地铁隧道下穿既有桥梁拆改技术

□文/刘 双

地铁隧道下穿既有桥梁拆改技术

□文/刘 双

在城市地下交通建设过程中，地铁隧道的线路经常会遇到既有建筑物的桩基，在线路规划确定的情况下，必须进行障碍桩的拔除，同时对既有建筑物进行改造。文章结合天津市地铁3号线吴家窑车站气象台路桥的拆改工程实例，对地铁隧道盾构法施工下穿既有桥梁时桥梁拆改过程中应注意的设计要点和技术措施进行了介绍。

地铁隧道；桩基；桥梁拆改

目前全国许多城市都在大力开展地铁交通建设。尽管在线路规划过程中，尽量采用现有干线道路下面空间，但是由于城市内既有建筑物林立，难免遇到需从既有建筑物穿过的现象。为使盾构顺利推进，需要进行障碍桩的拔除施工，同时对既有建筑物进行改造，这已成为城市地铁隧道挖掘过程中一个重要的设计和施工环节。

工程概况

天津市地铁3号线北起北辰区小淀，南至华苑环外地区，全长25.2km，需在吴家窑大街设站，地铁线路无法绕行气象台路桥。由于气象台路桥旧桥部分桩基与规划盾构线位相冲突，因此需要将旧桥上、下部结构整体拆除，之后躲避盾构线位修筑新桥下部结构，在原桥位建新桥。

桥梁拆改要求

盾构对上跨桥梁设计和施工的技术要求

（1）盾构顶面覆土深度应≥1倍盾构外径。

（2）新建桥桩基外边与盾构管片外边净距≥2m。

（3）新建桥梁施工应在盾构施工前完成，因为新桥桩基的施工会对土体产生扰动，引起盾构外圈土压力的变化，可能会导致盾构区间在该处沉降变形，影响后期运营。

交管部门对桥梁拆改要求

气象台路为城市主干路，桥梁紧邻中环线，车流量大、交通繁忙，桥梁拆改过程中不能断交施工并且通车桥面总宽≮16m，以方便机动车和非机动车行驶。

主要技术措施

交通导行措施

桥梁由3部分组成，中间15.87m宽为1966年建成，西侧13.88m宽和东侧16.02m宽均为1985年扩建，桥长9m。规划地铁盾构左线和右线分别位于中间15.87m和东侧16.02m桥梁范围内。

气象台路桥为单幅桥，由于不能断交施工，故将桥梁分成两部分进行施工，先进行盾构范围内桥梁的拆改。施工时先保留西侧13.88m桥梁，将中间15.87m和东侧16.02m桥梁拆除，待此处新桥施工完毕后，将车辆导行至新桥，再拆除西侧13.88m宽桥梁；由于13.88m宽桥梁不满足交管部门提出的通车桥面总宽≮16m的要求，因此机动车利用未拆除的旧桥行驶并在旧桥旁修建1座临时导行用的战备桥，以方便非机动车行驶，战备桥桥面净宽为3.7m，桥长21m。

预制桩拔除工艺

气象台路桥旧桥桩基间距较密，为单排预制方桩，分3类。第1类桩径25cm×25cm，桩长7.5m，共28根；第2类桩径40cm×40cm，桩长18.5m，共32根；第3类桩径40cm×40cm，桩长9.5m，共13根。预制桩拔除是旧桥拆除过程中的重点和难点，也是制约工程进度的重要环节。本工程采取以下方法对预制桩进行拔除，取得了较好效果。

（1）第1类桩入土深度及桩截面较小，拔除相对简单。先用挖掘机下挖2m，然后用100t履带吊配合振动设备对其进行拔除。

（2）第2类和第3类桩的拔除采用套筒法，先用套筒配合振动锤头进行土体扰动，减小摩擦力，进而对预制桩进行拔除。

第2类桩桩身较长，由2节9m多长的桩四角点焊焊接而成，在拔除过程中有可能出现从接头处断桩的情况，因此拔桩时应用经纬仪对拔桩垂直度进行观测，保证桩垂直受力，避免在拔桩过程中出现断桩情况。若出现断桩，先停止对该桩的拔除作业，然后在该桩处打入直径1.2m的钢护筒，边打入护筒边向护筒内注入高压水，用泥浆使桩与土彻底分离，然后抽出护筒内泥浆，露出下半截桩，再用吊车配合钢丝绳锁套将下半节桩拔出。

孔洞回填处理

旧桥桩基拔除后，需要对孔洞进行回填处理，以防将来盾构顶面覆土发生透水现象。采用水泥搅拌桩进行孔洞的回填处理，由于旧桥桩基间距较密，所以拔除后孔洞间距也较密，施工时采用φ650mm和φ500mm双排及φ800mm单排咬合150mm双轴搅拌桩处理成水泥土墙的方法对孔洞进行回填处理。

基坑开挖时周边建筑物防护措施

气象台路桥位于河沿道与吴家窑大街之间，为跨河桥梁，周边建筑物距离施工现场较近且主要为6层砖混结构居民楼，降水和下挖河道都可能对建筑物产生影响，造成建筑物倾斜、开裂或基础沉降等问题，因此在开挖承台基坑时需要采取基坑止水和支护措施对周边建筑物进行防护。采用双排φ800mm高压旋喷桩帷幕对基坑进行止水及支护。

基坑开挖过程中做好监控工作，监测项目包括周边建筑物及地面开裂、沉降情况；支护桩水平位移；支撑水平和垂直变形；坑壁漏水情况；地下水位等。基准点应在基坑开挖前观测一次，基坑回填至地面可停止观测。监测报警值：支护桩水平位移为40mm；构件裂缝宽度为0.3mm；地面或周边管线出现异常或裂缝。

新建桥梁上跨盾构时设计要点

新桥下部结构采用φ1.5m钻孔灌注桩，上接承台，每个承台下设2根钻孔灌注桩，2根桩顺盾构线位方向布置。下部结构设计是上跨盾构桥梁设计的重点。

承台底至盾构顶间土深

为防止盾构上浮，盾构顶面覆土深度应≥1倍盾构外径。考虑到承台施工距离附近建筑物较近、下挖量不宜过大，同时河道底面无冲刷，因此将承台顶面设计为与河道底面齐平，承台厚2m，承台底标高为-2.0m，盾构顶标高为-8.5m，承台底至盾构顶间土深为6.5m，＞1倍盾构外径6.2m，满足要求。

桩基布置应避开旧桥桩位

旧桥桩基拔除后需要在原桩位回填水泥搅拌桩进行孔洞处理，新桥桩基采用钻孔灌注桩，而钻孔机械在水泥搅拌桩处是无法施钻的，所以新桥桩基布置应避开旧桥桩位，避免冲突。

桩基布置

新建桥桩基外边与盾构管片外边净距应≥2m。通过分析，左线和右线盾构间净距5.8m，减去左右各2m的安全距离外还剩1.8m，所以两盾构间布置的桩基直径应≤1.8m方能满足要求。本工程桩基直径为1.5m，满足要求。

钢护筒的设置

为避免将来盾构施工时由于土体扰动对桩身承载力产生影响，新桥位于左线和右线盾构两侧的桩基宜设置钢护筒。

（1）钢护筒尺寸。钢护筒长度以上下各大于盾构外缘2～3m为宜。盾构顶面距离桩顶较近，为方便护筒施工，将护筒顶面设计为与桩顶齐平，盾构顶面以上护筒长度为6.65m；盾构底面高程-14.7m，考虑到盾构底面护筒长度设置为2～3m，同时护筒总长度宜为偶数便于施工分节，将护筒总长度定为16m，护筒底面高程-17.85m，盾构底面以下护筒长度为3.15m。钢护筒内径与桩径相同，壁厚1cm。施工时钢护筒分节长度和桩基钢筋笼分段长度及分段位置应综合考虑，钢护筒单节长度一般为2～4m，施工时固定在钢筋笼上，与钢筋笼一起下放，护筒接口处采用满焊。钢护筒施工后不拔出。

（2）桩基长度计算时应考虑设置钢护筒的影响。摩擦桩主要靠桩身混凝土与桩周土间的侧摩阻力来承受竖向荷载。当设置钢护筒后，护筒内的桩身混凝土与外侧土体无法直接接触，从而导致护筒范围内的侧摩阻力大大降低，此时桩基计算不应考虑护筒范围内的侧摩阻力并应将护筒范围内桩基自重完全转换为竖向荷载施加到护筒以下的桩基上，由护筒以下的桩基来完全承受竖向荷载，这样计算是偏于安全的。

（3）桩基配筋时应考虑设置钢护筒的影响。为避免盾构施工时对桩身承载力产生影响，钢护筒范围内的桩基主筋应全部通长，箍筋应全长加密；护筒以下的桩基主筋长度和箍筋加密段长度再按常规的设计取值，注意设计护筒以下的桩基主筋长度和箍筋加密段长度时所用的桩长只计入护筒以下的桩长，不包括护筒范围内的桩长。

盾构附近桥梁桩基成孔的中心位置和倾斜度

钻孔灌注桩设计时，应对盾构附近桩基钻孔施工时成孔的中心位置允许偏差和倾斜度提出严格要求，以避免成孔的中心位置偏差或倾斜度过大影响盾构施工。成孔的中心位置允许偏差应≤50mm，倾斜度应≤1%，钻孔时应采用专用仪器对钻孔质量进行测定，如经检查发现有缺陷，例如中心线不符、超出垂直线等，应及时予以改正。

结语

气象台路桥是连接气象台路与中环线的重要交通要道，该桥的拆改是天津市地铁3号线吴家窑车站的一个重点配套工程。预制桩的拔除工艺、基坑开挖时对周边建筑物的多项防护措施以及上跨盾构的新建桥梁的下部结构设计等都是在技术方面的新尝试并且在实践中得到了很好地验证。桥梁拆改后，既保证了地铁3号线盾构的顺利推进，又不影响桥梁的使用功能，桥面纵坡比拆改前更缓更舒适，路口的交通压力也得到了更好地缓解。

U455.49

C

1008-3197（2010）04-62-03

2010-05-13

刘 双/女，1983年出生，助理工程师，工学学士，天津市市政工程研究院海顺设计公司，从事桥梁设计工作。