城市地铁盾构施工中对既有桥梁桩基托换受力转换分析

王高飞

摘要：在城市中進行地铁施工，总会遇到地下管线与既有线结构物的影响，为保证施工安全推进，需要采用相关的技术保证施工顺利开展。

关键词：地铁;盾构;桩基;托换;受力分析

1.工程概述

城市地铁施工中某区间穿越一高架桥，与其高架桥Z3桥墩桩基冲突。因此需对该高架桥Z3桥墩桩基进行托换，以便盾构正常施工。原桥墩采用钻孔桩基础。

经专家论证后采用新建承台桩基托换既有下部承台桩基。新建承台宽5.5m，长13.8m，高3m，既有承台置于新建承台上方，承台西北角，西南角为保护管线进行倒角。新建承台桩基直径1.5m，最小桩间距3.8m，最大桩间距12.25m。

2.施工技术简介

施工时考虑到区间正穿Z3桥桩基础，Y1、Y2为侧穿，所以目前暂时拟对Z3进行托换处理;总体托换思路如下：

第一步：调查桥现状。包括表官病害、裂缝，同时根据情况进行扫描、探测等，最终需经有资质的部门出具鉴定报告。第二步：新桥桩基、围护结构施工，旧桥桩加固。在旧桩基两侧、隧道结构外2m进行新桩基施工，受场地条件、桥高度限制，采用循环钻机小型钻机施工。第三步：基坑开挖至设计标高，对既有Z3桥桩植筋，凿除新桥桩桩头，施工新承台，并预埋千斤顶。第四步：新建承台达到设计强度后，顶升千斤顶，进行体系转换，体系转换完成后浇筑桩顶后浇带。第五步：开挖坑中坑，截断旧桩，对旧桩进行水磨钻取芯处理。将既有Z3桥桩中心1m范围内砼钻除，直至盾构隧道轮廓线底1m，随后自下而上分段凿除既有桩基钢筋，立即采用C15素砼回填，每1m一循环。将隧道顶、底轮廓线1m范围内钢筋凿除。第六步：既有桩基主筋割除并回填完成后，盾构通过。

新建承台形式：桩基托换新建基坑深度约为5.045m（地面以下），坑中坑深度为2m。

原桥敦桩基具体位置关系如下图。对Y1、Y2、Y3、Z3、Z4桥墩近距离侧穿部位桩基进行加固，加固范围为桩基轮廓线外2m范围，加固深度至隧道轮廓线外2m。

3.结构受力计算书

3.1、计算模型对比分析

计算对比分析的方法采用MIDAS/fea与MIDAS/civil、建立三维模型。三维模型中上部结构荷载模拟为压力荷载传递于结构，梁单元中上部荷载模拟为梁单元荷载传递于结构。

计算模型简图如下所示：

（1）得到模型弯矩结果如下图所示

弯矩对比分析可知，三维计算模型与梁单元计算模型，新建承台弯矩结果总体吻合。各项荷载分项系数均取1的情况下，梁单元最大弯矩值为32068.2kN，三维模型最大弯矩值31000，梁单元计算弯矩结果偏大约3.4%左右。计算结果稍偏安全。

（2）各荷载分项系数均取1，对两模型进行计算分析。得到模型反力结果如下图所示：

反力对比分析可知，梁单元计算模型，F1与F2计算反力结果差距较大。三维模型显示出F1与F2反力相差较小的计算结果。因F1、F2距离梁中心及既有承台中心位置距离相差不大，三维模型计算所得结果与实际反力结果更为相符。取三维计算反力结果作为桩基承载力计算依据。

综上，新建承台弯矩，剪力计算分析时采用梁单元进行验算，桩基反力计算时采用三维计算结果作为承载力计算依据。

3.2、位移控制

永久作用

1）提取计算结果，在上部结构自重、承台自身重力以及覆土重力的作用下，结构变形如下图所示。最大位移为0.841mm（位于x=6.7m节点处）。

结构自重作用下承台位移

2）收缩、徐变作用下，结构位移如下图所示。最大位移为2.347mm（位于x=7.1m节点处）。

活载作用下承台位移

综上，桩基主动托换完成后，后期承台变形主要由收缩徐变与可变荷载作用下的结构位移，其值为3.608mm<5mm控制值。

4、新建承台抗冲切计算

既有承台偏心置于新建承台上方，按照《桥规》5.6节，计算新建承台抗冲切能力。

由规范第5.6.1条：抗冲切承载需满足：r0 × Fld≤（0.7 ×βh ×ftd + 0.15 ×σpc，m）×Umh0

r0 × Fld = 1.1 ×12000KN =13200kN≤（0.7 ×βh ×ftd + 0.15 ×σpc，m）×Umh0=（0.7 × 0.85×1.650MPa+ 0.15 ×0.0）× 16.8m×3m=49480.2kN

参考文献：

[1]张猛.地铁盾构法施工技术要点分析[J].太原城市职业技术学院学报，2018（01）：182-183.

[2]刘长林.探究地铁盾构法施工新技术要点[J].太原城市职业技术学院学报，2016（01）：159-160.

[3]王雄友.地铁盾构法施工新技术要点[J].建筑技术开发，2017，44（08）：85-86