工与地下工程\"
盾构隧道下穿高铁路基中水平旋喷桩加固施工及效果分析
王科甫
(中铁第一勘察设计院集团有限公司，陕西西安710043)
【摘要】文章基于实际工程背景，对盾构隧道下穿高铁路基施工过程中采用水平旋喷桩加固地层的 施工方案进行了设计，该方案中包含了对施工过程中对水平旋喷桩成桩直径的预测方法，为旋喷桩施工过程 中控制和调整桩体直径具有一定的指导意义。文中采用FLAC3D软件对不加固和水平旋喷桩加固后地层竖 向变形、高速铁路路基沉降变化和地层塑性区进行了数值计算。对比不加固和加固后地层变形结果发现，采 用文中的水平旋喷桩加固措施能大幅度提高高铁铁路下方地层的承载能力，并能有效的控制盾构隧道下穿 高铁路基过程中的地层沉降水平。
【关键词】高速铁路；水平旋喷加固法；盾构隧道下穿；沉降控制【中图分类号】
U455.43
【文献标志码】
I
在城市轨道交通建设进程中，将不可避免地遇到越来越 的地铁盾 盾
下穿既有路面轨
线路的情况。在
面工对
下穿区间的地层进行方面降低盾
下穿既有轨道线路的施工过程中，为 ，一方面提高地层
力，
体，分别为轨道碎石垫层、人工填土层、冲洪积砂层、灰岩中 带和灰岩微风化带。四层地层厚度自上而下大约为
! 6、\". 2 6、）. 2 6、2. 3 6、和3.3 6。各层土体的物理力学参 数如 1
。
表1 土层参数表密度/
(kg • 6-3)
层
人工填土层
砾灰岩中风化灰岩微
12.58.55.37.7
18201910208027502750
聚力
摩擦角
/°3015352828
模
剪切模/MPa10.282.6112.81250282.6
的安全稳定运行。有必要对盾
面轨 的 。 ，在 工法中，全方位高压旋喷技术（MJS)逐渐被工程人 应用。
土层厚度/6
MJS工法目
基加固中， 技术中，通过桩
被广泛应用于实际工程中。在软弱地压流体切削地层并与地层
不同方位的
间形成的地下
泥-砂混。在
/MPa
5182400400
量/MPa22.2815.4221.331666.7309.5
合物，从可选择性的对地层 着重要的作用。比如城市
MJS
在众多地下工程中发 中地层加固及止水[1]、
小地层沉降[2]和提高地层 力[3]等方面均采用了MJS技术。在MJS施工过程中，旋喷桩的成桩效果是施工的 关 用
在。
，在盾 地层后对盾 喷桩
下穿高速铁
工过程中，采
MJS工法
工下穿高铁路基施工的效
下穿高铁路基区
2水平旋喷桩加固
利用武广高铁西侧广州北站货场位置施工临时竖井，从
果是工程中最为关心的问题[3]。因此，有要设计合理的加 固方案， 间段
条件下盾 喷桩 和 性区
基的
方 速铁
基
工后土层的变形和破坏情况。
地层方法进行了设计，随
方案。应。
果下穿果
后盾构下穿施工过程中地
比 。
有效地控制盾
自西向 土 ,宽度23. 5 6
因此，本文首先 后提出了盾
用数值计算方法对不 层变形、路基沉降和开 证 后 1
提出的
铁路基施工过程
4.5 6
MJS 喷桩 区间 上方 定
。MJS工法 为：加固区高度。武广高铁MJS工法加固区域以及加固
。
下穿高铁路基区间段地层
如 1、 2
程中的钻孔布置方式:在拟改良区域均匀布置， 旋喷范围为下半圆170°，有效改良体直径2.0 6,横向桩间 距1.7 6,咬合0.3 6,竖向桩间距为0.7 6,咬合0.3 6,由下 喷。 喷桩主要工艺参数： 喷压力40 MPa，固化材料排出量130 Linin，空气压力0.7 MPa， 空气排出量1.0 K • 63/61!1。加固过程中的实际参数可根 据上一小节所述的步骤获得。
[定稿曰期]201) -01 -16
[作者筒介]王科甫（19)7 ~)，男，硕士，工程师，从事
上逐
工程具有一定的参考和意义。
工程概况
广州市轨道交通九号线全部为地下线，自西向东全长
20. 1 km，线路在广州北~
花城路区间的隧道以大约74°斜角
下穿
约100m。
四层土
地
下穿武广高铁和京广线的股道， 下穿区域属于河流
区间的岩土工程勘察得到了各层的地质参数，
，地层自上而下
地下工程设计工作。
四川建筑第38卷3期2018. 06
113
•岩土工程与地下工程\"
表2
土层中
层
弹性模量
加固后地层物理力学指标
松比0.260.26
摩擦角/°
3340
/MPa
10100
CPa
0500
聚力抗拉强度
CPa
0333
MJS改
从
果。模拟中盾构采用常 工参数 ，即
开挖面压力设定为0.15 MPa，注层厚度为0.15 m，注层 弹性模量为150 MPa，为 采用先开
图1 加固平面示意
线后开
低盾 线的方法
线之间的相互干扰，盾构模拟施工。
3.2.1地层竖向位移
不
和
条件下，盾构下穿铁路路基施工后的地层
4(b)
。
竖向位移分别如图4\" a)、
Magfac=0.000e+000
|-2.4983e-002to-2.2500e-002|-2.2500e-002to-2.0000e-002-2.0000e-002to-1.7500e-002-1.7500e-002to-1.5000e-002-1.5000e-002to-1.2500e-002-1.2500e-002to-1.0000e-002-1.0000e-002to-7.5000e-003|-7.5000e-002to-5.0000e-003-5.0000e-002to-2.5000e-003|-2.5000e-002to-0.0000e+000j0.0000e-002to8.8221e-004Interval=2.5e-003
(a)不加固
位移
图2
加固范围示意（单位：m)
3加固效果分析
本文采用
FLAC3D有限差分软件，对MJS加固后下穿高
程
数值模拟 果。
，从
中
喷桩的
铁路基的盾构开 提出的 3.1
计算模型
根据工程概况，本文建立的数值计算模型尺寸为=长
位移
Magfac=0.000e+000
|-5.7243e-003to-5.0000e+003 -5.0000e-003to-4.0000e+003 |-4.0000e-003to-3.0000e+003 |-3.0000e-003to-2.0000e+003 -2.0000e-003to-1.0000e+003 -1.0000e-003 to-0.0000e+000 | -0.0000e+000 to 4.4722e+004 Interval=1.0e-003
GXF
图4 地层竖向位移云（单位：6)4可
，在盾
开挖后，不
条件下（图4
X宽X高=60mX60mX35 6。假定围岩为理想弹
塑性材料，服从MGr - Coulamb屈服准则，数值计算中采用
8节六面 元。
维实体单元和4节四面
维实体单
！中数据建
数值计算模型（图.#。
(a))盾开挖后 现为地表和 方沉
上方土体发 重的变形。主要表
上
上方高速铁 基的整体性沉降。
为严重且比 中。高速铁 基下地层沉降具
有整体性。盾 98
拱顶上方围岩的最大沉降值达到了 24.情况下（图4(b))，盾 基主要沉 大值不
小。
拱顶沉
为
mm。地层
均匀，高速铁 经验，地基沉
广州地铁施工
10 mm，在工程中盾构隧道
拱顶上方围岩的最大沉降值为5 mm，符合要求。3.2.2高速铁路路基沉降
数值计算中得到的不加固和加固条件下高速铁路路基 沉降曲线分别如图5(a)、
5可
图.
经过3. 2
数值计算模型
所示。
5(b)
。
，高速铁路路基的最大沉降主要发生在模拟
范围内的20〜40 m区间。从图5中可以明显看出，隧道正 上方的铁 不
和
基因
工产生的沉降基本为
沉降。
MJS加固后，加固区域的力学参数如表\"
水平旋喷桩加固条件下地层变形情况分析
盾构开挖的模拟方法和步骤，在地层未加固条件下
条件下，左线贯通后，路基的最大沉降发生在
条件下（图5(a))，盾
拱顶，双线贯通后，路基的最大沉降发生于：道
的
线位置。不
工
后，后（图
基最大沉降量达到了大约16 mm，
进行盾构穿越高速铁路的模拟。将 变形情况与未
条件下地层变形情
喷桩
比
后地层，
高速铁
114
四川建筑第38卷3期2018.〇6
•岩土工程与地下工程\"
小盾 地层 4
工后地层的扰动 有效减小下穿盾
。因采用 工对高速铁
喷桩加固基的
&
结论
基于数值模拟方法，
喷桩 喷桩
果
'了
仿 与 的
，为工程中采用旋喷注浆技术 方法。结合实际工程， 下穿工程提
地层提供基础理
技术取得了基，为后
的效果，保证盾构顺利的下穿高速铁
定的指导与技术参考。
参考文献
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5(b))速铁
条件下，铁 ，
广州铁 喷桩
基安全稳定。
基于以上 层变形和高速铁 速铁
基沉
大值大约为4. 85 mm，相对于不
小了大约400 M &同计不
5 mm，因采取
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基最大沉 基工后沉
很大幅度的降低铁路路基沉降，保证路果， 基沉
地层不
比
和
条件下地
后，和减
2282 -2289.
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，在盾构下穿高
基施工过程中，采用 喷桩对地层
有 小地层的变形，降低速铁路路基沉
(上接第112页）
4结论
(1) 以地质勘察结果为
，从地形地貌、地层岩性、边
地质条件及人类工
，应
坡岩体的 强开
作用、地质构造、地震、 坡的支挡防护。
程中随着上覆全
程活动等方面初步判
(2) 开
区域边坡开挖后自稳性
层的开挖，安全系数逐
渐提高，而每 坡支护后安全系数也有相应提高，当开
到第 支护后，边坡整体的安全系数已达到1.56,说
图9 十级边坡工况下-9曲线
明将上覆全 参数
支
层开 于边坡的整体稳定效果 全支护的边坡有
的
&
(3) 建立开
果
&
模型，并将岩土
1.3后未出现 位移增量及塑性区贯通，
参考文献
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四川建筑第38卷3期2018.〇6
115
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