地鐵隧道下穿既有橋梁拆改技術(shù)

□文/劉 雙

地鐵隧道下穿既有橋梁拆改技術(shù)

□文/劉 雙

在城市地下交通建設(shè)過程中，地鐵隧道的線路經(jīng)常會遇到既有建筑物的樁基，在線路規(guī)劃確定的情況下，必須進行障礙樁的拔除，同時對既有建筑物進行改造。文章結(jié)合天津市地鐵3號線吳家窯車站氣象臺路橋的拆改工程實例，對地鐵隧道盾構(gòu)法施工下穿既有橋梁時橋梁拆改過程中應(yīng)注意的設(shè)計要點和技術(shù)措施進行了介紹。

地鐵隧道；樁基；橋梁拆改

目前全國許多城市都在大力開展地鐵交通建設(shè)。盡管在線路規(guī)劃過程中，盡量采用現(xiàn)有干線道路下面空間，但是由于城市內(nèi)既有建筑物林立，難免遇到需從既有建筑物穿過的現(xiàn)象。為使盾構(gòu)順利推進，需要進行障礙樁的拔除施工，同時對既有建筑物進行改造，這已成為城市地鐵隧道挖掘過程中一個重要的設(shè)計和施工環(huán)節(jié)。

工程概況

天津市地鐵3號線北起北辰區(qū)小淀，南至華苑環(huán)外地區(qū)，全長25.2km，需在吳家窯大街設(shè)站，地鐵線路無法繞行氣象臺路橋。由于氣象臺路橋舊橋部分樁基與規(guī)劃盾構(gòu)線位相沖突，因此需要將舊橋上、下部結(jié)構(gòu)整體拆除，之后躲避盾構(gòu)線位修筑新橋下部結(jié)構(gòu)，在原橋位建新橋。

橋梁拆改要求

盾構(gòu)對上跨橋梁設(shè)計和施工的技術(shù)要求

（1）盾構(gòu)頂面覆土深度應(yīng)≥1倍盾構(gòu)外徑。

（2）新建橋樁基外邊與盾構(gòu)管片外邊凈距≥2m。

（3）新建橋梁施工應(yīng)在盾構(gòu)施工前完成，因為新橋樁基的施工會對土體產(chǎn)生擾動，引起盾構(gòu)外圈土壓力的變化，可能會導(dǎo)致盾構(gòu)區(qū)間在該處沉降變形，影響后期運營。

交管部門對橋梁拆改要求

氣象臺路為城市主干路，橋梁緊鄰中環(huán)線，車流量大、交通繁忙，橋梁拆改過程中不能斷交施工并且通車橋面總寬≮16m，以方便機動車和非機動車行駛。

主要技術(shù)措施

交通導(dǎo)行措施

橋梁由3部分組成，中間15.87m寬為1966年建成，西側(cè)13.88m寬和東側(cè)16.02m寬均為1985年擴建，橋長9m。規(guī)劃地鐵盾構(gòu)左線和右線分別位于中間15.87m和東側(cè)16.02m橋梁范圍內(nèi)。

氣象臺路橋為單幅橋，由于不能斷交施工，故將橋梁分成兩部分進行施工，先進行盾構(gòu)范圍內(nèi)橋梁的拆改。施工時先保留西側(cè)13.88m橋梁，將中間15.87m和東側(cè)16.02m橋梁拆除，待此處新橋施工完畢后，將車輛導(dǎo)行至新橋，再拆除西側(cè)13.88m寬橋梁；由于13.88m寬橋梁不滿足交管部門提出的通車橋面總寬≮16m的要求，因此機動車利用未拆除的舊橋行駛并在舊橋旁修建1座臨時導(dǎo)行用的戰(zhàn)備橋，以方便非機動車行駛，戰(zhàn)備橋橋面凈寬為3.7m，橋長21m。

預(yù)制樁拔除工藝

氣象臺路橋舊橋樁基間距較密，為單排預(yù)制方樁，分3類。第1類樁徑25cm×25cm，樁長7.5m，共28根；第2類樁徑40cm×40cm，樁長18.5m，共32根；第3類樁徑40cm×40cm，樁長9.5m，共13根。預(yù)制樁拔除是舊橋拆除過程中的重點和難點，也是制約工程進度的重要環(huán)節(jié)。本工程采取以下方法對預(yù)制樁進行拔除，取得了較好效果。

（1）第1類樁入土深度及樁截面較小，拔除相對簡單。先用挖掘機下挖2m，然后用100t履帶吊配合振動設(shè)備對其進行拔除。

（2）第2類和第3類樁的拔除采用套筒法，先用套筒配合振動錘頭進行土體擾動，減小摩擦力，進而對預(yù)制樁進行拔除。

第2類樁樁身較長，由2節(jié)9m多長的樁四角點焊焊接而成，在拔除過程中有可能出現(xiàn)從接頭處斷樁的情況，因此拔樁時應(yīng)用經(jīng)緯儀對拔樁垂直度進行觀測，保證樁垂直受力，避免在拔樁過程中出現(xiàn)斷樁情況。若出現(xiàn)斷樁，先停止對該樁的拔除作業(yè)，然后在該樁處打入直徑1.2m的鋼護筒，邊打入護筒邊向護筒內(nèi)注入高壓水，用泥漿使樁與土徹底分離，然后抽出護筒內(nèi)泥漿，露出下半截樁，再用吊車配合鋼絲繩鎖套將下半節(jié)樁拔出。

孔洞回填處理

舊橋樁基拔除后，需要對孔洞進行回填處理，以防將來盾構(gòu)頂面覆土發(fā)生透水現(xiàn)象。采用水泥攪拌樁進行孔洞的回填處理，由于舊橋樁基間距較密，所以拔除后孔洞間距也較密，施工時采用φ650mm和φ500mm雙排及φ800mm單排咬合150mm雙軸攪拌樁處理成水泥土墻的方法對孔洞進行回填處理。

基坑開挖時周邊建筑物防護措施

氣象臺路橋位于河沿道與吳家窯大街之間，為跨河橋梁，周邊建筑物距離施工現(xiàn)場較近且主要為6層磚混結(jié)構(gòu)居民樓，降水和下挖河道都可能對建筑物產(chǎn)生影響，造成建筑物傾斜、開裂或基礎(chǔ)沉降等問題，因此在開挖承臺基坑時需要采取基坑止水和支護措施對周邊建筑物進行防護。采用雙排φ800mm高壓旋噴樁帷幕對基坑進行止水及支護。

基坑開挖過程中做好監(jiān)控工作，監(jiān)測項目包括周邊建筑物及地面開裂、沉降情況；支護樁水平位移；支撐水平和垂直變形；坑壁漏水情況；地下水位等?；鶞庶c應(yīng)在基坑開挖前觀測一次，基坑回填至地面可停止觀測。監(jiān)測報警值：支護樁水平位移為40mm；構(gòu)件裂縫寬度為0.3mm；地面或周邊管線出現(xiàn)異?；蛄芽p。

新建橋梁上跨盾構(gòu)時設(shè)計要點

新橋下部結(jié)構(gòu)采用φ1.5m鉆孔灌注樁，上接承臺，每個承臺下設(shè)2根鉆孔灌注樁，2根樁順盾構(gòu)線位方向布置。下部結(jié)構(gòu)設(shè)計是上跨盾構(gòu)橋梁設(shè)計的重點。

承臺底至盾構(gòu)頂間土深

為防止盾構(gòu)上浮，盾構(gòu)頂面覆土深度應(yīng)≥1倍盾構(gòu)外徑?？紤]到承臺施工距離附近建筑物較近、下挖量不宜過大，同時河道底面無沖刷，因此將承臺頂面設(shè)計為與河道底面齊平，承臺厚2m，承臺底標高為-2.0m，盾構(gòu)頂標高為-8.5m，承臺底至盾構(gòu)頂間土深為6.5m，＞1倍盾構(gòu)外徑6.2m，滿足要求。

樁基布置應(yīng)避開舊橋樁位

舊橋樁基拔除后需要在原樁位回填水泥攪拌樁進行孔洞處理，新橋樁基采用鉆孔灌注樁，而鉆孔機械在水泥攪拌樁處是無法施鉆的，所以新橋樁基布置應(yīng)避開舊橋樁位，避免沖突。

樁基布置

新建橋樁基外邊與盾構(gòu)管片外邊凈距應(yīng)≥2m。通過分析，左線和右線盾構(gòu)間凈距5.8m，減去左右各2m的安全距離外還剩1.8m，所以兩盾構(gòu)間布置的樁基直徑應(yīng)≤1.8m方能滿足要求。本工程樁基直徑為1.5m，滿足要求。

鋼護筒的設(shè)置

為避免將來盾構(gòu)施工時由于土體擾動對樁身承載力產(chǎn)生影響，新橋位于左線和右線盾構(gòu)兩側(cè)的樁基宜設(shè)置鋼護筒。

（1）鋼護筒尺寸。鋼護筒長度以上下各大于盾構(gòu)外緣2～3m為宜。盾構(gòu)頂面距離樁頂較近，為方便護筒施工，將護筒頂面設(shè)計為與樁頂齊平，盾構(gòu)頂面以上護筒長度為6.65m；盾構(gòu)底面高程-14.7m，考慮到盾構(gòu)底面護筒長度設(shè)置為2～3m，同時護筒總長度宜為偶數(shù)便于施工分節(jié)，將護筒總長度定為16m，護筒底面高程-17.85m，盾構(gòu)底面以下護筒長度為3.15m。鋼護筒內(nèi)徑與樁徑相同，壁厚1cm。施工時鋼護筒分節(jié)長度和樁基鋼筋籠分段長度及分段位置應(yīng)綜合考慮，鋼護筒單節(jié)長度一般為2～4m，施工時固定在鋼筋籠上，與鋼筋籠一起下放，護筒接口處采用滿焊。鋼護筒施工后不拔出。

（2）樁基長度計算時應(yīng)考慮設(shè)置鋼護筒的影響。摩擦樁主要靠樁身混凝土與樁周土間的側(cè)摩阻力來承受豎向荷載。當設(shè)置鋼護筒后，護筒內(nèi)的樁身混凝土與外側(cè)土體無法直接接觸，從而導(dǎo)致護筒范圍內(nèi)的側(cè)摩阻力大大降低，此時樁基計算不應(yīng)考慮護筒范圍內(nèi)的側(cè)摩阻力并應(yīng)將護筒范圍內(nèi)樁基自重完全轉(zhuǎn)換為豎向荷載施加到護筒以下的樁基上，由護筒以下的樁基來完全承受豎向荷載，這樣計算是偏于安全的。

（3）樁基配筋時應(yīng)考慮設(shè)置鋼護筒的影響。為避免盾構(gòu)施工時對樁身承載力產(chǎn)生影響，鋼護筒范圍內(nèi)的樁基主筋應(yīng)全部通長，箍筋應(yīng)全長加密；護筒以下的樁基主筋長度和箍筋加密段長度再按常規(guī)的設(shè)計取值，注意設(shè)計護筒以下的樁基主筋長度和箍筋加密段長度時所用的樁長只計入護筒以下的樁長，不包括護筒范圍內(nèi)的樁長。

盾構(gòu)附近橋梁樁基成孔的中心位置和傾斜度

鉆孔灌注樁設(shè)計時，應(yīng)對盾構(gòu)附近樁基鉆孔施工時成孔的中心位置允許偏差和傾斜度提出嚴格要求，以避免成孔的中心位置偏差或傾斜度過大影響盾構(gòu)施工。成孔的中心位置允許偏差應(yīng)≤50mm，傾斜度應(yīng)≤1%，鉆孔時應(yīng)采用專用儀器對鉆孔質(zhì)量進行測定，如經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)有缺陷，例如中心線不符、超出垂直線等，應(yīng)及時予以改正。

結(jié)語

氣象臺路橋是連接氣象臺路與中環(huán)線的重要交通要道，該橋的拆改是天津市地鐵3號線吳家窯車站的一個重點配套工程。預(yù)制樁的拔除工藝、基坑開挖時對周邊建筑物的多項防護措施以及上跨盾構(gòu)的新建橋梁的下部結(jié)構(gòu)設(shè)計等都是在技術(shù)方面的新嘗試并且在實踐中得到了很好地驗證。橋梁拆改后，既保證了地鐵3號線盾構(gòu)的順利推進，又不影響橋梁的使用功能，橋面縱坡比拆改前更緩更舒適，路口的交通壓力也得到了更好地緩解。

U455.49

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1008-3197（2010）04-62-03

2010-05-13

劉 雙/女，1983年出生，助理工程師，工學(xué)學(xué)士，天津市市政工程研究院海順設(shè)計公司，從事橋梁設(shè)計工作。