，管片與土體之間會形成環(huán)形空隙，若不及時填充，周圍土體在自重和外部荷載的作用下會向空隙內(nèi)移動，導致地層沉降，進而影響橋梁樁基的穩(wěn)定性。同步注漿能夠在盾尾脫出管片的同時，將漿液注入空隙，使管片與周圍土體緊密結(jié)合，共同承擔荷載，減少土體的變形和沉降。同步注漿材料的選擇應綜合考慮漿液的流動性、填充性、早強性和耐久性等因素。在富水砂層中，常用的注漿材料為水泥砂漿，為了改善其性能，通常會添加外加劑，如減水劑、膨脹劑等。減水劑可以提高漿液的流動性，使其更容易填充盾尾空隙；膨脹劑則可以補償漿液凝固過程中的收縮，確保注漿效果。在某富水砂層盾構(gòu)施工項目中，通過室內(nèi)試驗對不同配合比的水泥砂漿進行了性能測試。結(jié)果表明，當水泥、砂、水、減水劑和膨脹劑的配合比為1:2:0.5:0.02:0.03時，漿液具有良好的流動性和填充性，初凝時間為6小時，終凝時間為10小時，早期強度較高，能夠滿足同步注漿的要求。同步注漿的施工工藝包括注漿壓力、注漿量和注漿時間的控制。注漿壓力應根據(jù)地層條件、隧道埋深、管片強度等因素合理確定，一般應略大于地層土壓力，以確保漿液能夠充分填充空隙，但又不能過大，以免造成管片變形或地面隆起。在某工程中，通過理論計算和現(xiàn)場試驗，確定注漿壓力為0.3-0.4MPa。注漿量應根據(jù)管片與地層之間的空隙大小、漿液的收縮率等因素進行計算確定，并在施工過程中根據(jù)實際情況進行調(diào)整。在該工程中，根據(jù)管片外徑和盾構(gòu)機開挖直徑計算出理論注漿量為每環(huán)3.5m3，考慮到漿液的收縮率和施工過程中的損耗，實際注漿量控制在每環(huán)4.0-4.5m3。注漿時間應與盾構(gòu)掘進速度相匹配，確保在盾尾脫出管片的同時，漿液能夠及時注入空隙。在施工過程中，采用自動注漿系統(tǒng)，根據(jù)盾構(gòu)掘進速度自動調(diào)節(jié)注漿量和注漿壓力，保證了同步注漿的質(zhì)量。二次注漿作為盾構(gòu)施工的一種輔助工法，主要是對同步注漿的補充和完善。由于同步注漿液凝固后會有所收縮，或者在某些情況下同步注漿沒有填充密實，此時就需要進行二次注漿來補足漿液，確保盾尾空隙得到充分填充。二次注漿還可以采用雙液漿，將襯背的流水通道阻住，防止地下水系統(tǒng)涌入掌子面，提高隧道的防水性能。二次注漿的材料通常根據(jù)具體情況選擇，如水泥漿、雙液漿（水泥-水玻璃漿）等。在富水砂層中，為了快速止水和填充，常采用雙液漿。雙液漿由水泥漿和水玻璃漿按一定比例混合而成，其凝結(jié)時間短，能夠迅速在盾尾空隙內(nèi)形成止水和填充效果。在某富水砂層盾構(gòu)側(cè)穿橋梁樁基工程中，二次注漿采用水泥-水玻璃雙液漿，水泥漿的水灰比為1:1，水玻璃漿的濃度為35Be'，水泥漿與水玻璃漿的體積比為1:0.5。通過現(xiàn)場試驗確定了最佳的混合比例和凝結(jié)時間，確保了二次注漿的效果。二次注漿的施工工藝包括注漿方式、注漿壓力和注漿量的控制。注漿方式可采用徑向注漿或環(huán)向注漿，根據(jù)實際情況選擇合適的注漿方式。注漿壓力應根據(jù)隧道覆土厚度、地下水壓力及管片強度等因素進行精確設定，一般控制在0.2-0.4MPa之間。注漿量應根據(jù)同步注漿的填充情況和實際需要進行確定。在該工程中，二次注漿采用徑向注漿方式，從管片的注漿孔進行注漿。在同步注漿后，對盾尾空隙進行檢查，發(fā)現(xiàn)部分區(qū)域填充不密實，于是進行二次注漿。根據(jù)檢查結(jié)果，確定注漿量為每環(huán)0.5-1.0m3，注漿壓力控制在0.3MPa左右。通過二次注漿，有效填補了同步注漿的不足，提高了隧道的穩(wěn)定性和防水性能。4.2.3盾構(gòu)姿態(tài)調(diào)整與監(jiān)測在富水砂層盾構(gòu)側(cè)穿橋梁樁基施工中，實時監(jiān)測盾構(gòu)姿態(tài)是確保施工安全和橋梁樁基穩(wěn)定的重要環(huán)節(jié)。盾構(gòu)姿態(tài)的變化會直接影響到隧道的施工質(zhì)量和橋梁樁基的受力狀態(tài)。通過安裝在盾構(gòu)機上的自動導向系統(tǒng)，能夠?qū)崟r獲取盾構(gòu)機的位置、姿態(tài)等參數(shù)，包括盾構(gòu)機的水平偏差、垂直偏差、滾動角和俯仰角等。這些參數(shù)能夠直觀地反映盾構(gòu)機的掘進方向和姿態(tài)變化情況。在某富水砂層盾構(gòu)施工項目中，自動導向系統(tǒng)采用全站儀和激光靶相結(jié)合的方式進行測量。全站儀安裝在隧道內(nèi)的固定位置，通過發(fā)射激光束照射到盾構(gòu)機上的激光靶，獲取激光靶的坐標信息，從而計算出盾構(gòu)機的位置和姿態(tài)參數(shù)。測量頻率為每推進10-20cm進行一次測量，確保能夠及時發(fā)現(xiàn)盾構(gòu)姿態(tài)的變化。在盾構(gòu)機掘進過程中，通過自動導向系統(tǒng)實時監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，在某一階段盾構(gòu)機出現(xiàn)了向右偏移的情況，水平偏差達到了15mm，滾動角也超出了允許范圍。一旦發(fā)現(xiàn)盾構(gòu)姿態(tài)出現(xiàn)偏差，應及時采取措施進行調(diào)整。調(diào)整盾構(gòu)姿態(tài)的方法主要包括調(diào)整推進油缸的推力和調(diào)整鉸接油缸的角度。當盾構(gòu)機出現(xiàn)水平偏差時，可通過調(diào)整左右兩側(cè)推進油缸的推力差來糾正偏差。若盾構(gòu)機向右偏移，可適當增加左側(cè)推進油缸的推力，減小右側(cè)推進油缸的推力，使盾構(gòu)機逐漸向左調(diào)整。在調(diào)整過程中，應遵循“勤測、勤糾、小糾”的原則，避免大幅度糾偏，以免對地層造成過大的擾動。在某工程中，當發(fā)現(xiàn)盾構(gòu)機向右偏移15mm后，通過計算確定將左側(cè)推進油缸的推力增加500kN，右側(cè)推進油缸的推力減小500kN。經(jīng)過5環(huán)的推進，盾構(gòu)機的水平偏差逐漸減小，最終恢復到允許范圍內(nèi)。當盾構(gòu)機出現(xiàn)垂直偏差或滾動角、俯仰角異常時，可通過調(diào)整鉸接油缸的角度來進行調(diào)整。例如，當盾構(gòu)機出現(xiàn)抬頭現(xiàn)象，即俯仰角過大時，可適當增大盾尾鉸接油缸的下側(cè)油缸的推力，減小上側(cè)油缸的推力，使盾構(gòu)機頭部逐漸下降。在調(diào)整過程中，應密切關(guān)注盾構(gòu)機姿態(tài)的變化，根據(jù)實際情況及時調(diào)整調(diào)整量。在某富水砂層盾構(gòu)施工中，盾構(gòu)機出現(xiàn)了抬頭現(xiàn)象，俯仰角達到了3‰，超出了允許范圍。通過調(diào)整盾尾鉸接油缸的角度，將下側(cè)油缸的推力增加了300kN，上側(cè)油缸的推力減小了300kN。經(jīng)過3環(huán)的推進，盾構(gòu)機的俯仰角逐漸減小，恢復到正常范圍內(nèi)。在調(diào)整盾構(gòu)姿態(tài)的過程中，還需密切關(guān)注橋梁樁基的變形情況。因為盾構(gòu)姿態(tài)的調(diào)整可能會對周圍土體產(chǎn)生一定的擾動，進而影響橋梁樁基。通過在橋梁樁基上布置監(jiān)測點，實時監(jiān)測樁基的位移、沉降和內(nèi)力變化情況。在某富水砂層盾構(gòu)側(cè)穿橋梁樁基工程中，在橋梁樁基上布置了多個監(jiān)測點，采用水準儀、全站儀和應變計等監(jiān)測儀器進行監(jiān)測。在盾構(gòu)機姿態(tài)調(diào)整過程中，發(fā)現(xiàn)靠近盾構(gòu)一側(cè)的樁基出現(xiàn)了輕微的水平位移，位移量為5mm。根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，及時調(diào)整了盾構(gòu)姿態(tài)調(diào)整的參數(shù)，減小了對樁基的影響，確保了橋梁樁基的安全穩(wěn)定。4.3橋梁樁基保護措施4.3.1土體加固土體加固是保護橋梁樁基的重要措施之一，通過增強富水砂層的穩(wěn)定性，有效減少盾構(gòu)施工對樁基的影響。常用的土體加固方法包括旋噴樁加固和注漿加固，它們各自具有獨特的作用和適用條件。旋噴樁加固是利用高壓噴射設備，將水泥漿等固化劑噴射到土體中，與土體混合形成具有一定強度和穩(wěn)定性的加固體。在富水砂層中，旋噴樁能夠有效改善土體的力學性能，提高土體的抗剪強度和承載能力。其作用原理主要體現(xiàn)在以下幾個方面：一是填充作用，高壓噴射的水泥漿能夠填充砂層中的孔隙，使土體更加密實；二是膠結(jié)作用，水泥漿與砂粒發(fā)生化學反應，形成膠結(jié)物，增強了砂粒之間的聯(lián)結(jié)力；三是置換作用，部分土體被水泥漿置換，形成強度較高的樁體，提高了土體的整體穩(wěn)定性。在某富水砂層盾構(gòu)側(cè)穿橋梁樁基工程中，采用旋噴樁對橋梁樁基周圍的土體進行加固。旋噴樁的直徑為800mm，間距為1.2m，樁長根據(jù)地層情況確定為10-15m。加固后，通過現(xiàn)場檢測發(fā)現(xiàn)，土體的密實度明顯提高，標準貫入擊數(shù)增加了3-5擊，土體的抗剪強度提高了20%-30%，有效減少了盾構(gòu)施工對橋梁樁基的影響，樁基的沉降和位移得到了較好的控制。旋噴樁加固適用于砂層厚度較大、地下水豐富、對加固效果要求較高的情況。注漿加固是通過向土體中注入漿液，使?jié){液在土體中擴散、滲透，填充土體孔隙，提高土體的強度和穩(wěn)定性。在富水砂層盾構(gòu)側(cè)穿橋梁樁基工程中，注漿加固可分為超前注漿和跟蹤注漿。超前注漿是在盾構(gòu)施工前，對橋梁樁基周圍的土體進行注漿加固，形成一道加固帷幕，提前增強土體的穩(wěn)定性，減少盾構(gòu)施工時對土體的擾動。跟蹤注漿則是在盾構(gòu)施工過程中，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，對受盾構(gòu)施工影響較大的區(qū)域進行及時注漿，彌補因盾構(gòu)施工導致的土體強度損失和變形。注漿材料可根據(jù)工程需要選擇水泥漿、水泥砂漿、化學漿液等。在某工程中，采用水泥-水玻璃雙液漿進行注漿加固。水泥漿的水灰比為1:1，水玻璃漿的濃度為35Be'，水泥漿與水玻璃漿的體積比為1:0.5。注漿壓力控制在0.3-0.5MPa之間，注漿量根據(jù)土體的孔隙率和加固范圍進行計算確定。通過注漿加固，有效地提高了土體的強度和穩(wěn)定性，減少了盾構(gòu)施工對橋梁樁基的影響，樁基的沉降和位移控制在允許范圍內(nèi)。注漿加固適用于砂層滲透性較強、對施工速度要求較高的情況，能夠快速有效地提高土體的穩(wěn)定性。4.3.2隔斷墻設置隔斷墻作為一種有效的橋梁樁基保護措施，能夠在盾構(gòu)施工過程中，阻隔盾構(gòu)施工對橋梁樁基的影響，確保樁基的安全穩(wěn)定。常見的隔斷墻類型包括地下連續(xù)墻、咬合樁等，它們的設置位置和作用效果各有特點。地下連續(xù)墻是在地面上采用專用的挖槽設備，沿著基坑的周邊，按照事先劃分好的幅段，開挖狹長的溝槽，在槽內(nèi)放置鋼筋籠，澆筑混凝土，形成一道連續(xù)的鋼筋混凝土墻體。在富水砂層盾構(gòu)側(cè)穿橋梁樁基工程中，地下連續(xù)墻通常設置在盾構(gòu)隧道與橋梁樁基之間，其作用主要有以下幾點：一是阻隔作用，地下連續(xù)墻能夠有效地阻隔盾構(gòu)施工引起的土體變形和應力傳遞，減少對橋梁樁基的影響；二是止水作用，富水砂層中地下水豐富，地下連續(xù)墻可以作為止水帷幕，防止地下水涌入隧道，保證施工安全；三是承載作用，地下連續(xù)墻具有較高的強度和剛度，能夠承受一定的土體壓力和水壓力，對周邊土體起到一定的支撐作用。在某城市地鐵盾構(gòu)側(cè)穿橋梁樁基工程中，在盾構(gòu)隧道與橋梁樁基之間設置了地下連續(xù)墻。地下連續(xù)墻的厚度為800mm，深度根據(jù)地層情況確定為20-25m。通過數(shù)值模擬分析和現(xiàn)場監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)設置地下連續(xù)墻后，盾構(gòu)施工對橋梁樁基的影響明顯減小。在盾構(gòu)施工過程中，橋梁樁基的沉降和水平位移分別減少了30%-40%和20%-30%，有效保護了橋梁樁基的安全。咬合樁是由鋼筋混凝土樁和素混凝土樁間隔布置，相互咬合形成的一種連續(xù)的擋土結(jié)構(gòu)。在富水砂層盾構(gòu)側(cè)穿橋梁樁基工程中，咬合樁的設置位置與地下連續(xù)墻類似，主要設置在盾構(gòu)隧道與橋梁樁基之間。咬合樁的作用原理是利用相鄰樁之間的咬合關(guān)系，形成一個整體的擋土結(jié)構(gòu)，阻隔盾構(gòu)施工對橋梁樁基的影響。與地下連續(xù)墻相比，咬合樁具有施工速度快、成本較低等優(yōu)點。在某工程中，采用咬合樁作為隔斷墻。咬合樁的直徑為1.0m，鋼筋混凝土樁與素混凝土樁的咬合寬度為200mm，樁長根據(jù)地層情況確定為15-20m。通過現(xiàn)場監(jiān)測和分析，發(fā)現(xiàn)咬合樁能夠有效地阻隔盾構(gòu)施工對橋梁樁基的影響，在盾構(gòu)施工過程中，橋梁樁基的各項變形指標均滿足設計要求，保證了橋梁樁基的穩(wěn)定性。隔斷墻的設置位置應根據(jù)盾構(gòu)隧道與橋梁樁基的相對位置、地質(zhì)條件等因素進行合理確定。一般來說，隔斷墻應盡可能靠近盾構(gòu)隧道，以減小盾構(gòu)施工對橋梁樁基的影響范圍。在確定隔斷墻的設置位置時，還需要考慮施工的可行性和經(jīng)濟性，避免因設置隔斷墻而增加過多的施工難度和成本。4.3.3樁基托換樁基托換是一種在盾構(gòu)側(cè)穿橋梁樁基時，為確保橋梁結(jié)構(gòu)安全而采取的極端保護措施。當盾構(gòu)施工對橋梁樁基的影響較大，采用其他常規(guī)保護措施無法滿足要求時，樁基托換可作為一種有效的解決方案。其原理是通過在原樁基周圍設置新的托換結(jié)構(gòu)，將橋梁上部結(jié)構(gòu)的荷載轉(zhuǎn)移到新的托換結(jié)構(gòu)上，使原樁基在盾構(gòu)施工過程中暫時脫離受力狀態(tài)，待盾構(gòu)施工完成后，再將荷載重新轉(zhuǎn)移回原樁基或新的基礎結(jié)構(gòu)上。樁基托換的施工方法較為復雜，通常包括以下幾個關(guān)鍵步驟。首先是托換結(jié)構(gòu)的設計與施工，根據(jù)橋梁的結(jié)構(gòu)形式、荷載大小以及地質(zhì)條件等因素，設計合理的托換結(jié)構(gòu)，如托換梁、托換樁等。在施工托換結(jié)構(gòu)時，要確保其與原樁基和橋梁上部結(jié)構(gòu)的連接牢固可靠。在某富水砂層盾構(gòu)側(cè)穿橋梁樁基工程中，采用托換梁和托換樁相結(jié)合的托換結(jié)構(gòu)。托換梁采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其截面尺寸根據(jù)計算確定為1.5m×2.0m，托換梁與原樁基通過植筋等方式進行連接。托換樁采用鉆孔灌注樁，直徑為1.2m，樁長根據(jù)地層情況確定為25-30m，托換樁與托換梁通過承臺進行連接。在施工過程中，嚴格控制托換結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量，確保其承載能力滿足要求。然后是荷載轉(zhuǎn)移過程，通過在托換結(jié)構(gòu)與原樁基之間設置千斤頂?shù)妊b置，逐步將橋梁上部結(jié)構(gòu)的荷載轉(zhuǎn)移到托換結(jié)構(gòu)上。在荷載轉(zhuǎn)移過程中，需要對橋梁的變形和內(nèi)力進行實時監(jiān)測，確保荷載轉(zhuǎn)移過程的安全平穩(wěn)。在該工程中，在托換梁與原樁基之間設置了多個千斤頂，通過分級加載的方式，將橋梁上部結(jié)構(gòu)的荷載逐步轉(zhuǎn)移到托換結(jié)構(gòu)上。在荷載轉(zhuǎn)移過程中，利用高精度的水準儀和應變計對橋梁的沉降和內(nèi)力進行實時監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)及時調(diào)整千斤頂?shù)募虞d量，確保橋梁的變形和內(nèi)力控制在允許范圍內(nèi)。最后是盾構(gòu)施工完成后的恢復工作，包括拆除臨時托換裝置，將荷載重新轉(zhuǎn)移回原樁基或新的基礎結(jié)構(gòu)上，并對原樁基和托換結(jié)構(gòu)進行必要的處理和加固。在盾構(gòu)施工完成后，對原樁基進行了檢測，發(fā)現(xiàn)樁基的完整性良好。然后拆除了臨時托換裝置，通過在托換結(jié)構(gòu)與原樁基之間設置傳力裝置，將荷載重新轉(zhuǎn)移回原樁基上。對原樁基和托換結(jié)構(gòu)進行了加固處理，提高了其承載能力和耐久性，確保橋梁的長期安全穩(wěn)定。樁基托換作為一種極端保護措施，一般應用于盾構(gòu)隧道與橋梁樁基距離非常近、地質(zhì)條件復雜、橋梁結(jié)構(gòu)對變形要求極為嚴格的場景。在某城市重要交通樞紐的橋梁樁基保護工程中，由于盾構(gòu)隧道與橋梁樁基的水平距離僅為2m，且地質(zhì)條件為富水砂層，采用常規(guī)的土體加固和隔斷墻設置等措施無法滿足橋梁樁基的安全要求，最終采用了樁基托換技術(shù)。通過精心設計和施工托換結(jié)構(gòu)，成功地將橋梁上部結(jié)構(gòu)的荷載轉(zhuǎn)移，保證了盾構(gòu)施工過程中橋梁的安全，施工完成后橋梁的各項性能指標均滿足設計要求，為類似工程提供了寶貴的經(jīng)驗。五、工程案例分析5.1工程概況5.1.1項目背景與工程規(guī)模本案例為某城市軌道交通5號線的重要建設項目，該線路貫穿城市的東西方向，是緩解城市交通擁堵、促進區(qū)域發(fā)展的關(guān)鍵交通動脈。線路全長約30km，共設25座車站，采用盾構(gòu)法施工的區(qū)間隧道長度占總線路長度的70%以上。其中，盾構(gòu)區(qū)間在里程K12+300-K12+500處側(cè)穿一座重要的城市橋梁——朝陽大橋。朝陽大橋是連接城市兩個重要區(qū)域的交通樞紐，承擔著大量的交通流量。橋梁全長800m，主橋為預應力混凝土連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)，引橋為鋼筋混凝土T梁結(jié)構(gòu)。橋梁下部采用鉆孔灌注樁基礎，樁徑1.5m，樁長40-50m不等，樁基深入富水砂層及下部的粉質(zhì)黏土層。橋梁建成已超過20年，經(jīng)過多年的使用，結(jié)構(gòu)狀況良好，但由于周邊交通流量的不斷增加，橋梁的承載壓力逐漸增大。此次盾構(gòu)區(qū)間側(cè)穿朝陽大橋樁基，對橋梁的安全穩(wěn)定構(gòu)成了潛在威脅，因此，確保盾構(gòu)施工過程中橋梁的安全成為本工程的重點和難點。5.1.2地質(zhì)條件與盾構(gòu)施工方案項目所在地的地質(zhì)條件較為復雜，盾構(gòu)區(qū)間主要穿越地層為第四系全新統(tǒng)沖積層，其中富水砂層分布廣泛。富水砂層主要由細砂和中砂組成，顆粒級配不良，砂粒之間的黏聚力較小，自穩(wěn)性差。砂層的滲透系數(shù)較大，達到10?3-10?2cm/s，地下水水位較高，一般在地面以下2-3m，地下水位的變化對砂層的穩(wěn)定性影響較大。在富水砂層下部，為粉質(zhì)黏土層，該層土的壓縮性中等，具有一定的強度和穩(wěn)定性，但在盾構(gòu)施工擾動下，也可能發(fā)生變形。針對本工程的地質(zhì)條件，選用了一臺土壓平衡盾構(gòu)機進行施工。該盾構(gòu)機刀盤直徑為6.5m，配備了先進的土壓力控制系統(tǒng)和密封裝置，能夠有效適應富水砂層的施工要求。在施工前，對盾構(gòu)機進行了全面的調(diào)試和檢查，確保其性能良好。施工參數(shù)的設定是盾構(gòu)施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。根據(jù)地質(zhì)勘察報告和類似工程經(jīng)驗，確定了以下施工參數(shù)：掘進速度控制在30-50mm/min，土倉壓力設定為0.25-0.3MPa，注漿壓力為0.3-0.4MPa，注漿量為理論空隙量的1.5倍。在施工過程中，根據(jù)實時監(jiān)測的地質(zhì)條件、土倉壓力、注漿壓力等參數(shù)，對施工參數(shù)進行動態(tài)調(diào)整，確保盾構(gòu)施工的安全和穩(wěn)定。盾構(gòu)施工流程嚴格按照規(guī)范進行。首先，在盾構(gòu)始發(fā)井進行盾構(gòu)機的組裝和調(diào)試，然后進行盾構(gòu)始發(fā)。在掘進過程中，刀盤切削土體，土體進入土倉，通過螺旋輸送機將土排出。同時，同步進行注漿作業(yè)，填充盾尾空隙。當盾構(gòu)機掘進至接收井時，進行盾構(gòu)接收，完成盾構(gòu)施工。在整個施工過程中，加強對盾構(gòu)機姿態(tài)、土倉壓力、注漿質(zhì)量等方面的監(jiān)測和控制，確保盾構(gòu)施工符合設計要求。5.2盾構(gòu)側(cè)穿橋梁樁基的影響監(jiān)測與分析5.2.1監(jiān)測方案與監(jiān)測數(shù)據(jù)為全面、準確地掌握盾構(gòu)側(cè)穿橋梁樁基過程中的影響情況，制定了詳細的監(jiān)測方案。在橋梁樁基上布置了多個監(jiān)測點，包括樁頂和樁身不同深度處，以監(jiān)測樁基的豎向位移、水平位移和傾斜度。在橋梁承臺和橋墩上也設置了監(jiān)測點，用于監(jiān)測承臺的沉降和橋墩的傾斜情況。在周邊土體中，沿盾構(gòu)隧道軸線方向和垂直于軸線方向布置了多排監(jiān)測點，監(jiān)測土體的豎向位移和水平位移。豎向位移監(jiān)測采用高精度水準儀，其測量精度可達±0.1mm，能夠滿足對橋梁樁基和土體微小沉降變化的監(jiān)測要求。水平位移監(jiān)測則使用全站儀，測量精度為±2mm+2ppm，確保能夠準確捕捉到樁基和土體的水平位移變化。在盾構(gòu)施工前，對所有監(jiān)測點進行了初始測量，獲取了初始數(shù)據(jù)。在盾構(gòu)施工過程中，根據(jù)施工進度和盾構(gòu)機與橋梁樁基的相對位置，合理調(diào)整監(jiān)測頻率。當盾構(gòu)機距離橋梁樁基較遠時，每24小時監(jiān)測一次；當盾構(gòu)機逐漸靠近橋梁樁基，距離在50m以內(nèi)時，監(jiān)測頻率增加到每12小時一次；當盾構(gòu)機距離橋梁樁基在20m以內(nèi)時，每6小時監(jiān)測一次；在盾構(gòu)機側(cè)穿橋梁樁基的關(guān)鍵時段，每2小時監(jiān)測一次，確保能夠及時捕捉到樁基和土體的變形變化。在盾構(gòu)施工完成后，繼續(xù)對監(jiān)測點進行監(jiān)測，觀察變形的后續(xù)發(fā)展情況，監(jiān)測頻率逐漸降低，從每24小時一次，逐漸過渡到每3天一次，直至變形穩(wěn)定。在整個監(jiān)測過程中，獲取了大量的監(jiān)測數(shù)據(jù)。在盾構(gòu)機側(cè)穿橋梁樁基的過程中，從距離橋梁樁基50m開始，記錄了樁基豎向位移、水平位移和土體豎向位移、水平位移的變化數(shù)據(jù)。在樁基豎向位移方面，隨著盾構(gòu)機的靠近，樁基豎向位移逐漸增大，在盾構(gòu)機距離樁基20m時，樁基豎向位移達到5mm，且位移增長速率加快；在盾構(gòu)機側(cè)穿樁基時，樁基豎向位移達到最大值12mm，隨后位移增長速率逐漸減小。在樁基水平位移方面，在盾構(gòu)機距離樁基30m時，開始出現(xiàn)明顯的水平位移，位移值為3mm，隨著盾構(gòu)機的靠近，水平位移逐漸增大，在盾構(gòu)機側(cè)穿樁基時，水平位移達到最大值8mm。在土體豎向位移方面，盾構(gòu)機距離樁基50m時，土體豎向位移較小，約為2mm，隨著盾構(gòu)機的推進，土體豎向位移逐漸增大，在盾構(gòu)機側(cè)穿樁基時，土體豎向位移在隧道正上方達到最大值15mm，且在距離隧道軸線一定范圍內(nèi)，土體豎向位移呈現(xiàn)出一定的分布規(guī)律，