地铁区间隧道下穿既有桥梁的桩基托换

李戈

摘要：地铁区间隧道下穿既有桥梁，桥梁异形板区变形稳定的控制，需要借助桩基托换技术，优化穿越施工的参数，方可确保隧道和桥梁的安全。文章将以某地铁工程为例，将了解该工程概况的基础上，分析施工存在的问题，进而选择桩基托换施工技术，并深入研讨桩基托换技术在该工程中的应用方法。

关键词：地铁，区间隧道，下穿桥梁，桩基托换

1.工程案例及概况

某地铁车站路线自西往东延伸，接近终点站位置，有12m盾构区间下穿既有桥梁，区间断面为单洞单线圆形状，外径6m，覆土平均厚度13.8m；桥梁为交通主干道，车流量大。既有桥梁分为新旧两部分，其中平交新桥桥桩为φ1200灌注桩，桩长16m，桩径1.2m，立交新桥桥桩为φ1500灌注桩，桩径1.5m，旧桥桥桩为φ800灌注桩，桩长15m，桩径0.8m。桥址位置的地质分别由杂填土、粉质粘土、中粗砂、砂砾、圆砾组成，地下稳定水位平均埋深11.45m，属于潜水。

2.施工问题及方案选择

本工程施工成本预算不高，而且下穿的既有桥梁为交通主干道。为采取合适的施工方法，在排除托换处理的情况下，根据桥梁的实际尺寸，以及桥梁桥梁的交通荷载情况，计算出桥梁的自重、平均每根既有桩承载最大值，进而确定在既有桥梁自重、水压力、土压力的三重作用下，既有桥梁最大可能承受1626kN的荷载，往隧道顶端扩散的均载，呈45°往下走向，隧道管片弯矩的最大值437.5kN·m。而按照被压弯的隧道结构情况分析，在这种荷载条件的隧道，至少需要2.5倍于无荷载条件的配筋率，而采用这种标准配筋率，必然会濒临超筋的限值。正常情况下，地铁隧道在施工过程中，列车的振动作用，必然会波及管片和管片附近的部分地层，加上本工程的既有桥梁桩基端部，和计划施工地铁隧道管片的距离，仅1.14m，当地铁交通工具频繁振动，既有桥梁桩基端部和地铁隧道管片之间的土层，很有可能会在长期振动荷载作用下，强度出现不同程度的削减。从这几方面的情况分析，隧道下穿既有桥梁，有必要采用桩基托换的施工方法。

关于桩基托换的施工方法，其技术原理是在既有桥梁桩基的周围，另外布置新的桩基，然后以盖梁连接的方法，将原来桥梁的桩基和新布置的桩基形成一体，扩大基础后，形成共同受力的整体，并完成管片与桥梁桩基之间的注浆处理，即可大幅度减少隧道施工对既有桥梁单桩的影响。这种施工方法，不仅施工时间不长，而且施工流程简单，经实践证明安全系数颇高。

3.地铁区间隧道下穿既有桥梁桩基托换施工

3.1施工前技术准备

在正式施工之前，必须做好以下一系列的施工前技术准备工作：

1）施工技术方案编制。方案编制要求紧扣现场实际情况，并结合工程的技术规范标准，由主要施工人员和技术人员，在完成岗前培训之后，就工程施工期间可能出现的技术难点，进行在会详细讨论，提出技术难点攻关的详细技术方案。

2）桥梁现状的调查。地铁区间隧道下穿既有桥梁，桥梁的结构形态、受力状态、沉降情况，以桥梁的裂缝、倾斜度等，都是桩基托换施工时必须考虑的内容。在施工之前，有必要联同建设单位、设计单位、监理单位、产权单位，共同调查的桥梁现状，调查结果签字确认。在完成桩基托换施工后，对比施工前后桥梁状态，以检验下穿既有桥梁的影响消除效果，也便于判断桩基托换施工的成效。

3）环境监测系统构建。地铁区间隧道下穿既有桥梁，涉及到桥梁和地铁隧道两个方面的工程，无论哪个环节的施工存在隐患，都有可能波及橋梁和隧道的质量。因此，在施工之前，我们需要构建完善的环境监测系统，用于观察施工期间桥梁、地下管线、水文地质等的环境状态，同时判断是否出现裂缝、位移、倾斜、沉降等问题。

3.2地面支撑体系布置

在地铁区间隧道桩基托换施工体系之外，地面支撑体系是辅助桩基托转施工。本工程的地面支撑体系布置施工，由千斤顶构成，包括布置、分组、安装三道工序。按照常规的千斤顶顶升操作方式，本工程从桥梁下端部往下安装临时支撑，将千斤顶的底座，紧固在异形板正下方，同时控制好轴线的垂直度，目的是规避安装时出现倾斜，并产生水平分力。通过地面支撑体系的布置，在一定程度上可减缓地铁区间隧道盾构时的沉降和振动影响。

3.3桩底基岩处理

开挖工序启动后，与区间隧道空间交叉的既有桥梁桩基，即深入隧道内部的桩基，要完整保留下来，并在开挖时，重点保护好桩基。以3号桥的4#桥桩为例，伸入左侧隧道的φ800钻孔灌注桩，与左线隧道中线距离为3.387m，而距离岩面有1.878m，因此在钻孔灌注桩的底部，要预留高度1.878的原状岩层，这些基岩暂时不予以开挖，作为既有桥梁伸入隧道内桩基的支撑体，见下图1：

图1 3号桥4#桥桩预留桩底基岩情况

在预留桩底基岩的基础上，以探孔方法，检验桩底标高情况，然后在桩基底部施打两个纵向注浆孔，每个注浆孔均伸入规格φ50mm的钢管，钢管长度4m、厚度5mm，留在孔外的管端，用丝扣固定阀门，再将棉布、快干水泥塞满注浆孔和钢管之间的间距。随后，按照水灰质量比1：1的规格配备水泥砂浆，往注浆孔内注入水泥砂浆，期间应根据现场实际情况，控制好注浆的压力，同时安排专人监测桩基的状态。如果发现注浆时桥梁桩基有顶起迹象，则要适当降低注浆压力，直至桩基恢复原状。

桩基基岩的预留，以人工方式开挖，并尽量一次性完成开挖。在成型之后，即刻将规格2.5cm×2.5cm的钢筋网固定在岩面上，喷射混凝土厚度控制在5cm左右，以缩短岩石暴露时间。

3.4植筋及界面处理

界面处理之前，在托换梁抱桩位置放样划线，确定待处理的界面范围，然后根据划线规格，在抱桩之上划出深度25mm的企口，将清除干净企口周围的混凝土浮浆，直至露出新鲜的混凝土表面，最终在处理后的界面之上，均匀涂抹处理剂。完成界面处理工序后，开始以梅花状的规格交错植筋，如下图2所示：

图2 植筋施工

植筋前的钻孔施工，本工程按照大于10d的深度规格，借助冲击电钻钻孔，由于工程以梅花形布置，同侧的钻进不能够一次性成孔，而采用跳钻方式成孔。钻孔后，利用空压机清理干净孔内残渣，再将VGC药剂管伸入其中，植入规格φ20的钢筋，间隔距离保持35cm，抱桩同个水平截面位置，至多布设2孔的植筋，并且需要在前道植筋工序的胶水完全凝结后，才能进行后道植筋工序，以此循序渐进完成全部钢筋的锚固。

3.5隧道内截桩

依次完成以上工序，直至二次衬砌工序完工，开始检验加固结构混凝土的强度性能，然后截除伸入隧道内的桥桩。从洞口位置开始截桩，往洞里方向进行，截断的桩机构，外运出隧道外破碎处理。本工程的截桩，以人工方式进行，现场实际情况仅允许沿着二次衬砌的内轮廓方向，将既有桥梁桩基切断，当桩基结构与二次衬砌分成两部分，再以1.5m的单位，将整段桩基切小，将其全部运至隧道外。隧道内截桩情况，见下图3：

图3 隧道内截桩

在截樁的同时，不仅不能够即刻拆除桩基附近的脚手架，还需要在脚手架上加设连接件、脚手板等，架构后的脚手架，可作为截桩施工的作业平台。另外，在桩基钢筋保护层的混凝土凿除之后，需要保留桩基底部25%高度的主筋，以防止桩底倒塌，而桩基结构的端口位置，要进行打凿处理，再用水泥砂浆找平，尽量缩短二次衬砌钢筋和切断桥梁主筋的外露时间。

3.6盾构通过

完成桩基托换工序之后，试掘进16m后，检查下穿桥梁的隧道区间地表沉降速率，现场发现有渗水迹象，于是在停止盾构掘进支护，利用水泥砂浆加固刀盘前方的土体，同时探明管线密集位置的情况，在地层基本稳定之后，建立正常的土压，并穿过桥区，而且桥梁的沉降均控制到允许值范围内。

4.施工成效分析

通过以上的施工，案例地铁区间隧道下穿既有桥梁的桩基托换，取得了以下的施工成效：

1）以上的施工工艺，能够精准确定下穿区域隧道与桥梁之间的位置关系，为桩基托换施工提供精准的施工参数，尤其是在数值分析时，所获得的施工参数，均能够满足既有桥梁的安全标准要求。

2）从施工现场既有桥梁的受力变化情况分析，本工程采用的桩基托换施工技术，对桥梁受力的负面影响不明显，尤其在桥梁下方布置支撑体系之后，为桩基托换施工争取到更为有利的施工条件。

3）桩基托换施工之后，桥梁的承重基础得以托大，原来以单独桩基础支撑的下部结构，与新桩形成统一整体，当隧道在盾构穿越时，既有桥梁的新旧桩基之后，不存在差异沉降情况，而且能够明显改善盾构管片的受力条件。

5.结束语

综上所述，地铁区间隧道下穿既有桥梁，桩基托换施工的成本费用不高，而且施工流程简单，文章通过研究，从施工前技术准备、地面支撑体系布置、桩底基岩处理、植筋及界面处理、隧道内截桩、盾构通过几个方面，明确了工程桩基托换施工的具体方法，施工效果显示，采用这种施工技术，能够切实保证既有桥梁的安全稳定，以及满足地铁区间隧道的正常穿越，这些施工技术，在其他工程当中，可在因地制宜结合工程主客观情况的条件下，予以灵活的参考借鉴。

参考文献

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