盾構(gòu)隧道下穿橋梁暗挖法樁基托換施工技術(shù)

摘要：為進(jìn)一步提高盾構(gòu)隧道下穿橋梁的安全性，以城市軌道交通盾構(gòu)隧道下穿既有橋梁工程為研究對(duì)象，通過(guò)暗挖法樁基托換施工技術(shù)對(duì)樁基進(jìn)行托換，并進(jìn)一步研究隧道開(kāi)挖及支護(hù)、托換結(jié)構(gòu)施工、頂升施工技術(shù)及截樁施工等施工工序。研究結(jié)果表明，通過(guò)暗挖法樁基托換施工技術(shù)，不僅可以有效地將橋梁的荷載轉(zhuǎn)移到新的托換結(jié)構(gòu)上，確保橋梁的穩(wěn)定和安全，同時(shí)可以保證既有橋梁的穩(wěn)定性。將托換梁以下的原樁截?cái)?，截?cái)嗫p寬設(shè)定為1cm，并在PVC管預(yù)留Φ12圓鋼，可防止托換梁澆筑過(guò)程中PVC管擠壓變形。截樁后的橋樁沉降-0.36mm，最終沉降數(shù)據(jù)為-0.92mm；橋墩傾斜0.13‰，最終橋墩傾斜0.14‰，均在可控范圍。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)隧道；暗挖法；樁基托換；施工技術(shù)

0" "引言

近年來(lái)，盾構(gòu)隧道作為一種高效的地下交通工程建設(shè)方式，在城市軌道交通、地下管線等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。然而，在盾構(gòu)隧道的建設(shè)過(guò)程中，常常會(huì)遇到一些難以穿越甚至高風(fēng)險(xiǎn)的障礙物，如樁基、孤石、豎井等結(jié)構(gòu)的情況。

橋梁樁基是盾構(gòu)在城市地下掘進(jìn)過(guò)程中最容易遇見(jiàn)的障礙物之一。盾構(gòu)隧道下穿橋梁時(shí)，可能會(huì)對(duì)橋梁的基礎(chǔ)產(chǎn)生影響，從而危及橋梁的安全。而在空間限制的情況下，暗挖法樁基托換施工技術(shù)可在不影響既有橋梁正常使用且不影響橋梁周邊交通的前提下[2]，通過(guò)在橋梁下方進(jìn)行暗挖施工，新建托換樁和托換梁，將橋梁的荷載轉(zhuǎn)移到新的托換結(jié)構(gòu)上，從而確保盾構(gòu)隧道施工過(guò)程中橋梁的安全穩(wěn)定。

本文以此為背景，依托廣州地鐵十三號(hào)線二期五項(xiàng)目，對(duì)小斷面暗挖通道提供作業(yè)空間、人工挖孔樁作為托換受力基礎(chǔ)的樁基托換施工技術(shù)進(jìn)行研究，一方面解決了盾構(gòu)隧道穿越既有建構(gòu)筑樁基礎(chǔ)且無(wú)地面托換條件，暗挖施工地表沉降、周邊建構(gòu)筑物沉降等系列難題，另一方面可為類似工況下的樁基托換方案設(shè)計(jì)與施工提供參考和指導(dǎo)。

1" "工程概況及樁基托換施工技術(shù)

1.1" "工程基本情況

廣州市軌道交通13號(hào)線二期工程西場(chǎng)站-彩虹橋站盾構(gòu)區(qū)間，下穿在彩虹橋站雙線始發(fā)后，下穿廣茂鐵路后下穿德坭立交橋。下穿德坭立交時(shí)，有5根橋樁與區(qū)間隧道沖突，2根（43#、44#）φ1200mm在左線隧道范圍，3根（45#、48#、49#）φ1200mm在右線隧道范圍，基于此，在盾構(gòu)施工前需對(duì)侵入隧道范圍的5根橋樁進(jìn)行處理。

德坭立交分為新舊橋組合而成，舊橋于1964年建成，預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)，橋墩為現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，橋墩下設(shè)置承臺(tái)，每座承臺(tái)下共設(shè)12根6m方形摩擦樁。新橋建于1995年，橋梁為簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)，單樁單柱，樁基礎(chǔ)為φ1200端承鉆孔灌注樁。

穿越地點(diǎn)為廣州市荔灣區(qū)交通要道東風(fēng)西路上，地面交通繁忙，為此要求盾構(gòu)穿越期間不得對(duì)橋梁運(yùn)營(yíng)產(chǎn)生任何影響。樁基托換平面如圖1所示。新舊橋與托換位置關(guān)系模型如圖2所示。

1.2" "地質(zhì)情況

樁基托換區(qū)段的地層地質(zhì)情況從上到下分別為lt;1-1gt;人工填土、lt;5-1gt;可塑狀碎屑巖殘積土、lt;5-2gt;硬塑狀碎屑巖殘積土、lt;6gt;巖石全風(fēng)化帶、lt;7-1gt;強(qiáng)風(fēng)化礫巖、lt;7-3gt;強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖。其中，暗挖通道穿越的地層主要為lt;5-1gt;可塑狀碎屑巖殘積土、lt;5-2gt;硬塑狀碎屑巖殘積土、lt;6gt;巖石全風(fēng)化帶。人工挖孔樁穿越的地層主要為lt;6gt;巖石全風(fēng)化帶、lt;7-1gt;強(qiáng)風(fēng)化礫巖、lt;7-3gt;強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、lt;8-1gt;中風(fēng)化礫巖、lt;8-3gt;中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖。地質(zhì)剖面如圖3所示。

1.3" "實(shí)施方案比選

本項(xiàng)目處于市區(qū)主城區(qū)交通要道，車流量大，因此盾構(gòu)及樁基托換施工期間不得影響橋梁使用，同時(shí)對(duì)技術(shù)要求高，為此只有通過(guò)主動(dòng)托換完成樁基原橋樁的托換，完成受力轉(zhuǎn)換后再截?cái)嘤绊憳痘?/p>

樁基托換的方案前期共考慮兩種：①利用明挖法將橋樁暴露出，在基坑內(nèi)實(shí)施人工挖孔樁進(jìn)行托換后把基坑回填，完成一處回填一處，以減小周邊交通影響；②采用豎井+小端面暗挖通道的形式在地下挖出空間進(jìn)行托換主體的施工，以緩解對(duì)周邊交通的影響。

橋兩側(cè)為廣雅社區(qū)、風(fēng)雨亭社區(qū)及廣雅路匝道，通過(guò)對(duì)邊周邊環(huán)境的充分調(diào)查后，決定通過(guò)豎井+小端面暗挖通道的形式在地下挖出空間進(jìn)行托換主體的施工。

2" "關(guān)鍵施工技術(shù)

2.1" "暗挖樁基托換施工總體思路

采用“倒掛井壁法”豎井+暗挖通道提供樁基托換作業(yè)空間，然后在暗挖通道內(nèi)對(duì)應(yīng)盾構(gòu)隧道的兩側(cè)施作人工挖孔樁，人工挖孔樁頂部施作承臺(tái)，共同作為托換梁的受力基礎(chǔ)。在通道內(nèi)對(duì)應(yīng)盾構(gòu)隧道正上方，將兩側(cè)人工挖孔樁及中間原橋樁通過(guò)托換梁連接為整體，形成門式托換結(jié)構(gòu)。在承臺(tái)與托換梁連接前，安裝千斤頂施加預(yù)頂力進(jìn)行主動(dòng)受力轉(zhuǎn)換，然后回填頂升區(qū)域，并將原樁截?cái)唷?/p>

受力轉(zhuǎn)換過(guò)程中，對(duì)原橋樁、橋梁、托換梁、承臺(tái)等進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)測(cè)，通過(guò)全過(guò)程的施工監(jiān)控量測(cè)，監(jiān)視托換結(jié)構(gòu)及橋梁的穩(wěn)定及頂升進(jìn)展，逐漸增加頂升力，使新橋橋樁與托換橋樁完成受力轉(zhuǎn)換，確保盾構(gòu)隧道順利通過(guò)橋樁。

2.2" "施工工序

2.2.1" "工藝流程

暗挖樁基托換施工工藝流程為：施工準(zhǔn)備→豎井開(kāi)挖支護(hù)→暗挖導(dǎo)洞開(kāi)挖支護(hù)→人工挖孔樁施工→托換承臺(tái)施工→托換梁施工→托換頂升→體系固結(jié)→受力轉(zhuǎn)換截樁。暗挖樁基托換施工工藝流程如圖4所示。

2.2.2" "施工準(zhǔn)備

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地踏勘，調(diào)查地下管線情況。因橋下空間凈高度最低處約2.6m，根據(jù)橋下場(chǎng)地條件、場(chǎng)地限制，定制了大小適應(yīng)的門式起重機(jī)用于垂直運(yùn)輸。做好場(chǎng)地的規(guī)劃和臨建設(shè)施，合理布置施工場(chǎng)地尤為重要。結(jié)合進(jìn)度計(jì)劃，配置人、材、機(jī)等資源。

2.2.3" "豎井開(kāi)挖支護(hù)

豎井采用倒掛井壁法開(kāi)挖，先施工鎖口圈梁，達(dá)到強(qiáng)度后邊開(kāi)挖邊支護(hù)。支護(hù)方式采用格柵鋼架+鋼筋網(wǎng)片+錨桿（管）+噴射混凝土支護(hù)。若地層較軟或滲透系數(shù)較高，則在鎖口圈梁施工之前，先對(duì)豎井周邊土體進(jìn)行加固處理。

2.2.4" "暗挖導(dǎo)洞施工

豎井施工完成后，開(kāi)馬頭門進(jìn)行暗挖通道施工。開(kāi)挖方式采用臺(tái)階法，上下臺(tái)階長(zhǎng)度3～5m，上臺(tái)階開(kāi)挖1榀支護(hù)1榀，下臺(tái)階開(kāi)挖進(jìn)尺不得超過(guò)2榀。支護(hù)體系采用超前小導(dǎo)管+格柵鋼架+鋼筋網(wǎng)片+錨桿+噴射混凝土。

2.2.5" "托換主體施工

托換樁采用人工挖孔樁，人工挖孔樁每天進(jìn)尺不得超過(guò)1個(gè)循環(huán)，施工完成待12h后開(kāi)挖下一循環(huán)。根據(jù)地層條件每個(gè)循環(huán)開(kāi)挖深度為0.5～1.0m，樁端進(jìn)入持力層部分做擴(kuò)大端。作業(yè)前必須先進(jìn)行有害氣體檢測(cè)方可下井，井內(nèi)必須配置實(shí)時(shí)氣體檢測(cè)儀，以確保施工安全。

托換承臺(tái)為現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，包含鋼筋安裝、模板加固、混凝土澆筑。施工過(guò)程中控制重點(diǎn)為預(yù)埋鋼板的位置、平整度及結(jié)構(gòu)尺寸。托換梁為型鋼+鋼筋+混凝土結(jié)構(gòu)，采用現(xiàn)澆工藝。托換梁與原樁采用植筋連接，植筋的數(shù)量、深度、植筋膠級(jí)別、拉拔試驗(yàn)必須滿足設(shè)計(jì)要求。托換梁中的型鋼無(wú)法整體運(yùn)輸就位，為此需采用現(xiàn)場(chǎng)焊接工藝。焊接過(guò)程中需控制焊接的質(zhì)量并檢測(cè)。

托換梁為大體積混凝土，模板安裝前必須安裝循環(huán)冷卻水管，并做密封檢查和固定。底層鋼筋密排部位用細(xì)石混凝土，以確保澆筑密實(shí)。為防止水化熱導(dǎo)致的溫差裂縫產(chǎn)生，在托換梁內(nèi)設(shè)置了冷卻管。冷凝管采用Φ42鋼管，車絲連接。盤(pán)繞托換梁兩圈布置。

2.2.6" "托換頂升

托換主體結(jié)構(gòu)施工完成后，采用主動(dòng)托換，受力體系通過(guò)預(yù)加頂力進(jìn)行轉(zhuǎn)換。采用PLC液壓同步控制系統(tǒng)對(duì)托換梁進(jìn)行預(yù)頂。施工前期必須對(duì)液壓千斤頂進(jìn)行校定，對(duì)預(yù)加頂力分級(jí)并計(jì)算對(duì)應(yīng)設(shè)定的壓力表讀數(shù)。托換時(shí)頂升力逐級(jí)加載，實(shí)時(shí)觀測(cè)梁體的裂縫發(fā)展情況，并對(duì)托換梁與原樁的滑移、新樁沉降和原樁位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)。頂升過(guò)程中以原樁位移作為主控，以預(yù)加頂力作為輔控。

3.2.7" "體系固結(jié)

頂升完成且新樁沉降穩(wěn)定之后，對(duì)托換承臺(tái)與托換梁進(jìn)行固結(jié)，固結(jié)采用高一標(biāo)號(hào)的微膨脹混凝土，分兩次進(jìn)行固結(jié)，第一次將千斤頂位置包裹隔開(kāi)，澆筑中心混凝土。待達(dá)到設(shè)計(jì)要求強(qiáng)度后方可拆除千斤頂，澆筑千斤頂部位混凝土?；炷敛捎梦⑴蛎浕炷粒梢杂行Х乐够炷潦湛s，固結(jié)體按混凝土施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)留置強(qiáng)度試件

2.2.8" "截樁施工

截樁是將頂升之后形成的超靜定體系，轉(zhuǎn)換為靜定體系，是受力體系轉(zhuǎn)換的風(fēng)險(xiǎn)集中點(diǎn)。因此截樁的控制要點(diǎn)主要在于橋墩沉降、橋墩傾斜監(jiān)測(cè)，截樁時(shí)不得傷及托換梁。固結(jié)達(dá)到強(qiáng)度后，待托換梁與托換承臺(tái)固結(jié)完成后，用繩鋸將托換梁以下的原樁截?cái)?，截?cái)嗫p寬約1cm。托換梁鋼筋綁扎之前，需提前在原樁兩側(cè)預(yù)埋Φ20的PVC管，并在PVC管預(yù)留Φ12圓鋼，防止托換梁澆筑過(guò)程中PVC管擠壓變形。固結(jié)強(qiáng)度達(dá)到后，從PVC管中穿過(guò)金剛石繩鋸條。

截樁時(shí)，重點(diǎn)觀測(cè)橋墩沉降和橋墩傾斜。本次截樁過(guò)程中，截樁后的橋樁沉降-0.36mm，最終沉降數(shù)據(jù)為-0.92mm；橋墩傾斜0.13‰，最終橋墩傾斜0.14‰，均在可控范圍。

2.2.9" "托換隧道回填

在原設(shè)計(jì)方案下部2/3處采用中粗砂回填，頂部1/3處采用C20素混凝土收口，豎井采用黏土回填。因空間狹小，預(yù)估整體回填工期約60d，鑒于回填周期較長(zhǎng)，后變更調(diào)整為將現(xiàn)澆輕質(zhì)泡沫土作為整體回填材料。該材料可在狹小空間實(shí)施，具有有很好的自流性、自密實(shí)性、自硬化性、無(wú)需振搗、強(qiáng)度能夠達(dá)到1MPa，質(zhì)量滿足回填要求。工期也大大縮短。

3" "結(jié)束語(yǔ)

盾構(gòu)隧道下穿橋梁施工會(huì)對(duì)橋梁的樁基產(chǎn)生影響，導(dǎo)致橋梁出現(xiàn)沉降、傾斜等安全隱患。通過(guò)暗挖法樁基托換施工技術(shù)，可以有效地將橋梁的荷載轉(zhuǎn)移到新的托換結(jié)構(gòu)上，確保橋梁的穩(wěn)定和安全，同時(shí)對(duì)地面交通的影響幾乎為零。暗挖法樁基托換施工技術(shù)可以通過(guò)對(duì)土體的加固和托換結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，有效地控制地面沉降，減小對(duì)周邊環(huán)境的影響。

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