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(jìn)程的不斷加速，城市人口數(shù)量持續(xù)增長(zhǎng)，交通擁堵問(wèn)題日益嚴(yán)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(shè)與發(fā)展。據(jù)中國(guó)城市軌道交通協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，截至2023年，中國(guó)內(nèi)地已有50多個(gè)城市開(kāi)通城市軌道交通，運(yùn)營(yíng)線(xiàn)路總長(zhǎng)度超過(guò)10000公里。在城市軌道交通建設(shè)中，盾構(gòu)法施工因其具有施工速度快、對(duì)周邊環(huán)境影響小、施工安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于隧道建設(shè)。在盾構(gòu)施工過(guò)程中，由于城市地下空間有限，盾構(gòu)隧道不可避免地會(huì)側(cè)穿各類(lèi)既有建筑物，其中橋梁樁基是較為常見(jiàn)且重要的一種。橋梁作為城市交通網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，其安全穩(wěn)定對(duì)于保障城市交通的正常運(yùn)行至關(guān)重要。當(dāng)盾構(gòu)隧道在富水砂層中側(cè)穿橋梁樁基時(shí)，會(huì)引發(fā)一系列復(fù)雜的工程問(wèn)題。富水砂層具有顆粒松散、透水性強(qiáng)、自穩(wěn)性差等特點(diǎn)，盾構(gòu)施工過(guò)程中極易引起地層變形，導(dǎo)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(yán)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(shè)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(guò)程中，由于對(duì)地層變形控制不當(dāng)，導(dǎo)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(yán)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(jì)損失，還引起了社會(huì)的廣泛關(guān)注。此外，類(lèi)似的工程事故在國(guó)內(nèi)外其他城市的軌道交通建設(shè)中也時(shí)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(wèn)題已成為城市軌道交通建設(shè)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(duì)富水砂層盾構(gòu)側(cè)穿橋梁樁基的影響進(jìn)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(shí)際工程價(jià)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(yùn)行直接關(guān)系到城市的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。通過(guò)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(zhǔn)確掌握盾構(gòu)施工對(duì)橋梁樁基的作用機(jī)制和影響規(guī)律，提前預(yù)測(cè)樁基的變形和內(nèi)力變化情況，從而采取針對(duì)性的措施來(lái)保障橋梁在施工過(guò)程中的安全穩(wěn)定。這有助于避免因盾構(gòu)施工導(dǎo)致橋梁出現(xiàn)病害甚至垮塌等嚴(yán)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(fēng)險(xiǎn)角度來(lái)看，富水砂層盾構(gòu)側(cè)穿橋梁樁基的施工過(guò)程充滿(mǎn)了不確定性和風(fēng)險(xiǎn)。若對(duì)施工過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)認(rèn)識(shí)不足或控制不當(dāng)，可能會(huì)引發(fā)工程事故，導(dǎo)致工期延誤、成本增加以及人員傷亡等嚴(yán)重后果。本研究通過(guò)對(duì)施工過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行系統(tǒng)分析，提出科學(xué)合理的風(fēng)險(xiǎn)控制措施，能夠有效降低施工風(fēng)險(xiǎn)，確保盾構(gòu)施工的順利進(jìn)行。這不僅可以減少工程事故帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失，還能提高施工企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。在推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步層面，目前針對(duì)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(guò)深入開(kāi)展相關(guān)研究，有望進(jìn)一步完善盾構(gòu)施工對(duì)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(lèi)似工程的設(shè)計(jì)、施工和監(jiān)測(cè)提供有益的參考和借鑒，推動(dòng)城市軌道交通建設(shè)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1盾構(gòu)施工對(duì)橋梁樁基影響的研究盾構(gòu)施工對(duì)橋梁樁基影響的研究在國(guó)內(nèi)外都受到了廣泛關(guān)注，眾多學(xué)者和工程技術(shù)人員通過(guò)理論分析、數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)等方法展開(kāi)了深入研究。在理論分析方面，一些學(xué)者基于彈性力學(xué)、土力學(xué)等理論，建立了盾構(gòu)施工對(duì)橋梁樁基影響的理論模型。Chen等運(yùn)用理論解析方法對(duì)隧道鄰近樁基施工過(guò)程進(jìn)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(jì)算了不同距離條件下隧道開(kāi)挖造成土體和樁基位移。但由于實(shí)際工程中地質(zhì)條件、施工工藝等因素的復(fù)雜性，理論模型往往難以完全準(zhǔn)確地反映實(shí)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(duì)橋梁樁基影響的重要手段之一。隨著計(jì)算機(jī)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(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。王宏宇以西安地鐵16號(hào)線(xiàn)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(duì)盾構(gòu)隧道側(cè)穿臨近樁基的沉降和水平變形進(jìn)行計(jì)算模擬分析，探討了施工全過(guò)程中的樁基變形影響規(guī)律。周鑫等以杭州地鐵3號(hào)線(xiàn)工大站—留和站盾構(gòu)區(qū)間雙線(xiàn)施工為依托，運(yùn)用三維有限元軟件模擬盾構(gòu)開(kāi)挖施工的全過(guò)程，研究開(kāi)挖過(guò)程對(duì)地層沉降及鄰近橋梁樁基影響規(guī)律，發(fā)現(xiàn)雙線(xiàn)隧道先后開(kāi)挖使樁基產(chǎn)生附加摩阻力和附加軸力，單線(xiàn)開(kāi)挖時(shí)樁基彎矩變化明顯，雙線(xiàn)開(kāi)挖彎矩出現(xiàn)反向疊加效果。數(shù)值模擬能夠較為直觀(guān)地展示盾構(gòu)施工過(guò)程中樁基的位移、內(nèi)力變化情況，為工程設(shè)計(jì)和施工提供了重要參考。然而，數(shù)值模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性依賴(lài)于模型的合理性、參數(shù)的選取以及邊界條件的設(shè)定等因素，若這些因素處理不當(dāng)，可能導(dǎo)致模擬結(jié)果與實(shí)際情況存在偏差。現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)是驗(yàn)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)支持。在實(shí)際工程中，通常會(huì)在盾構(gòu)施工前、施工過(guò)程中和施工后對(duì)橋梁樁基的位移、沉降、內(nèi)力等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。畢景佩等以下穿小月河橋的北京地鐵27號(hào)線(xiàn)盾構(gòu)區(qū)間隧道工程為背景，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)研究了大斷面盾構(gòu)區(qū)間下穿小月河橋施工過(guò)程中橋面、蓋梁及橋樁位移變化規(guī)律特征?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)能夠真實(shí)反映盾構(gòu)施工對(duì)橋梁樁基的實(shí)際影響，但監(jiān)測(cè)工作受到監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置、監(jiān)測(cè)儀器精度、監(jiān)測(cè)頻率等因素的限制，且監(jiān)測(cè)結(jié)果具有一定的局限性，難以全面反映整個(gè)施工過(guò)程和復(fù)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(lái)了諸多挑戰(zhàn)，因此針對(duì)富水砂層施工技術(shù)的研究也成為了熱點(diǎn)。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(guò)向土體中添加改良劑，如泡沫、膨潤(rùn)土等，改善土體的和易性、流動(dòng)性和止水性，以保證盾構(gòu)開(kāi)挖面的穩(wěn)定。賈崇崴在鄭州地鐵8號(hào)線(xiàn)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(duì)富水砂層的特點(diǎn)，采用了合理的土體改良措施，有效減少了土層變形對(duì)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(jìn)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(shí)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(duì)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(jìn)行了優(yōu)化。但在實(shí)際施工中，由于富水砂層的透水性強(qiáng)，漿液容易流失，導(dǎo)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(wèn)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(wèn)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(jìn)參數(shù)，如土倉(cāng)壓力、推進(jìn)速度等，并采取有效的排水措施。對(duì)于管片上浮問(wèn)題，需要通過(guò)優(yōu)化管片設(shè)計(jì)、加強(qiáng)管片拼裝質(zhì)量控制以及采取有效的抗浮措施來(lái)解決。目前，針對(duì)這些問(wèn)題雖然已經(jīng)提出了一些解決方法，但在實(shí)際應(yīng)用中仍存在一些不足之處，需要進(jìn)一步完善和改進(jìn)。1.2.3研究現(xiàn)狀總結(jié)與展望綜上所述，國(guó)內(nèi)外在盾構(gòu)施工對(duì)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(duì)橋梁樁基影響的研究中，理論模型的準(zhǔn)確性有待提高，數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果的對(duì)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(duì)土體改良、同步注漿等關(guān)鍵技術(shù)取得了一定進(jìn)展，但在實(shí)際工程應(yīng)用中，仍存在一些技術(shù)難題尚未完全解決，如復(fù)雜地質(zhì)條件下的施工技術(shù)優(yōu)化、施工過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)控制等。未來(lái)的研究可以從以下幾個(gè)方面展開(kāi)：一是進(jìn)一步完善盾構(gòu)施工對(duì)橋梁樁基影響的理論模型，結(jié)合實(shí)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(zhǔn)確性和通用性；二是加強(qiáng)數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的結(jié)合，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)數(shù)值模擬模型進(jìn)行驗(yàn)證和修正，提高數(shù)值模擬結(jié)果的可靠性；三是針對(duì)富水砂層施工技術(shù)的難點(diǎn)問(wèn)題，開(kāi)展深入研究，開(kāi)發(fā)更加有效的土體改良劑和施工工藝，加強(qiáng)施工過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)和控制，確保盾構(gòu)施工的安全和順利進(jìn)行；四是綜合考慮盾構(gòu)施工對(duì)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(lèi)似工程提供更加科學(xué)、合理的技術(shù)支持。1.3研究?jī)?nèi)容與方法1.3.1研究?jī)?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(kāi)深入研究，具體內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：盾構(gòu)施工對(duì)橋梁樁基的影響分析：通過(guò)理論分析，深入研究盾構(gòu)施工過(guò)程中，富水砂層的力學(xué)特性變化對(duì)橋梁樁基的作用機(jī)制。結(jié)合彈性力學(xué)、土力學(xué)等相關(guān)理論，建立考慮富水砂層特性的盾構(gòu)施工對(duì)橋梁樁基影響的力學(xué)模型，分析樁基在盾構(gòu)施工擾動(dòng)下的受力狀態(tài)和變形規(guī)律。利用數(shù)值模擬手段，運(yùn)用專(zhuān)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(xì)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(jìn)速度、土倉(cāng)壓力、注漿壓力等）和地質(zhì)條件（如砂層的密實(shí)度、含水量、滲透系數(shù)等）下，盾構(gòu)施工對(duì)橋梁樁基位移、沉降和內(nèi)力的影響，分析各因素對(duì)樁基影響的敏感性。盾構(gòu)施工對(duì)橋梁樁基影響的控制措施研究：針對(duì)富水砂層的特點(diǎn)，研究有效的土體改良措施。通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，分析不同改良劑（如泡沫、膨潤(rùn)土、高分子聚合物等）對(duì)富水砂層土體和易性、流動(dòng)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(yīng)用。分析注漿材料的性能、注漿壓力、注漿量和注漿時(shí)間等因素對(duì)注漿效果的影響，優(yōu)化注漿參數(shù)，確保注漿能夠及時(shí)填充盾尾空隙，有效控制地層沉降，減少對(duì)橋梁樁基的影響。結(jié)合數(shù)值模擬和工程經(jīng)驗(yàn)，制定合理的盾構(gòu)施工參數(shù)控制方案。明確盾構(gòu)掘進(jìn)速度、土倉(cāng)壓力、推進(jìn)力等施工參數(shù)的合理取值范圍，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和反饋調(diào)整，保證盾構(gòu)施工過(guò)程的穩(wěn)定性，降低對(duì)橋梁樁基的擾動(dòng)。工程案例分析：選取實(shí)際的富水砂層盾構(gòu)側(cè)穿橋梁樁基工程案例，對(duì)該工程的地質(zhì)條件、盾構(gòu)施工方案、橋梁樁基的保護(hù)措施等進(jìn)行詳細(xì)介紹。在工程案例中，對(duì)盾構(gòu)施工過(guò)程中的橋梁樁基位移、沉降和內(nèi)力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，獲取實(shí)際的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與數(shù)值模擬結(jié)果和理論分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)證數(shù)值模擬模型和理論分析方法的準(zhǔn)確性，同時(shí)總結(jié)工程實(shí)踐中的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，為類(lèi)似工程提供參考。1.3.2研究方法本研究將綜合運(yùn)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(zhuān)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(xì)考慮富水砂層的地質(zhì)特性、盾構(gòu)施工過(guò)程以及橋梁樁基的結(jié)構(gòu)特征。通過(guò)模擬不同的施工工況和參數(shù)變化，分析盾構(gòu)施工對(duì)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(guān)地展示盾構(gòu)施工過(guò)程中橋梁樁基的力學(xué)響應(yīng)，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(jī)制?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)法：在實(shí)際工程中，對(duì)盾構(gòu)施工過(guò)程中的橋梁樁基進(jìn)行全方位的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)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(guò)在橋梁樁基上布置高精度的監(jiān)測(cè)儀器（如水準(zhǔn)儀、全站儀、應(yīng)變計(jì)等），實(shí)時(shí)獲取監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)能夠真實(shí)反映盾構(gòu)施工對(duì)橋梁樁基的實(shí)際影響，為驗(yàn)證數(shù)值模擬結(jié)果和理論分析方法的準(zhǔn)確性提供依據(jù)，同時(shí)也能為施工過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)控制和決策提供實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)支持。理論分析法：基于彈性力學(xué)、土力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)等相關(guān)理論，建立盾構(gòu)施工對(duì)橋梁樁基影響的理論分析模型。通過(guò)理論推導(dǎo)和計(jì)算，分析盾構(gòu)施工過(guò)程中富水砂層的力學(xué)特性變化對(duì)橋梁樁基的作用機(jī)制，以及樁基在盾構(gòu)施工擾動(dòng)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(xué)關(guān)系，為數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)提供理論基礎(chǔ)，同時(shí)也有助于提出科學(xué)合理的控制措施和設(shè)計(jì)建議。文獻(xiàn)研究法：廣泛查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)的學(xué)術(shù)文獻(xiàn)、工程報(bào)告和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，了解盾構(gòu)施工對(duì)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(shì)。對(duì)已有的研究成果進(jìn)行系統(tǒng)梳理和分析，總結(jié)前人的研究經(jīng)驗(yàn)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(fù)研究，同時(shí)也能夠在已有研究的基礎(chǔ)上進(jìn)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(diǎn)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(xì)砂等類(lèi)型。這些砂粒之間的孔隙較大，使得富水砂層具有較強(qiáng)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(yuǎn)大于一般黏性土的滲透系數(shù)。較大的孔隙和較強(qiáng)的滲透性導(dǎo)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(lái)維持土體的穩(wěn)定性。其顆粒級(jí)配決定了砂層的密實(shí)程度和力學(xué)性質(zhì)。當(dāng)砂層的顆粒級(jí)配良好時(shí)，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(shí)度和承載能力；而當(dāng)顆粒級(jí)配不良時(shí)，砂粒之間的空隙較大，砂層的密實(shí)度和承載能力相對(duì)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(shí)，砂層容易發(fā)生壓縮變形，導(dǎo)致地層沉降。2.1.2富水砂層對(duì)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(lái)了諸多挑戰(zhàn)，易引發(fā)一系列工程問(wèn)題，嚴(yán)重威脅盾構(gòu)施工的安全與質(zhì)量。噴涌問(wèn)題是富水砂層盾構(gòu)施工中常見(jiàn)的難題之一。由于富水砂層含水量豐富、滲透性好，且受擾動(dòng)后易液化，在盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中，土倉(cāng)內(nèi)的壓力一旦失衡，就容易導(dǎo)致大量的泥砂和地下水從螺旋輸送機(jī)或盾尾噴出。噴涌現(xiàn)象不僅會(huì)影響盾構(gòu)的正常掘進(jìn)，延長(zhǎng)施工時(shí)間，增加施工成本，還可能引起地層沉降，導(dǎo)致地面建筑物開(kāi)裂、損壞。例如，在某城市地鐵施工中，盾構(gòu)在富水砂層掘進(jìn)時(shí)發(fā)生噴涌，大量泥砂噴出，導(dǎo)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(jìn)行處理，造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響。坍塌問(wèn)題也是富水砂層盾構(gòu)施工面臨的重大風(fēng)險(xiǎn)。砂層的穩(wěn)定性差，在盾構(gòu)開(kāi)挖過(guò)程中，土體受到擾動(dòng)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(dāng)盾構(gòu)機(jī)穿越砂層與其他地層的交界面時(shí)，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(huì)導(dǎo)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(duì)周邊環(huán)境和地下管線(xiàn)造成嚴(yán)重破壞。沉降問(wèn)題同樣不容忽視。在富水砂層盾構(gòu)施工中，盾構(gòu)掘進(jìn)會(huì)對(duì)周?chē)馏w產(chǎn)生擾動(dòng)，導(dǎo)致土體的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化，進(jìn)而引起地層沉降。一方面，砂層自身自穩(wěn)性差，從刀盤(pán)開(kāi)挖到注漿填充的過(guò)程中，不可避免地會(huì)產(chǎn)生砂層沉降；另一方面，掘進(jìn)過(guò)程中砂層失水以及對(duì)砂層的擾動(dòng)，都會(huì)導(dǎo)致砂層產(chǎn)生沉降。若沉降控制不當(dāng)，可能會(huì)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(diǎn)2.2.1盾構(gòu)機(jī)的工作原理盾構(gòu)機(jī)是盾構(gòu)法施工的核心設(shè)備，其工作原理是通過(guò)一個(gè)圓柱形的鋼組件，即護(hù)盾，沿著隧洞軸線(xiàn)邊向前推進(jìn)邊對(duì)土壤進(jìn)行挖掘。護(hù)盾對(duì)挖掘出的還未襯砌的隧洞段起著臨時(shí)支撐的作用，承受周?chē)翆拥膲毫?，有時(shí)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(jìn)過(guò)程中，盾構(gòu)機(jī)前端的刀盤(pán)在動(dòng)力驅(qū)動(dòng)下高速旋轉(zhuǎn)，切削前方的土體。刀盤(pán)上安裝有各種類(lèi)型的刀具，如切刀、刮刀、滾刀等，以適應(yīng)不同地層的切削需求。對(duì)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(lái)的土體進(jìn)入刀盤(pán)后面的土艙，土艙內(nèi)的土體通過(guò)螺旋輸送機(jī)被輸送至地面進(jìn)行處理。在土壓平衡盾構(gòu)機(jī)中，通過(guò)控制螺旋輸送機(jī)的轉(zhuǎn)速和出土量，使土艙內(nèi)的土壓力與開(kāi)挖面的地層土壓力保持平衡，從而保證開(kāi)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(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)土艙壓力和地層土壓力，及時(shí)調(diào)整螺旋輸送機(jī)的轉(zhuǎn)速，確保了開(kāi)挖面的穩(wěn)定，避免了因土壓力失衡導(dǎo)致的涌水、涌砂等問(wèn)題。盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)動(dòng)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(dòng)盾構(gòu)機(jī)向前移動(dòng)。當(dāng)盾構(gòu)機(jī)向前推進(jìn)一段距離（一般為一塊管片的寬度）后，停止推進(jìn)，進(jìn)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(qiáng)度和防水性能。管片拼裝在盾尾的保護(hù)下進(jìn)行，通過(guò)管片拼裝機(jī)將預(yù)制好的管片按照設(shè)計(jì)要求拼裝成環(huán)形，形成隧道的支護(hù)結(jié)構(gòu)。管片之間通過(guò)螺栓連接，確保襯砌的整體性和穩(wěn)定性。隨著盾構(gòu)機(jī)的不斷推進(jìn)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(jī)土艙內(nèi)的土壓力與開(kāi)挖面的地層土壓力保持平衡，防止開(kāi)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(qiáng)，地下水壓力對(duì)土壓力平衡影響較大，因此土壓平衡控制尤為重要。要實(shí)現(xiàn)土壓平衡控制，需要準(zhǔn)確設(shè)定土倉(cāng)壓力。土倉(cāng)壓力的設(shè)定應(yīng)根據(jù)地質(zhì)勘察資料，結(jié)合盾構(gòu)機(jī)的埋深、地層土性、地下水水位等因素進(jìn)行計(jì)算確定。在施工過(guò)程中，通過(guò)土壓力傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)土倉(cāng)壓力，并根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)速度、螺旋輸送機(jī)的轉(zhuǎn)速等參數(shù)，以維持土倉(cāng)壓力的穩(wěn)定。當(dāng)土倉(cāng)壓力過(guò)高時(shí)，可適當(dāng)加快螺旋輸送機(jī)的轉(zhuǎn)速，增加出土量；當(dāng)土倉(cāng)壓力過(guò)低時(shí)，則應(yīng)降低螺旋輸送機(jī)的轉(zhuǎn)速，減少出土量，同時(shí)適當(dāng)提高盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)速度。同步注漿是在盾構(gòu)推進(jìn)的同時(shí)，通過(guò)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(yīng)選用具有良好的流動(dòng)性、填充性、早強(qiáng)性和耐久性的材料。常用的注漿材料有水泥砂漿、膨潤(rùn)土泥漿、雙液漿等。在富水砂層中，考慮到砂層的滲透性強(qiáng)，漿液容易流失，通常選用水泥砂漿作為注漿材料，并通過(guò)添加外加劑來(lái)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(yīng)根據(jù)地層條件、隧道埋深、管片強(qiáng)度等因素合理確定，一般應(yīng)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(guò)大，以免造成管片變形或地面隆起。注漿量應(yīng)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(jìn)行計(jì)算確定，并在施工過(guò)程中根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。在某富水砂層盾構(gòu)施工項(xiàng)目中，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)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(jìn)行。盾構(gòu)姿態(tài)調(diào)整是確保盾構(gòu)機(jī)按照設(shè)計(jì)軸線(xiàn)掘進(jìn)，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(jī)在掘進(jìn)過(guò)程中容易出現(xiàn)偏移、下沉等姿態(tài)變化，因此需要及時(shí)進(jìn)行盾構(gòu)姿態(tài)調(diào)整。盾構(gòu)機(jī)配備了自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)，通過(guò)測(cè)量?jī)x器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)盾構(gòu)機(jī)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(cè)量數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)軸線(xiàn)進(jìn)行對(duì)比分析，計(jì)算出盾構(gòu)機(jī)的偏差量和糾偏量，然后通過(guò)調(diào)整盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)油缸、鉸接油缸等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)姿態(tài)的調(diào)整。在進(jìn)行盾構(gòu)姿態(tài)調(diào)整時(shí)，應(yīng)遵循“勤測(cè)、勤糾、小糾”的原則，避免大幅度糾偏，以免對(duì)地層造成過(guò)大的擾動(dòng)。例如，當(dāng)盾構(gòu)機(jī)出現(xiàn)向左偏移時(shí)，可適當(dāng)增加右側(cè)推進(jìn)油缸的推力，減小左側(cè)推進(jìn)油缸的推力，使盾構(gòu)機(jī)逐漸向右調(diào)整，回到設(shè)計(jì)軸線(xiàn)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(lèi)型與結(jié)構(gòu)在橋梁工程中，樁基作為重要的基礎(chǔ)形式，其類(lèi)型豐富多樣，每種類(lèi)型都有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和適用場(chǎng)景。鉆孔灌注樁是目前應(yīng)用廣泛的一種樁基類(lèi)型。它通過(guò)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(zhǎng)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(zhǎng)可達(dá)數(shù)十米甚至上百米。這種樁基適用于各類(lèi)土層，包括碎石類(lèi)土層和巖石層。在穿越復(fù)雜地層時(shí)，如遇到軟硬不均的地層，鉆孔灌注樁能夠憑借自身的適應(yīng)性，通過(guò)調(diào)整鉆進(jìn)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(shè)中，橋址處地質(zhì)條件復(fù)雜，上部為深厚的軟土層，下部為堅(jiān)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(yù)制樁也是常見(jiàn)的橋梁樁基類(lèi)型，包括預(yù)制混凝土樁和鋼樁。預(yù)制混凝土樁一般在工廠(chǎng)或施工現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制，然后通過(guò)錘擊、靜壓或振動(dòng)等方式沉入地基。其形狀多為方形或圓形，邊長(zhǎng)或直徑通常在0.3-1.2米之間。預(yù)制混凝土樁的優(yōu)點(diǎn)是樁身質(zhì)量易于控制，強(qiáng)度較高，能夠承受較大的荷載。在一些對(duì)工期要求較高的工程中，預(yù)制樁可以提前預(yù)制，現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)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(qiáng)度高，在土中穿透能力強(qiáng)。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(fù)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(qiáng)度和良好的穿透性，順利到達(dá)設(shè)計(jì)深度。在沿海地區(qū)的橋梁建設(shè)中，由于地質(zhì)條件復(fù)雜，地下水位高，砂層深厚，常采用鋼管樁作為基礎(chǔ)，取得了良好的工程效果。此外，還有一些特殊類(lèi)型的樁基，如管柱基礎(chǔ)和沉井基礎(chǔ)。管柱基礎(chǔ)一般直徑較大，最下端一節(jié)制成開(kāi)口狀，在施工時(shí)靠專(zhuān)門(mén)設(shè)備強(qiáng)迫振動(dòng)或扭動(dòng)，并輔以管內(nèi)排土而下沉。若落于基巖，還可通過(guò)鑿巖使錨固于巖盤(pán)。管柱基礎(chǔ)適用于較復(fù)雜的水文地質(zhì)條件，尤其是在大跨度橋梁或?qū)A(chǔ)穩(wěn)定性要求較高的工程中應(yīng)用較多。沉井基礎(chǔ)則是一種剛性大、穩(wěn)定性好的深基礎(chǔ)類(lèi)型，它通過(guò)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(shè)計(jì)深度。沉井基礎(chǔ)適用于對(duì)基礎(chǔ)承載力要求較高，對(duì)基礎(chǔ)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(jī)理橋梁樁基的承載機(jī)理主要是通過(guò)樁側(cè)摩阻力和樁端阻力將橋梁荷載傳遞至地基。當(dāng)橋梁上部結(jié)構(gòu)傳來(lái)荷載時(shí)，樁身首先產(chǎn)生向下的位移，樁身與周?chē)馏w之間產(chǎn)生相對(duì)位移，從而使土體對(duì)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(duì)位移等因素有關(guān)。一般來(lái)說(shuō)，樁身與土體的接觸面積越大，樁側(cè)摩阻力越大；土體的強(qiáng)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(shí)，樁端也會(huì)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(duì)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(dāng)樁端置于堅(jiān)硬的巖石層或密實(shí)的砂土層中時(shí)，樁端阻力較大，能夠承擔(dān)較大的荷載；而當(dāng)樁端位于軟弱土層中時(shí)，樁端阻力相對(duì)較小。在設(shè)計(jì)橋梁樁基時(shí)，需要根據(jù)地質(zhì)勘察資料，準(zhǔn)確評(píng)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(duì)樁基承載力有顯著影響。在軟土地層中，由于土體的強(qiáng)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(dǎo)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(duì)較高。樁的尺寸和形狀也會(huì)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(yīng)增大；樁長(zhǎng)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(duì)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(duì)樁基承載力也不容忽視。在鉆孔灌注樁施工中，如果泥漿護(hù)壁效果不佳，可能導(dǎo)致孔壁坍塌，影響樁身質(zhì)量和承載力；在預(yù)制樁施工中，錘擊或靜壓的施工參數(shù)不當(dāng)，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(jī)理在盾構(gòu)施工過(guò)程中，土體位移變化是一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)過(guò)程，可分為多個(gè)階段，每個(gè)階段都有其獨(dú)特的形成原因與影響因素。在盾構(gòu)機(jī)尚未到達(dá)之前，由于前期地質(zhì)勘察、施工準(zhǔn)備等活動(dòng)對(duì)土體產(chǎn)生了一定的擾動(dòng)，同時(shí)，地下水位的變化、土體自身的固結(jié)等因素，會(huì)導(dǎo)致土體產(chǎn)生初期沉降。在某富水砂層盾構(gòu)施工項(xiàng)目中，前期地質(zhì)勘察鉆孔導(dǎo)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(dòng)，使得該區(qū)域土體在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)前就出現(xiàn)了一定程度的沉降，最大沉降量達(dá)到了5mm。當(dāng)盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)時(shí)，刀盤(pán)切削土體，破壞了土體原有的應(yīng)力平衡狀態(tài)。開(kāi)挖面處的土體由于失去側(cè)向支撐，在自重和周?chē)馏w壓力的作用下，會(huì)向盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)方向移動(dòng)，從而產(chǎn)生掘進(jìn)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(jī)掘進(jìn)速度過(guò)快，開(kāi)挖面處的土體來(lái)不及重新調(diào)整應(yīng)力狀態(tài)，就會(huì)導(dǎo)致掘進(jìn)面沉降加劇。相關(guān)研究表明，當(dāng)盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)速度從30mm/min提高到50mm/min時(shí)，掘進(jìn)面沉降量會(huì)增加20%-30%。盾構(gòu)機(jī)通過(guò)后，盾尾與管片之間會(huì)形成盾尾空隙。在富水砂層中，由于砂層的流動(dòng)性和地下水的作用，盾尾空隙周?chē)耐馏w無(wú)法及時(shí)得到有效支撐，會(huì)迅速向空隙內(nèi)移動(dòng)，導(dǎo)致盾尾沉降和盾尾空隙沉降。如果同步注漿不及時(shí)或注漿量不足，無(wú)法充分填充盾尾空隙，土體的沉降量會(huì)進(jìn)一步增大。在某工程中，由于同步注漿設(shè)備故障，注漿量減少了30%，導(dǎo)致盾尾空隙周?chē)馏w沉降量比正常情況增加了50%，對(duì)周邊環(huán)境造成了較大影響。隨著時(shí)間的推移，土體在自身的蠕變特性以及外部荷載的長(zhǎng)期作用下，會(huì)產(chǎn)生長(zhǎng)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(huì)導(dǎo)致長(zhǎng)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(shí)間長(zhǎng)，對(duì)橋梁樁基等長(zhǎng)期穩(wěn)定性要求較高的結(jié)構(gòu)物影響較大。長(zhǎng)期延續(xù)沉降可能會(huì)使橋梁樁基產(chǎn)生不均勻沉降，導(dǎo)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(duì)土體水平位移和豎向位移有著顯著影響。當(dāng)隧道埋深較淺時(shí)，盾構(gòu)施工對(duì)土體的擾動(dòng)更容易傳遞到地面，導(dǎo)致土體水平位移和豎向位移增大。這是因?yàn)闇\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(yīng)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(qiáng)，盾構(gòu)施工對(duì)土體的擾動(dòng)在傳播過(guò)程中逐漸被削弱，土體水平位移和豎向位移會(huì)相應(yīng)減小。盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)如掘進(jìn)速度、土倉(cāng)壓力等對(duì)土體位移也有重要影響。掘進(jìn)速度過(guò)快，會(huì)使土體來(lái)不及適應(yīng)盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)，導(dǎo)致土體位移增大。在富水砂層中，過(guò)快的掘進(jìn)速度還可能引發(fā)噴涌等問(wèn)題，進(jìn)一步加劇土體位移。土倉(cāng)壓力的設(shè)定直接關(guān)系到開(kāi)挖面的穩(wěn)定性，若土倉(cāng)壓力過(guò)小，開(kāi)挖面土體容易失穩(wěn)，導(dǎo)致土體位移增大；若土倉(cāng)壓力過(guò)大，會(huì)對(duì)周?chē)馏w產(chǎn)生過(guò)大的擠壓，同樣會(huì)引起土體位移增大。在某富水砂層盾構(gòu)施工中，當(dāng)土倉(cāng)壓力設(shè)定比理論值低0.1MPa時(shí)，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(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)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(jìn)過(guò)程中土體水平位移最大值出現(xiàn)在距離隧道中心線(xiàn)約1.5倍隧道直徑的位置，水平位移值達(dá)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(jìn)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(xiàn)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(guò)對(duì)不同掘進(jìn)速度和土倉(cāng)壓力下的土體位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)當(dāng)掘進(jìn)速度從35mm/min提高到45mm/min時(shí)，土體水平位移和豎向位移分別增加了10%-15%；當(dāng)土倉(cāng)壓力在合理范圍內(nèi)增加0.05MPa時(shí)，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(duì)橋梁樁基的力學(xué)影響3.2.1樁土相互作用在盾構(gòu)施工過(guò)程中，由于隧道開(kāi)挖，周?chē)馏w的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生顯著變化，這對(duì)樁土之間的相互作用力產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。在富水砂層中，盾構(gòu)施工的擾動(dòng)使得砂層的密實(shí)度和強(qiáng)度發(fā)生改變，進(jìn)而導(dǎo)致樁側(cè)摩阻力和樁端阻力的變化。當(dāng)盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)靠近橋梁樁基時(shí)，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(dòng)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(duì)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(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過(guò)程中，靠近盾構(gòu)一側(cè)的樁側(cè)摩阻力明顯增大，而遠(yuǎn)離盾構(gòu)一側(cè)的樁側(cè)摩阻力則有所減小。當(dāng)盾構(gòu)機(jī)距離樁基較近時(shí)，靠近盾構(gòu)一側(cè)的樁側(cè)摩阻力增加了約30%，這是因?yàn)槎軜?gòu)施工的擠壓作用使得樁周土體對(duì)樁身的約束增強(qiáng)，摩擦力增大。盾構(gòu)施工還會(huì)導(dǎo)致樁端阻力的變化。隧道開(kāi)挖后，樁端土體的應(yīng)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(huì)導(dǎo)致樁端土體的松動(dòng)，從而降低樁端阻力。根據(jù)相關(guān)研究和工程實(shí)踐，當(dāng)盾構(gòu)施工引起的地層沉降達(dá)到一定程度時(shí)，樁端阻力可能會(huì)降低10%-20%。樁端阻力的降低會(huì)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(dǎo)致樁端土體松動(dòng)，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(duì)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(dān)的，當(dāng)兩者發(fā)生變化時(shí)，樁基的承載能力也會(huì)相應(yīng)改變。如果樁側(cè)摩阻力和樁端阻力的減小超過(guò)一定限度，樁基可能無(wú)法承受橋梁上部結(jié)構(gòu)傳來(lái)的荷載，導(dǎo)致樁基沉降過(guò)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(lái)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(mǎn)足要求。3.2.2負(fù)摩擦力的產(chǎn)生與影響在盾構(gòu)施工過(guò)程中，尤其是在富水砂層這種特殊地質(zhì)條件下，負(fù)摩擦力的產(chǎn)生是一個(gè)不可忽視的問(wèn)題。盾構(gòu)施工對(duì)周?chē)貙赢a(chǎn)生擾動(dòng)，導(dǎo)致土體變形，當(dāng)樁周?chē)翆拥南鲁亮看笥谙鄳?yīng)深度處樁身的下沉量時(shí)，即土層相對(duì)樁產(chǎn)生向下的位移，土對(duì)樁側(cè)就會(huì)產(chǎn)生向下的摩擦力，這種摩擦力被稱(chēng)為負(fù)摩擦力。在富水砂層中，盾構(gòu)施工引起的土體變形更為復(fù)雜。一方面，盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中刀盤(pán)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(huì)導(dǎo)致土體的應(yīng)力釋放和變形。另一方面，富水砂層的透水性強(qiáng)，地下水的滲流也會(huì)對(duì)土體的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。在某富水砂層盾構(gòu)施工項(xiàng)目中，由于盾構(gòu)掘進(jìn)速度過(guò)快，同步注漿不及時(shí)，導(dǎo)致盾尾空隙周?chē)耐馏w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(guò)應(yīng)變計(jì)監(jiān)測(cè)到樁身受到了明顯的負(fù)摩擦力作用，負(fù)摩擦力的最大值達(dá)到了設(shè)計(jì)摩阻力的40%。負(fù)摩擦力的存在對(duì)樁身附加沉降和樁基承載力有著嚴(yán)重的削弱作用。負(fù)摩擦力會(huì)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(huì)更加明顯。負(fù)摩擦力還會(huì)削弱樁基的承載力。當(dāng)樁側(cè)負(fù)摩擦力過(guò)大時(shí)，樁基的實(shí)際承載能力會(huì)降低，可能無(wú)法滿(mǎn)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(fù)摩擦力的影響，樁基的承載力降低了25%，導(dǎo)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(fù)摩擦力的影響，在盾構(gòu)施工前，可以對(duì)樁周土體進(jìn)行加固處理，提高土體的穩(wěn)定性；在施工過(guò)程中，合理控制盾構(gòu)掘進(jìn)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(fù)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(zhǎng)度的增加，隧道開(kāi)挖引起的豎向位移會(huì)明顯減小。這是因?yàn)檩^長(zhǎng)的樁基能夠更好地傳遞荷載，分散盾構(gòu)施工對(duì)土體的擾動(dòng)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(kāi)挖對(duì)下層土體的擾動(dòng)大于上層土體，擾動(dòng)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(guò)對(duì)不同長(zhǎng)度樁基的監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，樁長(zhǎng)為20m的樁基，其樁頂豎向位移為15mm，而樁底豎向位移達(dá)到了25mm；而樁長(zhǎng)為30m的樁基，樁頂豎向位移為10mm，樁底豎向位移為18mm，充分驗(yàn)證了上述規(guī)律。盾構(gòu)施工導(dǎo)致樁基承載力損失的原因主要有兩個(gè)方面。一方面，如前文所述，盾構(gòu)施工引起的土體變形會(huì)改變樁土相互作用，導(dǎo)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(guò)程中產(chǎn)生的振動(dòng)和擠壓等作用，可能會(huì)對(duì)樁身結(jié)構(gòu)造成一定的損傷，影響樁身的強(qiáng)度和完整性，進(jìn)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(duì)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(guò)程中的振動(dòng)導(dǎo)致樁身出現(xiàn)了細(xì)微裂縫，雖然裂縫寬度較小，但經(jīng)過(guò)檢測(cè)，樁基的承載力仍然下降了10%左右。目前，計(jì)算樁基承載力損失的方法主要有經(jīng)驗(yàn)公式法和數(shù)值模擬法。經(jīng)驗(yàn)公式法是根據(jù)大量的工程實(shí)踐和試驗(yàn)數(shù)據(jù)，總結(jié)出的一些經(jīng)驗(yàn)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(jìn)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(guò)模擬盾構(gòu)施工過(guò)程，分析樁基的受力和變形情況，從而計(jì)算出樁基承載力的損失。數(shù)值模擬法能夠更準(zhǔn)確地反映實(shí)際情況，但需要準(zhǔn)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(jì)算得到的樁基承載力損失與現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果較為接近，驗(yàn)證了數(shù)值模擬法的有效性。但在實(shí)際應(yīng)用中，仍需要結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)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(jìn)速度是影響橋梁樁基變形的重要參數(shù)之一。掘進(jìn)速度過(guò)快，盾構(gòu)機(jī)對(duì)土體的擾動(dòng)加劇，土體來(lái)不及重新分布應(yīng)力，容易導(dǎo)致地層變形增大，進(jìn)而影響橋梁樁基。在富水砂層中，由于砂層的自穩(wěn)性差，過(guò)快的掘進(jìn)速度可能引發(fā)噴涌等問(wèn)題，進(jìn)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(shí)踐，當(dāng)掘進(jìn)速度超過(guò)一定閾值時(shí)，橋梁樁基的沉降量會(huì)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(jìn)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(shè)定對(duì)于控制橋梁樁基變形至關(guān)重要。土壓力過(guò)大，會(huì)對(duì)周?chē)馏w產(chǎn)生過(guò)大的擠壓，導(dǎo)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(guò)小，則無(wú)法有效平衡開(kāi)挖面的土體壓力，可能引起開(kāi)挖面坍塌，同樣會(huì)對(duì)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(jì)算和控制更為復(fù)雜。在某工程中，通過(guò)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(dāng)土壓力設(shè)定比理論值低0.1MPa時(shí)，橋梁樁基的水平位移增加了10mm，豎向沉降增加了8mm；而當(dāng)土壓力設(shè)定比理論值高0.1MPa時(shí)，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(jìn)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(qiáng)，漿液容易流失，因此需要適當(dāng)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?chē)耐馏w無(wú)法得到有效支撐，會(huì)產(chǎn)生較大的沉降，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)和數(shù)值模擬，對(duì)不同注漿量下的地層變形和橋梁樁基沉降進(jìn)行了對(duì)比分析。結(jié)果表明，當(dāng)注漿量為理論值的80%時(shí)，橋梁樁基的最大沉降量為20mm；當(dāng)注漿量增加到理論值的120%時(shí)，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(duì)位置樁基與隧道的水平距離對(duì)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(duì)樁基的影響逐漸增大。當(dāng)水平距離較小時(shí)，盾構(gòu)施工引起的土體位移和應(yīng)力變化更容易傳遞到樁基上，導(dǎo)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(guò)數(shù)值模擬分析了不同水平距離下樁基的變形情況。當(dāng)水平距離為1倍隧道直徑時(shí)，樁基的最大水平位移為15mm，最大豎向沉降為20mm；當(dāng)水平距離增加到3倍隧道直徑時(shí)，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(huì)影響樁基變形。一般來(lái)說(shuō)，垂直距離越小，盾構(gòu)施工對(duì)樁基的影響越大。當(dāng)隧道與樁基的垂直距離較小時(shí)，盾構(gòu)施工引起的土體沉降會(huì)直接作用于樁基，導(dǎo)致樁基產(chǎn)生較大的沉降。在某工程中，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)隧道與樁基的垂直距離為5m時(shí)，樁基的沉降量明顯大于垂直距離為10m時(shí)的情況。在垂直距離為5m時(shí)，樁基的最大沉降量達(dá)到了30mm，而在垂直距離為10m時(shí)，樁基的最大沉降量為15mm。樁長(zhǎng)也是影響樁基變形的重要因素之一。較長(zhǎng)的樁基礎(chǔ)能夠更好地分散盾構(gòu)施工引起的土體變形和應(yīng)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(duì)不同樁長(zhǎng)的樁基進(jìn)行了監(jiān)測(cè)和分析。結(jié)果表明，樁長(zhǎng)為30m的樁基，在盾構(gòu)施工過(guò)程中的最大沉降量為10mm，最大水平位移為8mm；而樁長(zhǎng)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(shí)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(yīng)不小于3倍隧道直徑，垂直安全距離應(yīng)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(shí)，應(yīng)根據(jù)樁基的承載要求和盾構(gòu)施工的影響范圍，合理設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)，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(duì)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(qiáng)，在盾構(gòu)施工過(guò)程中，地下水容易涌入隧道，增加施工難度和風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，地下水的流動(dòng)會(huì)帶走砂粒，導(dǎo)致土體結(jié)構(gòu)破壞，進(jìn)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(dá)到了10?3cm/s，在盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中出現(xiàn)了涌水現(xiàn)象，導(dǎo)致隧道周?chē)馏w大量流失，地面沉降量達(dá)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(gè)重要特性，它直接影響砂層的力學(xué)性質(zhì)和穩(wěn)定性。含水量過(guò)高，砂層的飽和度增大，土體的抗剪強(qiáng)度降低，容易發(fā)生液化和流砂現(xiàn)象。在盾構(gòu)施工過(guò)程中，砂層的液化和流砂會(huì)導(dǎo)致土體的流動(dòng)性增加，盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)難度增大，同時(shí)也會(huì)對(duì)橋梁樁基的穩(wěn)定性造成嚴(yán)重威脅。在某工程中，當(dāng)富水砂層的含水量超過(guò)30%時(shí)，盾構(gòu)施工過(guò)程中出現(xiàn)了砂層液化現(xiàn)象，導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)被卡住，無(wú)法正常掘進(jìn)，橋梁樁基也出現(xiàn)了較大的位移和沉降。顆粒級(jí)配決定了富水砂層的密實(shí)程度和力學(xué)性能。良好的顆粒級(jí)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(shí)度和承載能力。而不良的顆粒級(jí)配則會(huì)導(dǎo)致砂層的空隙較大，密實(shí)度和承載能力較低。在盾構(gòu)施工中，顆粒級(jí)配不良的砂層更容易受到擾動(dòng)，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(duì)不同顆粒級(jí)配的砂層進(jìn)行了分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，顆粒級(jí)配良好的砂層，在盾構(gòu)施工過(guò)程中，土體的變形較小，橋梁樁基的沉降和位移也相對(duì)較小；而顆粒級(jí)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(zhǔn)備與評(píng)估4.1.1地質(zhì)勘察與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估在富水砂層盾構(gòu)側(cè)穿橋梁樁基施工前，詳細(xì)的地質(zhì)勘察是確保施工安全和工程質(zhì)量的基礎(chǔ)，其重要性不言而喻。通過(guò)地質(zhì)勘察，可以獲取施工區(qū)域準(zhǔn)確的地質(zhì)信息，為后續(xù)的工程設(shè)計(jì)、施工方案制定以及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)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(cè)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(guò)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(xì)信息的關(guān)鍵手段，通過(guò)鉆孔取芯，可以直觀(guān)地觀(guān)察地層的巖性、顆粒組成、含水量等；原位測(cè)試則能在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定土體的物理力學(xué)性質(zhì)，如標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)可以確定砂層的密實(shí)度和強(qiáng)度。在某富水砂層盾構(gòu)側(cè)穿橋梁樁基工程中，通過(guò)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(jìn)行了詳細(xì)的鉆探工作，共布置了20個(gè)鉆孔，鉆孔深度達(dá)到隧道底部以下10m。在鉆探過(guò)程中，對(duì)每個(gè)鉆孔進(jìn)行了巖芯采取，并對(duì)巖芯進(jìn)行了詳細(xì)的描述和分析。通過(guò)原位測(cè)試，采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)對(duì)砂層的密實(shí)度進(jìn)行了測(cè)定，結(jié)果表明該區(qū)域砂層的標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)在10-20擊之間，屬于中密-密實(shí)砂層。還進(jìn)行了滲透試驗(yàn)，確定了砂層的滲透系數(shù)在10?3-10?2cm/s之間，具有較強(qiáng)的滲透性?；诘刭|(zhì)勘察獲取的數(shù)據(jù)，運(yùn)用科學(xué)的方法對(duì)盾構(gòu)側(cè)穿橋梁樁基的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)進(jìn)行評(píng)估。目前常用的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法包括層次分析法、模糊綜合評(píng)價(jià)法、故障樹(shù)分析法等。層次分析法是將復(fù)雜的風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題分解為多個(gè)層次，通過(guò)對(duì)各層次因素的兩兩比較，確定其相對(duì)重要性權(quán)重，進(jìn)而綜合評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。模糊綜合評(píng)價(jià)法則是利用模糊數(shù)學(xué)的理論，將定性和定量因素相結(jié)合，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。故障樹(shù)分析法則是從結(jié)果到原因找出與災(zāi)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(guò)對(duì)故障樹(shù)的定性和定量分析，評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的概率和影響程度。在某工程中，采用層次分析法對(duì)盾構(gòu)側(cè)穿橋梁樁基的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估。首先，確定了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的指標(biāo)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(jí)指標(biāo)，以及砂層滲透性、含水量、掘進(jìn)速度、土倉(cāng)壓力、樁長(zhǎng)、樁徑等二級(jí)指標(biāo)。然后，通過(guò)專(zhuān)家打分的方式，對(duì)各指標(biāo)之間的相對(duì)重要性進(jìn)行判斷，構(gòu)建判斷矩陣。利用數(shù)學(xué)方法計(jì)算判斷矩陣的最大特征值和特征向量，得到各指標(biāo)的權(quán)重。根據(jù)各指標(biāo)的實(shí)際情況，對(duì)其風(fēng)險(xiǎn)程度進(jìn)行打分，結(jié)合權(quán)重計(jì)算出綜合風(fēng)險(xiǎn)得分，從而確定風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為較高風(fēng)險(xiǎn)。針對(duì)評(píng)估結(jié)果，制定了相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)控制措施，為工程的順利進(jìn)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(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果，對(duì)盾構(gòu)施工方案進(jìn)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(jī)類(lèi)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(yīng)優(yōu)先選擇具有良好密封性能和適應(yīng)性的土壓平衡盾構(gòu)機(jī)。土壓平衡盾構(gòu)機(jī)通過(guò)控制土倉(cāng)內(nèi)的土壓力與開(kāi)挖面的地層土壓力保持平衡，有效地防止了開(kāi)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(jìn)入盾構(gòu)機(jī)內(nèi)部，保證設(shè)備的正常運(yùn)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(guò)綜合分析和比較，最終選擇了一臺(tái)刀盤(pán)直徑為6.5m的土壓平衡盾構(gòu)機(jī)。該盾構(gòu)機(jī)配備了先進(jìn)的土壓力控制系統(tǒng)和密封裝置，能夠精確地控制土倉(cāng)壓力，確保開(kāi)挖面的穩(wěn)定。其刀盤(pán)開(kāi)口率為60%，刀具配置合理，能夠適應(yīng)富水砂層的切削要求，提高掘進(jìn)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(jìn)速度應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件、盾構(gòu)機(jī)性能以及橋梁樁基的承受能力等因素進(jìn)行綜合確定。在富水砂層中，掘進(jìn)速度不宜過(guò)快，以免引起地層的過(guò)大擾動(dòng)和橋梁樁基的不均勻沉降。一般來(lái)說(shuō)，掘進(jìn)速度應(yīng)控制在30-50mm/min之間。土倉(cāng)壓力的設(shè)定應(yīng)根據(jù)地層土壓力、地下水壓力以及盾構(gòu)機(jī)的埋深等因素進(jìn)行精確計(jì)算，確保土倉(cāng)壓力能夠平衡開(kāi)挖面的土體壓力，防止開(kāi)挖面坍塌和涌水。注漿壓力和注漿量也應(yīng)根據(jù)地層條件、隧道埋深以及管片的強(qiáng)度等因素進(jìn)行優(yōu)化，確保注漿能夠及時(shí)填充盾尾空隙，有效控制地層沉降。在某工程中，通過(guò)數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)相結(jié)合的方法，對(duì)施工參數(shù)進(jìn)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(jìn)速度、土倉(cāng)壓力和注漿參數(shù)下的施工過(guò)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(chǎng)試驗(yàn)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(jìn)行掘進(jìn)，并對(duì)橋梁樁基的變形和內(nèi)力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果，對(duì)施工參數(shù)進(jìn)行了進(jìn)一步的調(diào)整和優(yōu)化。最終確定的掘進(jìn)速度為40mm/min，土倉(cāng)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(guò)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(jìn)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(guò)程控制4.2.1土壓平衡與掘進(jìn)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(kāi)挖面穩(wěn)定的關(guān)鍵，其核心在于精準(zhǔn)調(diào)節(jié)盾構(gòu)機(jī)土倉(cāng)內(nèi)的土壓力，使其與開(kāi)挖面的地層土壓力保持動(dòng)態(tài)平衡。土壓力的設(shè)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(diǎn)等。在某富水砂層盾構(gòu)施工項(xiàng)目中，通過(guò)地質(zhì)勘察獲取了詳細(xì)的地層信息，利用理論公式計(jì)算出初始土倉(cāng)壓力為0.25MPa。但在實(shí)際施工過(guò)程中，根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的地層土壓力變化以及橋梁樁基的變形情況，對(duì)土倉(cāng)壓力進(jìn)行了動(dòng)態(tài)調(diào)整。當(dāng)盾構(gòu)機(jī)靠近橋梁樁基時(shí)，適當(dāng)提高土倉(cāng)壓力至0.28MPa，以減小對(duì)樁基的擾動(dòng)。為實(shí)現(xiàn)土壓平衡，需實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)土倉(cāng)壓力，并通過(guò)調(diào)整螺旋輸送機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)控制出土量。當(dāng)土倉(cāng)壓力高于設(shè)定值時(shí)，增加螺旋輸送機(jī)的轉(zhuǎn)速，加快出土速度，降低土倉(cāng)壓力；反之，當(dāng)土倉(cāng)壓力低于設(shè)定值時(shí)，降低螺旋輸送機(jī)的轉(zhuǎn)速，減少出土量，使土倉(cāng)壓力回升。在某工程中，利用土壓力傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)土倉(cāng)壓力，當(dāng)土倉(cāng)壓力超過(guò)設(shè)定值0.03MPa時(shí)，將螺旋輸送機(jī)的轉(zhuǎn)速提高了10%，經(jīng)過(guò)調(diào)整，土倉(cāng)壓力在5分鐘內(nèi)恢復(fù)到設(shè)定范圍內(nèi)，有效保證了開(kāi)挖面的穩(wěn)定。合理控制盾構(gòu)掘進(jìn)速度、推力等參數(shù)對(duì)于減少對(duì)土體的擾動(dòng)也至關(guān)重要。掘進(jìn)速度應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件、盾構(gòu)機(jī)性能以及橋梁樁基的承載能力等因素進(jìn)行綜合確定。在富水砂層中，由于砂層的自穩(wěn)性差，掘進(jìn)速度不宜過(guò)快，以免引起地層的過(guò)大擾動(dòng)和橋梁樁基的不均勻沉降。一般來(lái)說(shuō)，掘進(jìn)速度應(yīng)控制在30-50mm/min之間。推力的大小應(yīng)根據(jù)盾構(gòu)機(jī)的直徑、隧道埋深、地層摩擦力等因素進(jìn)行計(jì)算確定，并在施工過(guò)程中根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)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(guò)數(shù)值模擬分析了不同掘進(jìn)速度和推力對(duì)土體擾動(dòng)的影響。結(jié)果表明，當(dāng)掘進(jìn)速度為40mm/min，推力為15000kN時(shí)，土體的位移和應(yīng)力變化相對(duì)較小，對(duì)橋梁樁基的影響也在可控范圍內(nèi)。在實(shí)際施工中，按照模擬確定的參數(shù)進(jìn)行掘進(jìn)，通過(guò)對(duì)橋梁樁基的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)樁基的沉降和水平位移均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)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(shí)填充盾尾空隙，有效減少地層沉降，增強(qiáng)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(dāng)盾構(gòu)機(jī)向前推進(jìn)時(shí)，管片與土體之間會(huì)形成環(huán)形空隙，若不及時(shí)填充，周?chē)馏w在自重和外部荷載的作用下會(huì)向空隙內(nèi)移動(dòng)，導(dǎo)致地層沉降，進(jìn)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(shí)，將漿液注入空隙，使管片與周?chē)馏w緊密結(jié)合，共同承擔(dān)荷載，減少土體的變形和沉降。同步注漿材料的選擇應(yīng)綜合考慮漿液的流動(dòng)性、填充性、早強(qiáng)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(huì)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(dòng)性，使其更容易填充盾尾空隙；膨脹劑則可以補(bǔ)償漿液凝固過(guò)程中的收縮，確保注漿效果。在某富水砂層盾構(gòu)施工項(xiàng)目中，通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)對(duì)不同配合比的水泥砂漿進(jìn)行了性能測(cè)試。結(jié)果表明，當(dāng)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(shí)，漿液具有良好的流動(dòng)性和填充性，初凝時(shí)間為6小時(shí)，終凝時(shí)間為10小時(shí)，早期強(qiáng)度較高，能夠滿(mǎn)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(shí)間的控制。注漿壓力應(yīng)根據(jù)地層條件、隧道埋深、管片強(qiáng)度等因素合理確定，一般應(yīng)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(guò)大，以免造成管片變形或地面隆起。在某工程中，通過(guò)理論計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，確定注漿壓力為0.3-0.4MPa。注漿量應(yīng)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(jìn)行計(jì)算確定，并在施工過(guò)程中根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。在該工程中，根據(jù)管片外徑和盾構(gòu)機(jī)開(kāi)挖直徑計(jì)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(guò)程中的損耗，實(shí)際注漿量控制在每環(huán)4.0-4.5m3。注漿時(shí)間應(yīng)與盾構(gòu)掘進(jìn)速度相匹配，確保在盾尾脫出管片的同時(shí)，漿液能夠及時(shí)注入空隙。在施工過(guò)程中，采用自動(dòng)注漿系統(tǒng)，根據(jù)盾構(gòu)掘進(jìn)速度自動(dòng)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(duì)同步注漿的補(bǔ)充和完善。由于同步注漿液凝固后會(huì)有所收縮，或者在某些情況下同步注漿沒(méi)有填充密實(shí)，此時(shí)就需要進(jìn)行二次注漿來(lái)補(bǔ)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(shí)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(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定了最佳的混合比例和凝結(jié)時(shí)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(shí)際情況選擇合適的注漿方式。注漿壓力應(yīng)根據(jù)隧道覆土厚度、地下水壓力及管片強(qiáng)度等因素進(jìn)行精確設(shè)定，一般控制在0.2-0.4MPa之間。注漿量應(yīng)根據(jù)同步注漿的填充情況和實(shí)際需要進(jìn)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(jìn)行注漿。在同步注漿后，對(duì)盾尾空隙進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)部分區(qū)域填充不密實(shí)，于是進(jìn)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(guò)二次注漿，有效填補(bǔ)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(cè)在富水砂層盾構(gòu)側(cè)穿橋梁樁基施工中，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(huì)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(guò)安裝在盾構(gòu)機(jī)上的自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)獲取盾構(gòu)機(jī)的位置、姿態(tài)等參數(shù)，包括盾構(gòu)機(jī)的水平偏差、垂直偏差、滾動(dòng)角和俯仰角等。這些參數(shù)能夠直觀(guān)地反映盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)方向和姿態(tài)變化情況。在某富水砂層盾構(gòu)施工項(xiàng)目中，自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)采用全站儀和激光靶相結(jié)合的方式進(jìn)行測(cè)量。全站儀安裝在隧道內(nèi)的固定位置，通過(guò)發(fā)射激光束照射到盾構(gòu)機(jī)上的激光靶，獲取激光靶的坐標(biāo)信息，從而計(jì)算出盾構(gòu)機(jī)的位置和姿態(tài)參數(shù)。測(cè)量頻率為每推進(jìn)10-20cm進(jìn)行一次測(cè)量，確保能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)盾構(gòu)姿態(tài)的變化。在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過(guò)程中，通過(guò)自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，在某一階段盾構(gòu)機(jī)出現(xiàn)了向右偏移的情況，水平偏差達(dá)到了15mm，滾動(dòng)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(yīng)及時(shí)采取措施進(jìn)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(jìn)油缸的推力和調(diào)整鉸接油缸的角度。當(dāng)盾構(gòu)機(jī)出現(xiàn)水平偏差時(shí)，可通過(guò)調(diào)整左右兩側(cè)推進(jìn)油缸的推力差來(lái)糾正偏差。若盾構(gòu)機(jī)向右偏移，可適當(dāng)增加左側(cè)推進(jìn)油缸的推力，減小右側(cè)推進(jìn)油缸的推力，使盾構(gòu)機(jī)逐漸向左調(diào)整。在調(diào)整過(guò)程中，應(yīng)遵循“勤測(cè)、勤糾、小糾”的原則，避免大幅度糾偏，以免對(duì)地層造成過(guò)大的擾動(dòng)。在某工程中，當(dāng)發(fā)現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)向右偏移15mm后，通過(guò)計(jì)算確定將左側(cè)推進(jìn)油缸的推力增加500kN，右側(cè)推進(jìn)油缸的推力減小500kN。經(jīng)過(guò)5環(huán)的推進(jìn)，盾構(gòu)機(jī)的水平偏差逐漸減小，最終恢復(fù)到允許范圍內(nèi)。當(dāng)盾構(gòu)機(jī)出現(xiàn)垂直偏差或滾動(dòng)角、俯仰角異常時(shí)，可通過(guò)調(diào)整鉸接油缸的角度來(lái)進(jìn)行調(diào)整。例如，當(dāng)盾構(gòu)機(jī)出現(xiàn)抬頭現(xiàn)象，即俯仰角過(guò)大時(shí)，可適當(dāng)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(jī)頭部逐漸下降。在調(diào)整過(guò)程中，應(yīng)密切關(guān)注盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)的變化，根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)調(diào)整調(diào)整量。在某富水砂層盾構(gòu)施工中，盾構(gòu)機(jī)出現(xiàn)了抬頭現(xiàn)象，俯仰角達(dá)到了3‰，超出了允許范圍。通過(guò)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(guò)3環(huán)的推進(jìn)，盾構(gòu)機(jī)的俯仰角逐漸減小，恢復(fù)到正常范圍內(nèi)。在調(diào)整盾構(gòu)姿態(tài)的過(guò)程中，還需密切關(guān)注橋梁樁基的變形情況。因?yàn)槎軜?gòu)姿態(tài)的調(diào)整可能會(huì)對(duì)周?chē)馏w產(chǎn)生一定的擾動(dòng)，進(jìn)而影響橋梁樁基。通過(guò)在橋梁樁基上布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，采用水準(zhǔn)儀、全站儀和應(yīng)變計(jì)等監(jiān)測(cè)儀器進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)調(diào)整過(guò)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(cè)結(jié)果，及時(shí)調(diào)整了盾構(gòu)姿態(tài)調(diào)整的參數(shù)，減小了對(duì)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(hù)措施4.3.1土體加固土體加固是保護(hù)橋梁樁基的重要措施之一，通過(guò)增強(qiáng)富水砂層的穩(wěn)定性，有效減少盾構(gòu)施工對(duì)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(dú)特的作用和適用條件。旋噴樁加固是利用高壓噴射設(shè)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(qiáng)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(xué)性能，提高土體的抗剪強(qiáng)度和承載能力。其作用原理主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)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(shí)；二是膠結(jié)作用，水泥漿與砂粒發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成膠結(jié)物，增強(qiáng)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(qiáng)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(duì)橋梁樁基周?chē)耐馏w進(jìn)行加固。旋噴樁的直徑為800mm，間距為1.2m，樁長(zhǎng)根據(jù)地層情況確定為10-15m。加固后，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，土體的密實(shí)度明顯提高，標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)增加了3-5擊，土體的抗剪強(qiáng)度提高了20%-30%，有效減少了盾構(gòu)施工對(duì)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(duì)加固效果要求較高的情況。注漿加固是通過(guò)向土體中注入漿液，使?jié){液在土體中擴(kuò)散、滲透，填充土體孔隙，提高土體的強(qiáng)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(duì)橋梁樁基周?chē)耐馏w進(jìn)行注漿加固，形成一道加固帷幕，提前增強(qiáng)土體的穩(wěn)定性，減少盾構(gòu)施工時(shí)對(duì)土體的擾動(dòng)。跟蹤注漿則是在盾構(gòu)施工過(guò)程中，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)受盾構(gòu)施工影響較大的區(qū)域進(jìn)行及時(shí)注漿，彌補(bǔ)因盾構(gòu)施工導(dǎo)致的土體強(qiáng)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(xué)漿液等。在某工程中，采用水泥-水玻璃雙液漿進(jìn)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(jìn)行計(jì)算確定。通過(guò)注漿加固，有效地提高了土體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，減少了盾構(gòu)施工對(duì)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(qiáng)、對(duì)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(shè)置隔斷墻作為一種有效的橋梁樁基保護(hù)措施，能夠在盾構(gòu)施工過(guò)程中，阻隔盾構(gòu)施工對(duì)橋梁樁基的影響，確保樁基的安全穩(wěn)定。常見(jiàn)的隔斷墻類(lèi)型包括地下連續(xù)墻、咬合樁等，它們的設(shè)置位置和作用效果各有特點(diǎn)。地下連續(xù)墻是在地面上采用專(zhuān)用的挖槽設(shè)備，沿著基坑的周邊，按照事先劃分好的幅段，開(kāi)挖狹長(zhǎng)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(shè)置在盾構(gòu)隧道與橋梁樁基之間，其作用主要有以下幾點(diǎn)：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(yīng)力傳遞，減少對(duì)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(qiáng)度和剛度，能夠承受一定的土體壓力和水壓力，對(duì)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(shè)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(guò)數(shù)值模擬分析和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)設(shè)置地下連續(xù)墻后，盾構(gòu)施工對(duì)橋梁樁基的影響明顯減小。在盾構(gòu)施工過(guò)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(hù)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(shè)置位置與地下連續(xù)墻類(lèi)似，主要設(shè)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(gè)整體的擋土結(jié)構(gòu)，阻隔盾構(gòu)施工對(duì)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(diǎn)。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(zhǎng)根據(jù)地層情況確定為15-20m。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)和分析，發(fā)現(xiàn)咬合樁能夠有效地阻隔盾構(gòu)施工對(duì)橋梁樁基的影響，在盾構(gòu)施工過(guò)程中，橋梁樁基的各項(xiàng)變形指標(biāo)均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，保證了橋梁樁基的穩(wěn)定性。隔斷墻的設(shè)置位置應(yīng)根據(jù)盾構(gòu)隧道與橋梁樁基的相對(duì)位置、地質(zhì)條件等因素進(jìn)行合理確定。一般來(lái)說(shuō)，隔斷墻應(yīng)盡可能靠近盾構(gòu)隧道，以減小盾構(gòu)施工對(duì)橋梁樁基的影響范圍。在確定隔斷墻的設(shè)置位置時(shí)，還需要考慮施工的可行性和經(jīng)濟(jì)性，避免因設(shè)置隔斷墻而增加過(guò)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(shí)，為確保橋梁結(jié)構(gòu)安全而采取的極端保護(hù)措施。當(dāng)盾構(gòu)施工對(duì)橋梁樁基的影響較大，采用其他常規(guī)保護(hù)措施無(wú)法滿(mǎn)足要求時(shí)，樁基托換可作為一種有效的解決方案。其原理是通過(guò)在原樁基周?chē)O(shè)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(guò)程中暫時(shí)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(chǔ)結(jié)構(gòu)上。樁基托換的施工方法較為復(fù)雜，通常包括以下幾個(gè)關(guān)鍵步驟。首先是托換結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(shí)，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(jì)算確定為1.5m×2.0m，托換梁與原樁基通過(guò)植筋等方式進(jìn)行連接。托換樁采用鉆孔灌注樁，直徑為1.2m，樁長(zhǎng)根據(jù)地層情況確定為25-30m，托換樁與托換梁通過(guò)承臺(tái)進(jìn)行連接。在施工過(guò)程中，嚴(yán)格控制托換結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量，確保其承載能力滿(mǎn)足要求。然后是荷載轉(zhuǎn)移過(guò)程，通過(guò)在托換結(jié)構(gòu)與原樁基之間設(shè)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(guò)程中，需要對(duì)橋梁的變形和內(nèi)力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，確保荷載轉(zhuǎn)移過(guò)程的安全平穩(wěn)。在該工程中，在托換梁與原樁基之間設(shè)置了多個(gè)千斤頂，通過(guò)分級(jí)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(guò)程中，利用高精度的水準(zhǔn)儀和應(yīng)變計(jì)對(duì)橋梁的沉降和內(nèi)力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)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(fù)工作，包括拆除臨時(shí)托換裝置，將荷載重新轉(zhuǎn)移回原樁基或新的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上，并對(duì)原樁基和托換結(jié)構(gòu)進(jìn)行必要的處理和加固。在盾構(gòu)施工完成后，對(duì)原樁基進(jìn)行了檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)樁基的完整性良好。然后拆除了臨時(shí)托換裝置，通過(guò)在托換結(jié)構(gòu)與原樁基之間設(shè)置傳力裝置，將荷載重新轉(zhuǎn)移回原樁基上。對(duì)原樁基和托換結(jié)構(gòu)進(jìn)行了加固處理，提高了其承載能力和耐久性，確保橋梁的長(zhǎng)期安全穩(wěn)定。樁基托換作為一種極端保護(hù)措施，一般應(yīng)用于盾構(gòu)隧道與橋梁樁基距離非常近、地質(zhì)條件復(fù)雜、橋梁結(jié)構(gòu)對(duì)變形要求極為嚴(yán)格的場(chǎng)景。在某城市重要交通樞紐的橋梁樁基保護(hù)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(shè)置等措施無(wú)法滿(mǎn)足橋梁樁基的安全要求，最終采用了樁基托換技術(shù)。通過(guò)精心設(shè)計(jì)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(guò)程中橋梁的安全，施工完成后橋梁的各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，為類(lèi)似工程提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。五、工程案例分析5.1工程概況5.1.1項(xiàng)目背景與工程規(guī)模本案例為某城市軌道交通5號(hào)線(xiàn)的重要建設(shè)項(xiàng)目，該線(xiàn)路貫穿城市的東西方向，是緩解城市交通擁堵、促進(jìn)區(qū)域發(fā)展的關(guān)鍵交通動(dòng)脈。線(xiàn)路全長(zhǎng)約30km，共設(shè)25座車(chē)站，采用盾構(gòu)法施工的區(qū)間隧道長(zhǎng)度占總線(xiàn)路長(zhǎng)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(yáng)大橋。朝陽(yáng)大橋是連接城市兩個(gè)重要區(qū)域的交通樞紐，承擔(dān)著大量的交通流量。橋梁全長(zhǎng)800m，主橋?yàn)轭A(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)，引橋?yàn)殇摻罨炷罷梁結(jié)構(gòu)。橋梁下部采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，樁徑1.5m，樁長(zhǎng)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(guò)20年，經(jīng)過(guò)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(yáng)大橋樁基，對(duì)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(guò)程中橋梁的安全成為本工程的重點(diǎn)和難點(diǎn)。5.1.2地質(zhì)條件與盾構(gòu)施工方案項(xiàng)目所在地的地質(zhì)條件較為復(fù)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(xì)砂和中砂組成，顆粒級(jí)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(dá)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(duì)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(qiáng)度和穩(wěn)定性，但在盾構(gòu)施工擾動(dòng)下，也可能發(fā)生變形。針對(duì)本工程的地質(zhì)條件，選用了一臺(tái)土壓平衡盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行施工。該盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)直徑為6.5m，配備了先進(jìn)的土壓力控制系統(tǒng)和密封裝置，能夠有效適應(yīng)富水砂層的施工要求。在施工前，對(duì)盾構(gòu)機(jī)進(jìn)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(shè)定是盾構(gòu)施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告和類(lèi)似工程經(jīng)驗(yàn)，確定了以下施工參數(shù)：掘進(jìn)速度控制在30-50mm/min，土倉(cāng)壓力設(shè)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(guò)程中，根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的地質(zhì)條件、土倉(cāng)壓力、注漿壓力等參數(shù)，對(duì)施工參數(shù)進(jìn)行動(dòng)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(yán)格按照規(guī)范進(jìn)行。首先，在盾構(gòu)始發(fā)井進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)的組裝和調(diào)試，然后進(jìn)行盾構(gòu)始發(fā)。在掘進(jìn)過(guò)程中，刀盤(pán)切削土體，土體進(jìn)入土倉(cāng)，通過(guò)螺旋輸送機(jī)將土排出。同時(shí)，同步進(jìn)行注漿作業(yè)，填充盾尾空隙。當(dāng)盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)至接收井時(shí)，進(jìn)行盾構(gòu)接收，完成盾構(gòu)施工。在整個(gè)施工過(guò)程中，加強(qiáng)對(duì)盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)、土倉(cāng)壓力、注漿質(zhì)量等方面的監(jiān)測(cè)和控制，確保盾構(gòu)施工符合設(shè)計(jì)要求。5.2盾構(gòu)側(cè)穿橋梁樁基的影響監(jiān)測(cè)與分析5.2.1監(jiān)測(cè)方案與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為全面、準(zhǔn)確地掌握盾構(gòu)側(cè)穿橋梁樁基過(guò)程中的影響情況，制定了詳細(xì)的監(jiān)測(cè)方案。在橋梁樁基上布置了多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，包括樁頂和樁身不同深度處，以監(jiān)測(cè)樁基的豎向位移、水平位移和傾斜度。在橋梁承臺(tái)和橋墩上也設(shè)置了監(jiān)測(cè)點(diǎn)，用于監(jiān)測(cè)承臺(tái)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(xiàn)方向和垂直于軸線(xiàn)方向布置了多排監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)土體的豎向位移和水平位移。豎向位移監(jiān)測(cè)采用高精度水準(zhǔn)儀，其測(cè)量精度可達(dá)±0.1mm，能夠滿(mǎn)足對(duì)橋梁樁基和土體微小沉降變化的監(jiān)測(cè)要求。水平位移監(jiān)測(cè)則使用全站儀，測(cè)量精度為±2mm+2ppm，確保能夠準(zhǔn)確捕捉到樁基和土體的水平位移變化。在盾構(gòu)施工前，對(duì)所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行了初始測(cè)量，獲取了初始數(shù)據(jù)。在盾構(gòu)施工過(guò)程中，根據(jù)施工進(jìn)度和盾構(gòu)機(jī)與橋梁樁基的相對(duì)位置，合理調(diào)整監(jiān)測(cè)頻率。當(dāng)盾構(gòu)機(jī)距離橋梁樁基較遠(yuǎn)時(shí)，每24小時(shí)監(jiān)測(cè)一次；當(dāng)盾構(gòu)機(jī)逐漸靠近橋梁樁基，距離在50m以?xún)?nèi)時(shí)，監(jiān)測(cè)頻率增加到每12小時(shí)一次；當(dāng)盾構(gòu)機(jī)距離橋梁樁基在20m以?xún)?nèi)時(shí)，每6小時(shí)監(jiān)測(cè)一次；在盾構(gòu)機(jī)側(cè)穿橋梁樁基的關(guān)鍵時(shí)段，每2小時(shí)監(jiān)測(cè)一次，確保能夠及時(shí)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(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，觀(guān)察變形的后續(xù)發(fā)展情況，監(jiān)測(cè)頻率逐漸降低，從每24小時(shí)一次，逐漸過(guò)渡到每3天一次，直至變形穩(wěn)定。在整個(gè)監(jiān)測(cè)過(guò)程中，獲取了大量的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。在盾構(gòu)機(jī)側(cè)穿橋梁樁基的過(guò)程中，從距離橋梁樁基50m開(kāi)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(jī)的靠近，樁基豎向位移逐漸增大，在盾構(gòu)機(jī)距離樁基20m時(shí)，樁基豎向位移達(dá)到5mm，且位移增長(zhǎng)速率加快；在盾構(gòu)機(jī)側(cè)穿樁基時(shí)，樁基豎向位移達(dá)到最大值12mm，隨后位移增長(zhǎng)速率逐漸減小。在樁基水平位移方面，在盾構(gòu)機(jī)距離樁基30m時(shí)，開(kāi)始出現(xiàn)明顯的水平位移，位移值為3mm，隨著盾構(gòu)機(jī)的靠近，水平位移逐漸增大，在盾構(gòu)機(jī)側(cè)穿樁基時(shí)，水平位移達(dá)到最大值8mm。在土體豎向位移方面，盾構(gòu)機(jī)距離樁基50m時(shí)，土體豎向位移較小，約為2mm，隨著盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)，土體豎向位移逐漸增大，在盾構(gòu)機(jī)側(cè)穿樁基時(shí)，土體豎向位移在隧道正上方達(dá)到最大值15mm，且在距離隧道軸線(xiàn)一定范圍內(nèi)，土體豎向位移呈現(xiàn)出一定的分布規(guī)律，