暗挖地铁隧道下穿既有桥梁的大承台托换技术研究

李明

(兰州铁道设计院有限公司，甘肃兰州730000)

暗挖地铁隧道下穿既有桥梁的大承台托换技术研究

李明

(兰州铁道设计院有限公司，甘肃兰州730000)

兰州地铁一号线暗挖区间隧道下穿东岗东路烂泥沟桥时与既有8根桥梁基桩相冲突，采用了在明挖基坑内施作大承台的桩基托换技术通过。本文详细介绍了大承台托换技术的实施方案、施工步骤、关键技术和施工监测情况。托换过程中和暗挖隧道经过后的监控量测数据显示，既有桥梁的变形和受力安全可靠。大承台托换技术在隧道下穿多根桥梁基桩时取得了良好的技术和经济效益，所采取的关键技术可为同类工程的设计、施工提供借鉴。

地铁暗挖隧道 桥梁桩基础 大承台 桩基托换

随着城市轨道交通的快速发展，由于时间和空间上的局限性，地铁线路会不可避免地穿越既有建(构)筑物。常见穿越既有建(构)筑物采用的方法为桩基托换，即通过托换桩和托换梁结构完成地铁穿过时的受力转换。

东岗东路为兰州市东西向的城市主干道，道路车流量大，进出城重载车辆多从此通过。兰州地铁一号线暗挖区间隧道下穿东岗东路烂泥沟桥工程中，地铁隧道与既有8根桥梁基桩相冲突，若采用常规的桩基托换则施工过程对交通影响大，且无法保证既有桥梁的沉降和位移在允许范围内，故采用了大承台托换技术［1］。本文详细介绍了该托换技术的实施方案、施工步骤、关键技术和施工监测等情况，以期为同类工程提供借鉴。

1 工程概况

烂泥沟为东岗东路上的一处排洪沟渠，深6.5 m，河渠上口宽25.0 m，下口宽12.0 m。区间隧道拱顶距离沟底约9 m。烂泥沟桥位于东岗东路上，为跨越烂泥沟而设，为一跨25 m预应力混凝土空心板梁桥。上部结构采用预应力混凝土空心板梁，梁高1.1 m，每片中梁宽1.50 m，每片边梁宽1.75 m，全桥共设18片中梁，2片边梁。下部结构采用桩基连接盖梁式桥台，桩直径1.2 m，桩长22 m，每个桥台下面设8根基桩。桥面采用沥青混凝土路面，栏杆采用钢栏杆。本桥与道路中线斜交角度为20°，桥面总宽32 m，其中车行道宽21 m，为双向六车道，两侧人行道各宽5.50 m。桥梁基桩间距4.04 m，在垂直于道路中线投影面上间距为3.80 m。区间隧道在烂泥沟桥桥址处下穿，与8根桥梁基桩冲突。既有桥梁基桩与隧道的关系见图1。

图1 既有桥桩与隧道的关系(单位:cm)

2 托换原则及方案

桩基托换按托换机理可以分为主动托换和被动托换。主动托换技术采用顶升手段消除部分新建结构和既有结构的变形，使得托换后的新建结构和既有结构的变形控制在较小范围内。被动托换技术不予顶升，托换后新建结构和既有结构的变形往往难以得到控制。由于托换基桩根数较多，上部结构荷载较大，变形要求严格，本次托换工程采用主动托换，即预先对托换桩进行预压消除部分沉降，并人为控制托换时及托换后的变形，使荷载分级转移，最终使托换结构的变形控制在较小范围内［2］。

为减少托换施工对道路交通的影响，本次托换工程的托换桩均布置于烂泥沟桥下洪道内，被托换桩的一侧(参见图1)，这有别于常规托换工程托换桩布置于被托换桩两侧的做法，结构受力形式也有所区别。托换桩采用直径1.2 m的钻孔灌注桩，桩长14.5 m，每个承台下布置13根。托换桩桩顶设置大承台将既有桥梁基桩和托换桩连接成整体，托换大承台共设两处，每侧既有桥梁桩基础处设一处。

3 桩基托换施工步骤

3.1 钢便桥施工、基坑开挖及围护结构施工

烂泥沟桥两侧管线众多，施工前应首先改移桥梁周边管线。管线改移完成后搭设临时便桥，为了不影响既有路面的通车，便桥分幅搭设，采用一跨48 m装配式公路钢桥。横断面布置形式:左幅，2.5 m(非机动车道)+4.2 m(车行道)+4.2 m(车行道);右幅，4.2 m(车行道)+4.2 m(车行道)+2.5 m(非机动车道)。便桥荷载等级为汽—20级，过桥重车荷载不应大于35 t。临时便桥搭设见图2。

图2 临时便桥示意(单位:cm)

临时便桥搭设完成后，在桥下开挖基坑，施作围护结构。在装配式钢梁范围内基坑围护结构采用土钉墙防护，坡率1∶0.5，钢梁范围外基坑围护结构采用φ1 000 mm钻孔灌注桩，临近既有建筑物侧桩间距为1 m，周边无建筑物侧桩间距为1.6 m，并在距桩顶3.5 m处设一道预应力锚索。

3.2 既有桥梁墩柱加固、地基加固、托换桩和承台施工

对承台以上的既有墩柱粘贴2层碳纤维布进行加固，纤维布采用高强度Ⅰ级碳纤维布，抗拉强度标准值不小于3 400 MPa，胶采用A级胶。第1道粘贴纵向碳纤维布，第2道粘贴横向碳纤维布。桥墩根部采用钢板压条将碳纤维布压住，钢板压条通过螺栓固定在墩上，拧紧螺母。

对桥墩基础进行注浆加固处理［2］。隧道外轮廓以外设2排直径150 mm钻孔注浆隔离桩，梅花形布置，间距800 mm×800 mm。

托换桩采用φ1.2 m的钻孔灌注桩［3］，桩长为14.5 m。每个承台下布置13根，共26根。托换承台尺寸为34.66 m(长)×8.94 m(宽)×2 m(高)，每侧既有桥梁桩基础处设一处，共设两处，施工时先施工一侧承台，再施工另一侧。施工承台前，应先在既有墩柱与承台连接处植入锚筋。由于承台属大体积混凝土，浇筑时应避免混凝土水化热引起开裂。在混凝土内埋设冷却管通水冷却。采用改善骨料级配、降低水灰比、掺加混合料、掺加外加剂等方法减少水泥用量及使用水化热低的矿渣水泥、粉煤灰水泥等。浇筑承台后，新做桩基与承台之间先用型钢进行支撑。

3.3 预压桩基、桩与承台连接

为了避免既有桥梁基桩与托换桩沉降不一致，需对托换桩进行压桩处理。预压按照单根桩进行，预压顺序先从中间一排桩开始，从中间向两边对称预压。预压完成后，对托换桩钢筋与承台内预埋钢筋采用挤压套筒进行机械连接，托换桩桩头与承台采用钢套管连接，最后灌注微膨胀混凝土［2-4］。

3.4 截桩

截桩前采用军用墩对盖梁进行临时支撑。对每个桩分3次3 d切割完成，且同一盖梁下的桩交替进行切割。切割过程中严密监视切割缝宽度尺寸变化情况。并在切割缝中放置钢板，钢板面积不小于原桩面积的2/3。

3.5 暗挖隧道施工

暗挖隧道施工应先降水、后施工。施工时遵循“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”的基本原则。洞内支护采用双层小导管注浆预加固，增设临时仰拱，初期支护钢格栅间距加密为0.5 m。施工过程应加强监控量测，进行动态设计与信息化施工。待隧道施工通过后，恢复台后填土及锥坡，拆除临时便桥及盖梁底支架，恢复路面通车［5］。

4 关键施工技术

4.1 既有桩体植筋及界面处理

既有桩的植筋技术性较强，是托换承台与既有桩能否有效连接、力系能否有效传递的关键性因素。设计植筋为φ32钢筋，锚固长度为400 mm，按300 mm× 300 mm梅花形布置，采用探测仪探明既有墩柱锚栓孔位是否有钢筋，必要时适当调整孔位，以免损伤墩柱内钢筋。钻孔并植入锚固钢筋，钢筋植入后，采用改性环氧树脂胶粘剂填充(A级胶)［6］。

为加强既有桩和托换承台之间的摩擦力和咬合力，除植入钢筋外，还要对既有桩与承台连接部位表面进行凿毛处理，并开凿齿槽，涂刷界面粘结剂。

4.2 预压加载中的变形协调控制

设计单桩最大加载为3 900 kN，按“等变形、等荷载”的原则将千斤顶对称布置于托换桩和托换承台之间，并在千斤顶上下设置钢垫板。每一新桩的千斤顶均选用校验系数相接近的，并联使用。加载时设计轴力分10级加载，以降低不同步加荷产生的影响［7-8］。

为确保在桩基托换过程中万无一失，于每一托换桩桩顶上设置了2个机械螺旋式的安全自锁装置。该装置将随加载千斤顶同步升降，对托换承台的稳定和加载千斤顶的使用起安全保险作用，这2个安全自锁装置将永久地置于托换承台与托换桩间的钢筋混凝土连接体内［8］。

4.3 托换承台与托换桩的连接

待整个主动托换顶升完成以及托换桩的沉降稳定后，将托换桩主筋与承台预埋钢筋用挤压套筒进行机械连接，托换桩头与承台用钢套管连接后灌注微膨胀混凝土。混凝土达到设计强度后，再在托换承台底部切断既有桩。

5 施工监测

为确保既有桥梁结构的使用安全，对桥梁结构的变形和托换结构的变形进行了严密监测，监测点布置见图3［9］。根据规范要求，相邻两墩台不均匀差异沉降允许值不大于20 mm，承台水平位移允许值不大于3 mm，承台不均匀沉降允许值不大于3 mm，盖梁的不均匀差异沉降允许值不大于3 mm［10］。施工过程中重点控制既有桥梁相邻墩柱、承台、盖梁的不均匀沉降。根据现场实测结果，加载托换后被托换桥梁墩柱最大升高值为2 mm，盖梁最大沉降差为1.8 mm，相邻墩柱沉降差最大为3.7 mm。地铁暗挖通过3个月后，墩柱沉降趋于稳定，相邻墩柱沉降差最大为1.5 mm，盖梁最大沉降差为0.89 mm，各监测数据均在规范允许值范围内。

图3 监测点布置

6 结语

兰州地铁1号线下穿东岗东路烂泥沟桥采用大承台托换技术通过，保证了城市主干道的正常通行，同时减少了拆迁量，节省了投资，是兰州市首次在地铁工程中成功运用托换技术。监控量测数据显示托换过程中和暗挖隧道通过后，既有桥梁的变形和受力安全可靠。因此本工程所采取的关键技术对同类工程的设计、施工具有重要的参考价值。

［1］徐前卫，朱合华，马险峰，等.地铁盾构隧道穿越桥梁下方群桩基础的托换与除桩技术研究［J］.岩土工程学报，2012 (7):1217-1226.

［2］马忠政，马险峰，徐前卫，等.盾构穿越桥梁桩基的托换及除桩施工技术研究［J］.地下空间与工程学报，2010(1): 105-111.

［3］丁红军，王琪，蒋盼平.地铁盾构隧道桩基托换施工技术研究［J］.隧道建设，2008(2):209-212.

［4］朱统步.地铁隧道穿越护城河桥桩基托换施工技术［J］.铁道标准设计，2007(增2):64-65.

［5］赵俊中，宋玲坤，余建军，等.北京地铁10号线穿越稻香园桥桩桩基托换施工技术［J］.铁道标准设计，2008(12): 124-128.

［6］杨哲峰.桩基托换技术在广州地铁工程中的应用［J］.铁道建筑，2004(7):50-52.

［7］李青和.铁路桥梁桩基托换施工技术［J］.铁道建筑，2003 (8):5-7.

［8］柯在田，张岩，张澍曾.深圳地铁大轴力桩基托换模型试验研究［J］.中国铁道科学，2003，24(5):15-22.

［9］胡强，柯学贤，张勇.广深铁路桥梁桩基托换施工监测技术研究［J］.铁道建筑，2009(3):98-100.

［10］李长山，岳鹏飞，杨有海.深圳地铁大轴力桩基托换变形分析［J］.路基工程，2010(5):88-90.

(责任审编葛全红)

TU473.1

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2015.05.21

1003-1995(2015)05-0083-03

2014-10-20;

2015-03-22

李明(1984—)，男，甘肃临夏人，工程师，硕士。