地鐵盾構(gòu)隧道樁基托換施工技術(shù)研究

肖少榮

（中鐵廣州工程局集團(tuán)第三工程有限公司，廣東 肇慶 526000）

地鐵隧道在實(shí)際施工過程中，與鐵路和水工隧道工程等存在很大的不同性。在地鐵隧道施工過程中，難免與建筑物產(chǎn)生聯(lián)系，如何處理好既有建筑物與地鐵隧道之間的相關(guān)關(guān)系，是整個安全施工的難點(diǎn)和重點(diǎn)所在。尤其是在隧道設(shè)計(jì)線路貫穿于既有建筑物的下部樁基礎(chǔ)過程中，托換、加固處理等措施的實(shí)施顯得尤為重要，以確保建筑物和地鐵隧道建設(shè)不會受到任何影響。

1 地鐵下穿建筑物基礎(chǔ)托換工程概述

在基礎(chǔ)托換操作實(shí)施過程中，主要是對已經(jīng)建好的建筑物地基進(jìn)行加固處理，或者在已經(jīng)建好的建筑物基礎(chǔ)附近修建地下工程。除此之外，在實(shí)際地鐵盾構(gòu)隧道施工過程中，需要確保整個工程結(jié)構(gòu)不會受到任何因素影響。由于盾構(gòu)隧道施工基礎(chǔ)托換工程施工工期較長，而且在部分結(jié)構(gòu)托換施工操作結(jié)束之后，便可以對另一部分基礎(chǔ)進(jìn)行托換操作，從而將實(shí)際工程可靠性提升。站在實(shí)際地鐵盾構(gòu)隧道施工角度來說，由于建筑物基礎(chǔ)托換，很可能引發(fā)建筑物不穩(wěn)定，考慮到施工經(jīng)濟(jì)合理性，只有確保在建筑物價值高于基礎(chǔ)托換工程后，該項(xiàng)施工方式才可以被使用。一般來說，地鐵盾構(gòu)施工之中的建筑物基礎(chǔ)托換過程復(fù)雜，而且施工難度也較大。當(dāng)?shù)罔F盾構(gòu)隧道施工路線與建筑物相交時，可以確保建筑物具備較高的安全性，此時坑式托換法得到進(jìn)一步應(yīng)用，最終實(shí)現(xiàn)建筑物基礎(chǔ)的有效延伸，將荷載傳遞到實(shí)際地鐵工程中的地基上，最終確保整個主體結(jié)構(gòu)的全面構(gòu)建。一般來說，整個地鐵盾構(gòu)隧道下穿建筑物基礎(chǔ)托換工程，需要做到向下延伸，這也是地鐵基坑擋土墻承受荷載能力的主要來源，最終將抗壓基礎(chǔ)水平土壓力全面消除。

2 地鐵盾構(gòu)隧道施工中的樁基礎(chǔ)托換技術(shù)類型

2.1 主動托換技術(shù)

在主動托換技術(shù)的作用下，整個工程結(jié)構(gòu)變形控制將會變得更加主動。除此之外，在具體地鐵盾構(gòu)隧道施工主動托換技術(shù)施工工作開展之前，相關(guān)工作人員可以使用頂升裝置，實(shí)現(xiàn)上部荷載以及變形的調(diào)整，并借助于新建樁和托換體系，確保荷載的全面控制。此外，部分建筑可以將結(jié)構(gòu)長期變形效應(yīng)消除。由于托換建筑物的托換荷載過高，對變形控制要求極為嚴(yán)格，而且整個被托換樁還會隨著托換梁一直上升，讓整個建筑物荷載全部轉(zhuǎn)移到托換梁上，最終將新樁和托換結(jié)構(gòu)全面消除，將其變形結(jié)構(gòu)控制在最小范圍內(nèi)。

2.2 被動托換技術(shù)

以被動托換技術(shù)角度來說，主要的托換對象為荷載較小的建筑物，該項(xiàng)技術(shù)在地鐵盾構(gòu)隧道施工之中的安全性較低，而且被動托換技術(shù)在原樁上部結(jié)構(gòu)荷載施工過程中，能夠隨著托換建筑變形而轉(zhuǎn)移到新樁之中，但無法對建筑結(jié)構(gòu)上部變形進(jìn)行調(diào)控。當(dāng)整個托換建筑物荷載變小后，可以將上部荷載直接托換到新樁上，這樣一來，整個托換結(jié)構(gòu)所承受的作用力能夠?qū)φ麄€建筑物上部沉降進(jìn)行全面控制，確保建筑物結(jié)構(gòu)保持較高的穩(wěn)定狀態(tài)。

3 建筑物保護(hù)措施

3.1 隔斷法

該種方式主要指在實(shí)際建筑物附近開展地下施工，施工人員可以在施工開掘面和附近建筑物之間建立一個隔斷墻，在降低土體水平位移和沉降量。同時，避免工程施工出現(xiàn)破壞。在整個隔斷墻制作過程中，主要涉及的形式有鋼板樁、地下連續(xù)墻等，這些裝置的主要作用就是對施工引起的側(cè)向土壓力進(jìn)行承受和化解，避免建筑一側(cè)土體出現(xiàn)滑移或者是沉降變形等問題。截止到目前，隔斷法已經(jīng)在建筑物保護(hù)上得到了應(yīng)用，所展示出來的保護(hù)效果極為明顯。

3.2 基礎(chǔ)托換法

基礎(chǔ)托換法主要是采用新的加固以及支撐體系，將具體的基礎(chǔ)措施改變，進(jìn)而達(dá)到建筑物在結(jié)構(gòu)力以及穩(wěn)定性等方面的平衡狀態(tài)。目前，世界上很多國家紛紛開始對該種方法進(jìn)行應(yīng)用，避免在地鐵隧道施工過程中，對城市中的建筑物造成破壞性影響，而且應(yīng)用效果極為明顯，得到了很多相關(guān)研究人員的認(rèn)可[1]。

4 地鐵盾構(gòu)隧道樁基托換施工技術(shù)研究

4.1 樁基與隧道位置關(guān)系

以馬來西亞MRT2期TU8 ERL樁基托換施工為例。首先，橫跨隧道的ERL輕軌高架橋樁基的基礎(chǔ)與隧道相近，其樁徑規(guī)格為0.3 m，長度大約為30 m。站在實(shí)際施工角度來說，整個樁基端處于微風(fēng)化石灰?guī)r層之中。首先，在樁基礎(chǔ)與隧道外輪廓線距離展示上，整體性距離保持在0.4 m左右，而且其樁底在設(shè)計(jì)過程中，可以與盾構(gòu)隧道中的水平線保持一致。其次，在ERL高架橋樁基設(shè)計(jì)上，整個托換操作應(yīng)該以高架橋墩基礎(chǔ)樁為主，其原樁的樁徑主要集中在0.6 m，樁長度為25 m。

4.2 施工準(zhǔn)備

首先，根據(jù)具體施工影響，ERL場地內(nèi)條件所限，在大馬城南站南端設(shè)置臨時施工場地，包括注漿泵站、材料存儲區(qū)、辦公區(qū)、休息區(qū)等。此外，還可以通過臨時過道與水電線路的重新設(shè)計(jì)，將托換施工恢復(fù)到原來模樣。其次，在實(shí)際施工工作開展之前，施工人員需要對地下管線布置情況進(jìn)行合理調(diào)查，并制定出有有效的處理方式。具體處理原則如下：（1）在整個隧道施工上，需要將托換結(jié)構(gòu)避開。（2）將具體內(nèi)容埋在實(shí)際結(jié)構(gòu)之中。（3）在梁中結(jié)構(gòu)孔徑預(yù)留上，決不能超過300 mm，而且上下地面之間的距離不應(yīng)該低于300 mm[2]。

4.3 加固方案

進(jìn)行ERL樁基托換結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計(jì)時，在西側(cè)樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)上，距離整個南線隧道的水平距離只有不到0.4 m，需充分考慮盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)對樁基造成的擾動影響。從具體施工結(jié)構(gòu)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)角度來說，其具體單樁承受豎向壓力標(biāo)準(zhǔn)值不會超過500 kN，單樁豎向承載力特征值707 kN。在加固樁基設(shè)計(jì)上，采用對周圍地層擾動較小的樁徑300 mm的微型樁，設(shè)計(jì)深度為入巖2 m，通過包裹在永久護(hù)筒外壁上4.5 mm的瀝青薄膜，并在永久護(hù)筒內(nèi)外灌注水泥漿達(dá)到圖層中微型樁與土體分離，充分消除盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)擾動對樁基造成的影響，避免造成樁基沉降現(xiàn)象。在具體施工空間和承載力方面的考量上，需要對實(shí)際加固方案進(jìn)行全面處理，避免地層和變形沉降等問題出現(xiàn)。除此之外，在實(shí)際加固處理方式應(yīng)用上，主要集中在承臺周邊2 m左右范圍內(nèi)，而且在豎向5 m范圍內(nèi)也要開展注漿操作，最終實(shí)現(xiàn)對整個下部土體的加固操作，避免由于相關(guān)因素出現(xiàn)引發(fā)地基沉降問題，為建筑物安全維護(hù)工作創(chuàng)造有利基礎(chǔ)[3]。

4.4 托換梁以及托換樁施工方案

由于不同施工場地具備不同特點(diǎn)，相關(guān)工作人員需要根據(jù)具體的托換樁以及托換梁要求，以ERL樁基托換為例，借助于微型樁鉆機(jī)成孔。從具體受力分析上可以看出，設(shè)計(jì)的300 mm微型樁為端承樁，并通過瀝青薄膜包裹永久護(hù)筒，使樁體與土體分離，既保證樁基不會沉降，又將盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)擾動土體而對樁基造成的影響消除，避免上部橋梁結(jié)構(gòu)質(zhì)量受到影響。站在施工步驟角度來說，首先，相關(guān)人員采用機(jī)械開挖直到設(shè)計(jì)標(biāo)高。其次，在具體托換樁施工工作開展上，當(dāng)整個灌注混凝土達(dá)到基坑地面標(biāo)高時，人們需要做好樁頂鋼板的固定和預(yù)埋操作，之后對整個托換樁樁頂標(biāo)高進(jìn)行有效設(shè)計(jì)。再次，在水平大梁灌注上，當(dāng)整個樁和梁均達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度之后，工作人員便可以用千斤頂實(shí)施大梁的頂緊操作，進(jìn)而將標(biāo)準(zhǔn)值全面測試出來。在具體上部結(jié)構(gòu)監(jiān)測上，一旦整個托換樁被抬至1 mm左右時，應(yīng)立即停止作用力施加，之后利用鋼管墊塊和鋼板燒焊到一起，以此來替換千斤頂。

5 地鐵盾構(gòu)隧道樁基托換施工技術(shù)的效果維護(hù)策略

5.1 樁基脫換施工監(jiān)測

首先，在整個樁基脫換以及地層加固上，需要將房屋和橋梁基礎(chǔ)沉降以及結(jié)構(gòu)變形等問題進(jìn)行全面監(jiān)測，并制定出有效的監(jiān)測措施。其次，在托換樁預(yù)定加載操作上，主要以分級加載原則的應(yīng)用為主。在具體等級劃分上，主要以十級為主，每層負(fù)荷的增加量上限大約在10%左右，單次加載不能加載到最大值，而且每級加載時間需要保持在10 min左右，等到整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定之后，方可進(jìn)行后續(xù)荷載增加操作。除此之外，在整個監(jiān)測托換梁裂縫產(chǎn)生和發(fā)展過程中，如果裂縫寬度超過0.18 mm，需要停止加載操作[4]。

5.2 施工中的注意事項(xiàng)

首先，在施工前應(yīng)對被托換樁、托換樁進(jìn)行坐標(biāo)、高程的測量，并與設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行對比，當(dāng)差異較大時，應(yīng)立即通知設(shè)計(jì)、監(jiān)理、業(yè)主等有關(guān)部門。其次，在施工前應(yīng)進(jìn)行建筑物、構(gòu)筑物的鑒定，對既有裂縫等情況進(jìn)行電子記錄。再次，土方開挖中適當(dāng)支護(hù)，土方開挖高差較大的地方應(yīng)采取專門的支護(hù)措施。最后，托換施工時，應(yīng)加強(qiáng)對地表下沉及建筑變形的監(jiān)控，及時反饋信息，指導(dǎo)托換施工。另外，對高架橋下的各種地下管線，如水管、煤氣管、電纜等，要加強(qiáng)保護(hù)和監(jiān)測，維護(hù)具體施工操作不會受到任何影響[5]。

6 結(jié)語

綜上所述，地鐵盾構(gòu)隧道樁基托換技術(shù)的應(yīng)用，除了可以維護(hù)地鐵施工進(jìn)度，同時還能降低工程造價成本，減少由于拆遷出現(xiàn)的問題，避免為相關(guān)部門帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。為此，在現(xiàn)代城市地鐵施工過程中，樁基脫換技術(shù)的實(shí)施顯得尤為重要。