地铁隧道下穿高架桥施工控制技术

王力勇1，杨兆仁2

（1．北京市轨道交通建设管理有限公司，北京

100037；2.北京建工集团有限责任公司，北京100055）

摘要：地铁10号线隧道下穿城铁13号线知春路站高架桥基础，隧道结构距离桩基础最近点只有0.247m，隧道采用浅

埋暗挖法施工，下穿高架桥段采用增加临时仰拱、加强超前支护，砌衬背后及时注浆以及洞内采用水平袖阀管注浆等工程措施进行试验，以达到加固隧道周边地层、提高桥桩承载力、控制地面沉降的效果。采取加固措施后地面沉降非常小，对相邻桥墩基本上没有影响。施工结果显示：采取上述措施后，基本达到了加固土体、控制沉降、保证隧道掘进安全通过风险点的目的。

关键词：地铁；隧道；浅埋暗挖；地层加固；沉降控制中图分类号：U455.4

文献标志码：B

文章编号：1009-7767（2010）04-0101-04

ConstructionControlTechnologyofSubwayTunnelingforUnderpassaViaduct

WangLiyong，YangZhaoren

1工程概况

地铁10号线左右线隧道穿越城铁13号线知春

段。该段采用CD工法施工，先施工左线隧道结构。加固前必须核实加固地段的地下管线及建（构）筑物的位置、埋深、基础类型、使用现状等情况，采取相应的保护措施，并在施工全过程进行监测，确保管线及建（构）筑物的安全和施工安全。

路站高架桥，这是该标段施工的重点，属于一级风险源。该工程采用浅埋暗挖法施工，隧道结构断面为马蹄形结构，结构净空为4.9m×5.23m，开挖净空6.10m×

6.43m。

城铁桥区域地层自上而下为：③粉土，③1粉质黏土，④粉质黏土，④2粉土，④3粉细砂，⑥粉质黏土，

2.1

施：

桥桩保护措施

根据工程实际情况与施工经验，主要采取以下措

⑥2粉土，⑥粉质黏土，⑦1中粗砂和⑦卵石圆砾层，具

有多样性，地层特性差异较大。

城铁13号线知春路站南北走向，10号线隧道沿知春路东西走向，右线位于知春路辅路下方，左线位于知春路主路下方，车站与隧道基本正交，隧道从车站下方桩基间穿过，左线隧道结构距离桩基边缘最近点为1.5m，右线隧道结构距离桩基边缘最近点只有

1）因左线隧道距桥桩相对较远，先开挖对桥影响

比较小的左线，做一段试验段，通过试验数据确定方案可行后再施工右线。施工过程中根据现场情况，调整相应的施工参数，提高加固效果，确保安全。

2）缩短开挖进尺，每一循环控制在0.5m之内，尽

量缩短围岩暴露时间；增设锁脚锚管，在拱脚位置垫方木，降低拱顶沉降；加密连接筋，提高格栅间的连接，提高结构强度，在整体上减少由于施工本身引起的沉降。

0.247m。

2关键控制技术

根据设计方案专家审查意见：区间隧道土方开挖前，在全断面采用袖阀管注浆超前加固土体。每步序开挖前，顺隧道方向打设“长短结合”小导管，注浆超前加固结构周边土体，减少土体开挖后由于围岩临空引起的沉降，确保高架桥和隧道本身的安全。加固范围为左线K4+335—K4+392段，右线K4+337—K4+392

3）加强超前支护，衬砌背后及时注浆。在隧道内采

用水平袖阀管注浆，超前加固地层[1]，既可以提高桥桩的承载力，也能减小施工过程中围岩的变形。进入正式加固范围前，先施作10m试验段，取得经验后再进行正式过桥段注浆加固。衬砌背后注浆及时填充了由于结构下沉与周围土体间的空隙。

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隧道与地下工程Tunnel&UndergroundEngineering4）采用CD法施工，并调整支护参数和加快循环

速度，使初期支护及早封闭成环，以减小结构自重和上方土体重力引起的下沉。过桥桩的标准段需要调整支护参数和加快循环速度，增设临时仰拱，尽早使隧道封闭成环。同时，左线、右线掌子面开挖里程相距不小于15m，避免双线隧道施工对桥桩的重叠影响。

施工顺序为：开挖上台阶弧形导坑、留核心土、初期支护→施做临时仰拱→开挖下台阶土体、下台阶初支→施做仰拱二衬→施工拱墙二衬。增设临时仰拱施工流程如图1所示：

图1

增加临时仰拱施工流程

在开挖过程中，进行监控量测及时反馈数据，达到信息化施工；左线通过后总结经验，在右线施工时调整施工参数或增加措施，以保证施工过程中桥梁安全。在初期支护完成后抓紧进入该段的二次衬砌施工，减小初支结构变形和保证隧道结构的安全。

2.2小导管超前支护

1）超前小导管布置及注浆

采用双排小导管对开挖断面进行超前加固注浆和加强初期支护的背后回填注浆，第1排小导管采用

覫42×3.25@300（l=4m），外插角8～16°，纵向每隔1榀

格栅一打，增加小导管搭接长度，提高对上台阶土体的加固效果；第2排小导管采用覫42×3.25@300（l＝2.5m）外插角40～55°，纵向每榀一打，环向与第1排小导管交错打设，其作用是加固松散土体及加强初期支护背后回填注浆。小角度超前小导管应及时注浆；大角度小导管在开挖掘进4m后开始进行注浆。扩大拱顶扇形注浆范围，增加到150°，扩大对上台阶土体加固范围和加固深度。

2）浆液配制控制

隧道穿越的地层主要是粉质黏土层和粉细砂层，渗透系数小，地层渗水严重，单纯用水泥浆液凝固性差、凝固时间长。采用“水泥-水玻璃”双液浆，利用水玻璃的遇水凝固特点挤排地层含水，缩短水泥浆凝固时间，可提高注浆效果。“水泥-水玻璃”双液浆配比为：V（水泥）∶V（水玻璃）＝1∶0.5～1∶0.8。同时，严格把注浆压力控制在0.5MPa之内，避免压力过大引起地层隆起及对周边管线的破坏。

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2.3初期支护背后注浆

初期支护背后注浆要控制好压浆时间、浆液配比、

注浆压力。沿隧道纵向每3m在初支拱部预设3根注浆短管，在初期支护强度达到规范要求后，跟随初支背后回填注浆。注浆材料为超细水泥浆（水灰比为0.8∶

1～1∶1）在水泥浆中添加2％～3％的MgO膨胀剂；注浆压力根据实际情况确定，但不小于0.2MPa，不大于0.5MPa。注浆时先注拱腰部位，后注拱顶部位，用浆液

填塞围岩空隙或裂隙，并和土体粘合，达到对围岩补强的目的，也避免在支护背后形成空洞，防止出现土体缓变。

2.4袖阀管注浆施工工艺

13号线知春路站高架桥梁横跨知春路，区间隧道

从知春路下穿过，区间结构主要影响跨路段桥梁基础。桥梁结构基础为覫800钻孔灌注桩，地铁隧道与桥桩平面关系见图2。

图2

地铁隧道与桥桩平面关系图

为减小土方开挖过程中围岩的变形、提高围岩自身承载力，在过桥段施工时采用袖阀管注浆超前加固土体，土体加固也可以增加桩基周边土体的摩擦系数，提高桩的承载力。袖阀管是一种只能向管外出浆，不能向管内返浆的单向闭合装置。因此可进行多点、多次、定量、均衡的注浆，使注浆体在地层中均匀分布，均匀连接，提高被加固地层的整体稳定性。

2.4.1注浆参数

1）水平注浆参数

①注浆加固范围：隧道全断面及开挖轮廓线外2.5m；

②一次注浆步距：每15m为1个注浆段，每段设止浆墙3.5m厚；

③注浆孔平行钻孔定位布设，孔距0.8m，行距0.6m，浆液扩散半径0.5m；凝胶时间50s，扩散半径0.6m，

隧道与地下工程Tunnel&UndergroundEngineering注浆速度60L/min，注浆压力1.5MPa，单孔注浆量

3.58m3，注浆步距60cm。

2）材料选取“超细水泥-水玻璃”双浆液作为注浆材料，浆液体积配比为：W∶MC=2∶1，MC∶S=1∶1，水玻璃密度为1.38g/cm3。

2.4.2“超细水泥-水玻璃”压力注浆原理

“超细水泥-水玻璃”压力注浆加固地基，是将具有一定压力的“超细水泥-水玻璃”浆液，通过土层颗

粒间的孔隙强行注入土层中，起到挤密和充填作用，迫使土层孔隙内的部分或大部分水和空气排去，从而加快土层的固结稳定，阻止或控制土体不均匀沉陷[2]。

2.4.3注浆工艺[3]

1）袖阀管结构由覫56mm的PVC外管、覫25mm

镀锌注浆内管及橡皮套、密封圈等组成。外管上开有

覫8mm的溢浆孔6个，有孔部位外面紧紧地套着抗爆

破压力为4.5MPa的橡胶套，橡胶套覆盖着溢浆孔，袖阀管结构如图3所示。

图4袖阀管注浆流程图

表明：并未出现预期的均匀渗透注浆效果，而是呈现了劈裂注浆的浆脉特征；浆脉分布不均匀，但基本形成了空间网状结构分布，使软弱部位的地层得到了加强，从而在整体上加固了地层。加固段芯样试验结果表明加固后的土层抗压强度达到了设计要求。

3.2工程监测结果分析

从工程施工监测的地面沉降情况看，在桥梁影响

范围外未采取加固措施的地面沉降约为19mm，典型

图3

袖阀管结构示意图

沉降曲线如图5所示；而施工段增加水平袖阀管注浆等措施后地面沉降明显减小，距离施工段最近的两个桥墩（13号、17号）未见沉降。采取加固措施后地面最大沉降为13mm，地面沉降在允许范围内（＜30mm）。

2）由于袖阀管是一种只能向管外出浆，不能向管

内返浆的单向闭合装置，因此，浆液可以通过溢浆孔进入地层，而地层中的水和颗粒难以进入注浆管中，从而使注浆管具有单向阀作用。

3）注浆采取后退式分段注浆，即利用止浆系统，在注浆孔内由孔底进行注浆，每次注浆段长0.6m，根

据地层情况定量定尺可控灌浆。

4）每段注浆完成后，向上或向下移动1个步距的芯管长度。人工采用2个管钳对称夹住芯管，两侧同时均匀用力，将芯管移动。每完成3～4m注浆长度，要拆

掉1节注浆芯管。注浆结束后，在注浆管上盖上闷盖，以便于复注施工时可根据需要灌注任何1个灌浆段。

图5

K4+280地面沉降曲线

2.4.433.1

施工流程4结论

工程实践表明：采用增加临时仰拱、加强初支以

袖阀管注浆施工流程如图4所示。工程实施效果和分析注浆效果分析

对加固段进行取芯试验及对注浆部位取样分析

及洞内水平袖阀管注浆等技术措施，基本达到了加固土体、控制沉降的预期效果。采取上述技术措施的区段

（下转第135页）

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工程测量与检测EngineeringSurvey&Detection由表2可以看出，测得的不同车速情况下主梁主跨跨中冲击系数为1.021～1.029，在车速小于60km/h时，冲击系数随着车速增加而增大，最大冲击系数相应的行车速度为60km/h。试验结果表明，动载对该桥产生的冲击系数较小，该桥面平整度良好，实桥的桥面非常平整。

3.4刹车试验

3.4.1测点布置及试验

根据主梁纵向漂移振型，在主梁主跨跨中位置做刹车试验，在主跨跨中布置纵向和竖向测点。

试验时，让1辆200kN的试验车以30km/h速度行驶到桥梁测点位置时实施紧急刹车，使其产生较大的制动力及对桥梁产生一定的冲击作用，并测定测点的最大动挠度及最大纵向位移。

3.3跳车试验

3.3.1测点布置及试验

根据结构的计算振型，跳车试验测点布置分为：

3.4.2试验结果

1）根据主梁竖向对称弯曲振型，在主跨、边跨跨中

分别做跳车试验，在各跨跨中两侧分别布置竖向测点。

采集各测点的顺桥向和横桥向振动响应，刹车引起的主梁主跨跨中左侧顺桥向最大位移为0.1mm，右侧顺桥向最大位移为0.163mm；刹车引起主梁主跨跨中左侧最大竖向位移为0.210mm，右侧最大竖向位移为0.202mm。

2）根据主梁主跨竖向2阶扭转振型，在主跨1/2处做偏载跳车试验，在主跨1/4跨处和跨中桥面两侧

分别布置竖向测点。

试验时，让1辆200kN的试验车后轮在桥梁测点位置从高度为15cm的三角形垫木上突然下落，从而产生对桥梁的冲击作用，激起桥梁的竖向振动，此时测定桥梁跨中的最大动挠度。

4结论

通过动载试验分析可知：

1）该桥的空间模型分析结果与实测频率基本吻合，

说明有限元模型具有较好的可靠性；总体上实测频率比理论频率大，说明该桥实际刚度优于设计值。

3.3.2结果分析

正载时主梁主跨跨中对跳车的动力响应最大竖向位移左侧为0.7mm，右侧为0.297mm；偏载时主梁主跨跨中对跳车的动力响应最大竖向位移左侧为

2）测试了无障碍跑车试验、跳车试验、刹车试验

作用下桥梁的强迫振动特性，结果表明：该桥在强迫振动作用下动力性能良好。参考文献：

[1]张启伟.斜拉桥正常运营条件下振动特性的变异性[J].同济

大学学报，2002，30（6）：661-666.收稿日期：2010-03-29

作者简介：张玉梅（1977-），女，甘肃临洮人，工程师，硕士，主要从事

桥梁检测工作。

1.11mm，右侧为0.163mm。正载时主梁边跨跨中对跳车的动力响应最大竖向位移左侧为0.537mm；偏载时

主梁边跨跨中对跳车的动力响应最大竖向位移左侧为0.681mm。

试验结果表明：对主梁各部位进行跳车试验，动力响应最大竖向位移值为1.11mm，发生位置在主梁主跨跨中左侧，工况为跨中偏载。（上接第103页）

地面沉降较其他地段地面沉降明显减小，相邻桥墩没有出现不利的变化。据此，我们可以做出以下结论：

6）工程施工采取的辅助措施是非常必要的，不但

有效的解决了施工难题，而且为以后类似工程的施工提供了经验。参考文献：

[1]中国建筑科学研究院.JGJ79-2002建筑地基处理技术规范

[S].北京：中国建筑工业出版社，2002.[2]刘大鹏，朱铁增，李旭丹.浅谈袖阀管劈裂注浆法在地基加

固处理中的应用[J].黑龙江交通科技，2006（8）：24.

1）施工采取的对于城铁知春路高架桥的保护措施

是适用的；

2）水平袖阀管注浆压力要根据不同地层进行调整，

增加浆液对土体劈裂效果，可以达到更好的加固隧道范围及周边土体的效果；

3）适当缩短注浆段长度，减小桥梁范围内注浆操

作时间，也能有效减小地面沉降；

[3]程骁，张凤祥.土建注浆施工与效果检测[M].上海：同济大学

出版社，1998：185.

收稿日期：2010-04-26

作者简介：王力勇（1974-），女，北京市人，工程师，学士，主要从事轨

道交通建设管理工作。

4）必须坚持“钻一孔，注一孔”的施工原则，减小

钻孔对桥梁产生的影响；

5）加强监控量测，用量测结果指导施工非常必要；

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