軌道交通盾構(gòu)區(qū)間城市橋梁拆復(fù)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

王高科

（寧波市城建設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江寧波 430012）

0 引言

軌道交通位于道路下方，為確保盾構(gòu)順利掘進(jìn)，需要將盾構(gòu)掘進(jìn)過程中碰到的老橋提前進(jìn)行改造。以寧波市為例，地下線盾構(gòu)施工與沿線道路多座橋梁相沖突，為此，需先對(duì)地面道路進(jìn)行交通導(dǎo)改，將盾構(gòu)掘進(jìn)過程中碰撞的橋樁先拔除，然后在合適的位置重新打入鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，對(duì)橋梁進(jìn)行恢復(fù)施工。

1 設(shè)計(jì)思路

1.1 設(shè)計(jì)思路

（1）老橋拆除前詳細(xì)勘察現(xiàn)場(chǎng)，摸清橋梁基礎(chǔ)及地上、地下管線情況。

（2）設(shè)計(jì)合理的施工期間交通組織方案，將橋梁施工對(duì)道路通行的影響降到最低。

（3）設(shè)計(jì)合理的拆橋及重建方案，合理選擇樁型、樁位及蓋梁形式，避免重建后對(duì)盾構(gòu)施工的影響。

（4）橋梁在拆除重建過程中的管線改移方案滿足相關(guān)產(chǎn)權(quán)單位和管理部門的要求。

（5）老橋拆除過程中全程跟蹤，對(duì)所掌握的橋梁基礎(chǔ)及地下管線資料進(jìn)行復(fù)核，明確拆橋方案及重建橋梁方案。

（6）老橋重建時(shí)考慮遠(yuǎn)期規(guī)劃，避免重復(fù)建設(shè)。

（7）堅(jiān)持科學(xué)態(tài)度，積極采用新工藝、新材料、新技術(shù)。

（8）認(rèn)真貫徹精心設(shè)計(jì)、合理布局、符合實(shí)際的原則，減少?gòu)U棄工程，節(jié)省投資。

（9）工程方案應(yīng)盡可能滿足快速施工要求，并在施工期間盡可能較少對(duì)周邊環(huán)境影響，注重環(huán)境保護(hù)。

圖1為拆復(fù)橋設(shè)計(jì)流程圖。

圖1 拆復(fù)橋設(shè)計(jì)流程圖

1.2 橋梁拆除方案流程

圖2為橋梁拆除方案流程圖。

圖2 橋梁拆除方案流程圖

2 老橋樁基拔除關(guān)鍵問題研究及對(duì)策

在該工程拆除重建過程中，拔樁是最為關(guān)鍵和復(fù)雜的。設(shè)計(jì)出正確合理的拔樁方案并順利實(shí)施后，才能確保后續(xù)工程的順利進(jìn)行；在清樁過程中及清除后，還應(yīng)保證不對(duì)周圍建筑物產(chǎn)生較大影響。下面著重對(duì)拔樁方案的設(shè)計(jì)思路進(jìn)行闡述。

2.1 拔樁工藝選擇

該工程需拔除的樁基均為鉆孔灌注樁，鉆孔灌注樁的鋼筋不是通長(zhǎng)，而樁周土的摩擦力較大，一般不能直接拔除，需采取技術(shù)手段破壞樁周土，然后采用起重設(shè)備吊起樁。現(xiàn)有的各種拔樁工藝的差別主要是破壞樁周土的方式不同，有空氣幕沉井技術(shù)、正循環(huán)泥漿護(hù)壁鉆進(jìn)技術(shù)（套鉆）、旋噴高壓泥漿技術(shù)、空心沖擊成孔技術(shù)、人工挖孔技術(shù)，各種技術(shù)的特點(diǎn)如表1所示。

表1 破壞樁周土的不同方法優(yōu)缺點(diǎn)

適用于寧波軟土地基破壞樁側(cè)摩阻力的施工方法主要是正循環(huán)泥漿護(hù)壁鉆進(jìn)技術(shù)，其原理是先下鋼護(hù)管，然后在護(hù)管內(nèi)進(jìn)行樁側(cè)土體摩阻力的破壞。該方法的最大優(yōu)點(diǎn)在于清除側(cè)阻力的施工在護(hù)管內(nèi)完成，因此對(duì)周圍土體基本無影響；其缺點(diǎn)主要是在下鋼護(hù)管和拔出的過程中對(duì)周圍土體產(chǎn)生擾動(dòng)。根據(jù)工程實(shí)際情況，可考慮采用切削鉆進(jìn)式鋼套管方案，即利用全回轉(zhuǎn)設(shè)備產(chǎn)生的下壓力和扭矩，驅(qū)動(dòng)鋼套管轉(zhuǎn)動(dòng)，利用管口的高強(qiáng)刀頭對(duì)土體的切削作用和高壓水體的沖刷作用，將套管鉆入地下，去除套管與樁體之間的土體，減小樁側(cè)摩阻力。圖3為套管法拔樁示意圖。

2.2 拔樁施工要點(diǎn)

2.2.1 拔樁設(shè)備

（1）全回轉(zhuǎn)動(dòng)力設(shè)備

圖3 套管法拔樁示意圖

全回轉(zhuǎn)動(dòng)力設(shè)備主要是為套管360°回轉(zhuǎn)、刀頭切割障礙物提供動(dòng)力，包括上下抱箍夾緊系統(tǒng)和一套豎向頂升系統(tǒng)。

（2）套管

套管有兩方面功能：一方面將頂部驅(qū)動(dòng)設(shè)備提供的扭矩和壓力傳遞給刀頭，同時(shí)在鉆進(jìn)的過程中還起到支護(hù)孔壁、防止孔壁坍塌的作用。套管為鋼制桶式結(jié)構(gòu)，根據(jù)需要鉆進(jìn)的深度情況分長(zhǎng)度不同的若干節(jié)，在管口布置刀頭。

先將回旋轉(zhuǎn)機(jī)固定在鉆孔樁中心上方，再將鉆機(jī)和動(dòng)力箱、操作室相連接，然后安裝反力架，反力架的另一頭停置一部吊車，該吊車履帶壓住反力架，反力架的作用是當(dāng)鉆機(jī)全回旋鉆進(jìn)過程中防止機(jī)器發(fā)生扭動(dòng)，吊車同時(shí)可用作安裝鋼套筒和清障配合。圖4為套管安裝照片。

圖4 套管安裝照片

2.2.2 鋼套管鉆進(jìn)施工

灌注樁樁頂混凝土暴露后，清除樁側(cè)周圍垃圾，回旋鉆機(jī)就位，將鋼套管與灌注樁同心壓入。由于鋼套管是全回旋鉆進(jìn)的，且端部刀頭配置了負(fù)載控制裝置，可以確保刀頭的負(fù)載在最合適的范圍內(nèi)，且鉆機(jī)在鉆進(jìn)的過程中可任意調(diào)節(jié)套管的回轉(zhuǎn)扭矩、回轉(zhuǎn)速度、壓入力以及夾緊力等的最高值，并且可以設(shè)定發(fā)動(dòng)機(jī)的高速、中速和低速，所以可以根據(jù)地質(zhì)和障礙物情況進(jìn)行高效施工。每沉完一節(jié)鋼管，吊裝上另一節(jié)鋼管，直至鋼套管底部達(dá)到預(yù)定標(biāo)高。

2.2.3 高壓水減摩

減少鉆入鋼套筒時(shí)的摩阻力，鉆入鋼套筒時(shí)管內(nèi)插高壓水管液化管內(nèi)泥土，邊沖邊下沉，以減少鋼套管內(nèi)側(cè)摩阻力。

采用高壓水破壞土體時(shí)需嚴(yán)格控制水槍插入深度，插入深度小于鋼管插入深度2 m以上，以確保管內(nèi)底部土塞效應(yīng)，防止套管外側(cè)土體進(jìn)入管內(nèi)，引起地面沉降。廢泥漿采用泥漿泵抽出，通過泥漿管路輸送到泥漿池中，初步沉淀后用槽罐車外運(yùn)。

2.2.4 拔樁

當(dāng)鋼套管鉆到樁底標(biāo)高后，將樁頂鋼筋接長(zhǎng)到地面并和鎖口管底部焊接牢固，隨后利用全回旋自身頂拔力將連帶樁的鎖口管拔起。圖5為拔樁過程照片。

圖5 拔樁過程照片

在已經(jīng)埋設(shè)的注漿管內(nèi)不斷注入膨潤(rùn)土漿液，同時(shí)起拔鎖口管，并連帶著樁逐步上拔。當(dāng)樁拔到一定高度，無法利用鎖口管進(jìn)行拔樁，同時(shí)吊車又無法將樁拎出的時(shí)候，將已經(jīng)拔出的樁切斷，重新焊接鎖口管后拔起。為防止在拔除過程中樁底留出的空隙涌入流沙，給周圍環(huán)境帶來影響，在整個(gè)拔樁過程中注漿不停止，現(xiàn)場(chǎng)配備泥漿箱作為注漿泥漿循環(huán)回收箱，確保膨潤(rùn)土漿液始終能充填鎖口管的底部空隙。

在拔樁過程中，如起拔力過大，無法將樁拔出，則在鋼套管內(nèi)可采取繼續(xù)用高壓水槍沖刷的方法減摩，直到將樁全部拔除。

2.2.5 樁孔回填

樁孔填充是該工程重要的一個(gè)施工環(huán)節(jié)。樁孔填充質(zhì)量的好壞將直接影響到周邊土體后期的沉降情況和盾構(gòu)工程的正常施工。

樁孔回填材料分為兩部分，盾構(gòu)區(qū)間內(nèi)采用黃砂回填，盾構(gòu)區(qū)以外采用C5細(xì)石混凝土回填。樁孔回填材料詳見圖6。

圖6 樁孔回填示意圖

2.3 拔樁注意事項(xiàng)

（1）樁基屬于隱蔽工程，樁體形態(tài)存在不確定性，拔樁前需做好預(yù)案，對(duì)可能遇到的情況提出切實(shí)可行的解決方案。

（2）正式拔樁前應(yīng)進(jìn)行試拔，以確定機(jī)械的正常工作狀態(tài)和工作條件。

（3）樁體可整體拔除，也可部分拔除，但必須保證盾構(gòu)區(qū)間暢通。

（4）一旦樁體未拔除足夠深度，可采用靜力分節(jié)爆破后下人直接鑿除，如需下人操作需對(duì)下側(cè)土體進(jìn)行加固，防止管底涌水。

（5）不被拔除的橋樁與地鐵結(jié)構(gòu)距離很近，如有必要，需對(duì)近樁周圍土體進(jìn)行加固。

（6）按照同類工程的設(shè)計(jì)施工經(jīng)驗(yàn)和有關(guān)法規(guī)的要求，應(yīng)在地鐵施工過程中制定專項(xiàng)施工方案，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)工作，根據(jù)檢測(cè)指標(biāo)的分析判斷結(jié)果采用相應(yīng)的地層加固手段。設(shè)計(jì)采用自地表跟蹤注漿的加固措施，具體工藝標(biāo)準(zhǔn)和材料配比須待施工條件成熟后，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況結(jié)果進(jìn)行確定。

（7）新橋樁基距離設(shè)計(jì)隧道結(jié)構(gòu)邊線的距離按不小于1 m控制，保證盾構(gòu)隧道掘進(jìn)時(shí)可以暢通無阻。

3 施工期間的交通組織

因橋梁拆除修復(fù)期間不得中斷地面道路交通，因此需要進(jìn)行合理的交通導(dǎo)改與組織。

蕭皋碶橋2004年建成，橋跨布置為三跨13 m+18 m+13 m，橋?qū)?8.5 m，為簡(jiǎn)支板梁橋。橋梁上部采用預(yù)制空心板梁，橋梁下部為蓋梁式橋臺(tái)，采用單排Φ80 cm鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，樁間距3.7～4.3 m，樁底標(biāo)高約為-47.2 m，已侵入隧道；蓋梁式橋墩，采用單排Φ100 cm鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，樁間距3.7～4.3 m，樁底標(biāo)高約為-49.3 m，已侵入隧道。圖7為蕭皋碶橋現(xiàn)場(chǎng)照片。

圖7 蕭皋碶橋現(xiàn)場(chǎng)照片

根據(jù)盾構(gòu)位置，蕭皋碶橋中央分隔帶南側(cè)橋幅需全部拆除，老橋拆除面積1 620 m2，拆除情況見圖8。

圖8 蕭皋碶橋拆除平面圖

橋梁拆除期間利用保留橋幅做好交通組織工作，根據(jù)橋梁情況，橋位處重新劃為7車道，交通組織見圖9。

圖9 蕭皋碶橋拆復(fù)期間交通組織圖

4 橋梁設(shè)計(jì)

4.1 設(shè)計(jì)指導(dǎo)原則

（1）堅(jiān)持科學(xué)態(tài)度，注重實(shí)地調(diào)查，認(rèn)真貫徹精心設(shè)計(jì)、合理布局、切中實(shí)際的原則。

（2）方案符合國(guó)家相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，做到功能適用、技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理。

（3）老橋拆復(fù)后為沿線盾構(gòu)施工提供安全的施工空間。根據(jù)1、2號(hào)線拆復(fù)橋經(jīng)驗(yàn)，新建橋梁樁基與盾構(gòu)外壁凈距按不小于1 m控制。

（4）減少老橋拆復(fù)對(duì)周邊道路交通的影響，保證交通不中斷。

（5）減少老橋拆復(fù)對(duì)周邊居民出行、生活的影響，并減少對(duì)周邊已建小區(qū)環(huán)境的影響。

（6）拆除橋梁處道路縱坡按照與既有道路，特別是交叉口處現(xiàn)有標(biāo)高接順，以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)標(biāo)高為準(zhǔn)進(jìn)行道路縱斷面設(shè)計(jì)。

（7）遷移既有橋位處相關(guān)管線，遷移管線滿足安全、經(jīng)濟(jì)、便于施工的原則。

（8）工程具備良好的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益，全面采用新技術(shù)、新材料及新工藝，加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新，提高工程質(zhì)量和耐久性。

（9）設(shè)計(jì)方案充分考慮建設(shè)進(jìn)度的要求，便于實(shí)施，確保施工方案符合招標(biāo)工期的要求。

4.2 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

一般軌道交通沿線有多座橋梁需要拆除重建，根據(jù)老橋樁基與盾構(gòu)的相對(duì)關(guān)系，其中部分橋梁半幅拆除重建，部分橋梁全幅拆除重建。由于各橋梁建造年份不同，因此老梁的設(shè)計(jì)荷載等級(jí)、設(shè)計(jì)合理使用年限等均有所不同。

根據(jù)新建及改建工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不低于原橋設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的原則，并根據(jù)現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范，拆除重建部分橋梁按以下標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)：橋梁設(shè)計(jì)荷載主干路、次干路橋梁采用城－A級(jí)，支路橋梁采用城－B級(jí)，人群荷載4.5 kN/m2。

4.3 橋梁重建設(shè)計(jì)

現(xiàn)狀蕭皋碶橋跨徑布置為三跨13 m+18 m+13 m，橋?qū)?8.5 m，為簡(jiǎn)支板梁橋。隧道與南半幅橋梁樁基沖突。盾構(gòu)隧道與橋梁的相對(duì)位置詳見圖10。

圖10 隧道與現(xiàn)狀蕭皋碶橋南半幅橋臺(tái)橫斷面關(guān)系圖

蕭皋碶橋重建部分跨徑布置13 m+22 m+13 m，橋梁下部蓋梁式墩臺(tái)均采用φ120 cm鉆孔樁基礎(chǔ)，橋梁上部13 m跨采用70 c m厚先張法預(yù)應(yīng)力混凝土板梁，22 m跨采用95 c m厚先張法預(yù)應(yīng)力混凝土板梁，蓋梁采用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土蓋梁。重建橋梁方案詳見圖11。

圖11 蕭皋碶橋南半幅恢復(fù)后橋臺(tái)橫斷面圖

5 結(jié)語(yǔ)

5.1 項(xiàng)目特點(diǎn)

（1）軌道交通的地理位置決定了工程的復(fù)雜性，故該工程實(shí)施時(shí)需由較多部門協(xié)調(diào)，各部門的相互協(xié)調(diào)對(duì)工程的順利開展有著極為重要的作用。

（2）老橋拆復(fù)的進(jìn)度直接影響到主體結(jié)構(gòu)的開工時(shí)間，雖然老橋拆復(fù)只是軌道3號(hào)線所有工程中的一小部分，但其重要性應(yīng)引起相關(guān)部門的重視。

（3）本次老橋拆復(fù)對(duì)周邊小區(qū)居民日常生活帶來一定影響，故本次設(shè)計(jì)充分考慮這些因素，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

（4）老橋拆復(fù)過程中對(duì)寧波市域交通帶來影響，故管線遷移盡量選擇同步進(jìn)行，避免穿插進(jìn)行對(duì)交通的干擾。

（5）為避免老樁拔除對(duì)周圍管線及建筑物產(chǎn)生不良影響，施工前需對(duì)相關(guān)方案進(jìn)行充分的論證，施工中應(yīng)做好相關(guān)監(jiān)測(cè)工作。

（6）由于老橋拆復(fù)牽涉面較大，故工程實(shí)施前需通過各種途徑發(fā)布公告，以減少影響。

5.2 關(guān)鍵技術(shù)問題對(duì)策

（1）部分橋梁半幅拆除重建，重建部分與老橋的縱向接縫宜采用可伸縮式，以滿足新、老橋的變形和不協(xié)調(diào)。

（2）為了避開盾構(gòu)區(qū)間，重建橋梁的蓋梁跨度較大，設(shè)計(jì)的蓋梁部分采用后張法預(yù)應(yīng)力蓋梁。由于預(yù)應(yīng)力張拉需要操作空間，因此需做好蓋梁施工節(jié)段的劃分。

（3）為了避免新老橋梁的不均勻沉降，新建橋梁的樁基持力層盡量與老橋位于同一地層中。

（4）老樁拔除工藝比較復(fù)雜，且在拔除過程中不可預(yù)計(jì)問題較多，按照同類工程的設(shè)計(jì)施工經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)在施工前制定專項(xiàng)施工方案，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)工作，根據(jù)檢測(cè)指標(biāo)不斷對(duì)拔樁工藝進(jìn)行優(yōu)化。

（5）各種管線接割需有一個(gè)明確的計(jì)劃，通過協(xié)調(diào)，減少對(duì)周邊的影響。

（6）電力管線（110 kV）、通訊管線（長(zhǎng)途）屬于比較重要的管線，管線遷移前應(yīng)有一個(gè)詳細(xì)的遷移計(jì)劃，以確保不對(duì)其它管線遷移存在影響。