暗挖通道下穿市政桥梁桩基洞内环梁托换技术分析

苏子将，陈俊驰

（1.中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州 311122；2.中电建重庆勘测设计研究院有限公司，重庆 401329）

1 前言

随着经济的快速发展和城市化进程的加速，我国正处于以城市轨道交通建设为主体的地下空间大规模开发时期，大规模建设必然会导致各类地下结构平面或竖向交叉，由于地下工程建设时序的不协调，因此，地下结构之间的上跨、下穿或改造又增加了施工的难度。对于桩基地面托换技术已越来越成熟，对于洞内托换的在其他城市也有一些技术介绍。本文依托成都某地铁过街通道下穿既有市政桥梁桩基为依托，针对强～中风化膨胀岩层中托换桥桩桩端位于开挖范围内的托换处理方案介绍，并通过对工法、安全、经济等综合对比分析采用有限元进行计算验证，可为类似工程提供经验参考和技术借鉴。

2 概述

2.1 工程概况

本地铁车站A 号出入口采用暗挖施工下穿市政主路后在北侧公园绿地内布置，过街通道宽6.5m，埋深约11.8m，暗挖地层为中风化泥岩。A 出入口暗挖通道连续下穿220kV 电力隧道，2000×2000 雨水管，DN800 污水管等管线，侧穿市政立交桥M 匝道及L 匝道桩基；通道下穿A匝道时，与匝道桥桩基冲突。暗挖通道平面关系详见图1。

图1 通道平面关系

2.2 水文地质概况

场地地层自上而下依次为：第四系全新统人工填土，第四系中、下更新统冰水沉积、冲积层黏土，白垩系上统灌口组全风化泥岩、强风化泥岩、中等风化泥岩；其中暗挖通道位于中风化泥岩层中。地下水主要有两种类型：（1）赋存于黏土层之上的上层滞水；（2）基岩裂隙水。

2.3 工程重难点及应对措施

既有A 号匝道桥引桥部分原设计时为减少对市政管线等的影响，采用桩板式结构，桩基直径为1.0m，桩长约16.0m，桩侧土层为人工填土、黏土、强～中风化泥岩，桩端嵌固于中风化泥岩层中，桩基横向间距6.7m，纵向间距4.5m。根据地铁车站主体结构的布置，过街出入口通道横穿主道，下穿市政管线及市政桥梁，其中暗挖通道下穿A 号匝道桥引桥时，需采取措施确保该引桥的正常通行。

为保证既有市政桥梁结构的安全及变形满足要求，暗挖通道方案设计阶段时对地面托换、洞内托换及调整通道走向避让的方案进行研究分析。由于风化岩层遇水软化、具有膨胀性，且地层中存在基岩裂隙水，因此各工序需紧凑施工，同时对匝道桥进行加强监测，并对监测数据及时统计分析。

3 托换方案

目前，主要采用的托换形式分为主动托换和被动托换。主动托换一般操作复杂、造价高，工期长，适用于荷载大、上部结构变形要求严的情况下；被动托换在托换施工完成后，直接将托换基础与结构分离，完成荷载从被托换基础到新基础的转换，即不施加荷载抵抗原结构变形。根据原设计文件，本工程A 匝道桥桩桩径为1.0m，每段桥梁引道为6 根桩，单桩承载力特征值约为1200kN。

3.1 地面主动托换

主动托换桩基采用桩长19m，桩径1.5m。托换桩施工工序：（1）开挖基坑至托换桩顶标高；（2）托换桩基施工（引桥结构范围内桩基采用人孔挖孔桩）；（3）托换梁施工；（4）桩基托换施工。地面主动托换平面图、剖面图见图2、图3。

图2 地面托换平面图

图3 地面托换剖面图

3.2 洞内环梁托换

洞内托换采用暗挖环梁结构进行托换，环梁宽2.5m，环梁高0.7m。洞内托换施工工序：（1）分台阶开挖左侧导洞，施工初期支护，预留桩端嵌固部分土台；（2）实施左导洞环梁，在原桩基节点位置进行开槽，钢筋与环梁主筋连接；（3）分台阶开挖右导洞，并施工初期支护，预留桩基嵌固部分土台；（4）实施右导洞环梁，原桩基与环梁连接；（5）开挖中间土台，凿除暗挖范围内桩基部分；（6）施工环梁仰拱部分，施工二衬结构。洞内托换剖面图见图4。

图4 洞内托换剖面图

3.3 暗挖通道布置调整

由于本地铁车站场地受限，同时沿主路方向地层变化较大，暗挖通道位置如调整，则存在整个暗挖通道风险、投资均增加较多的问题。因此，方案研究阶段对暗挖通道进行局部调整，主路下通道部分斜穿主路以避开A 匝道桥桩基，暗挖通道长度增加约11m（图5）。

图5 暗挖通道布置调整平面图

经综合分析比选（表1），考虑工程安全、经济、工期、社会影响等因素，推荐采用洞内环梁托换桩基方案进行暗挖施工。

表1 方案综合对比

4 暗挖环梁托换方案变形控制

4.1 数值模拟计算分析

（1）计算模型。为了预测既有线结构的变形，运用midas GTS 软件，建立三维地层-结构整体模型计算基坑开挖工况，计算模型见图6。

图6 三维有限元整体模型

（2）基坑开挖数值分析结果。暗挖段施工对A 匝道引桥桥桩竖向位移最大约为4.6mm。变形值整体较小，处于可控范围（图7）。

图7 环梁托换沉降变形云图（单位：mm）

4.2 暗挖托换沉降变形控制关键技术

既有结构的变形控制技术为一个动态控制过程，从前期的既有线监测到最终的使用完成均包含在既有结构的沉降控制范围内。

（1）托换工序设计。暗挖托换工序中，开挖过程中确保桩端嵌固在原状岩层中，尽量减小土方开挖时对原桩基承载力的影响及桩基沉降的影响，及时采用环梁对原桩基进行托换施工，环梁承担原桩基荷载及土压力，受力明确。

（2）跟踪注浆。既有引桥结构板下车站结构底板下为素填土、粉质黏土及全风化泥岩，引桥桩端嵌入中风化泥岩，施工时根据现场结构变形情况，对桩侧填土及黏土层进行预注浆加固，增加桥桩的侧向摩阻力，减少桥梁的竖向变形，正式注浆前进行试验确定注浆参数。注浆钻孔施工时，需严格按照要求控制钻孔角度，注浆时采用间歇式注浆且加强监测。

（3）外部协调。洞内托换切桩施工时，协调相关部门，采取夜间施工，道路分幅限流、限速，减少托换桥桩时震动等影响。

（4）施工监测。鉴于暗挖托换桩基主要风险为沉降变形，因此制定专项监控量测方案，根据监测数据对既有结构的整体沉降变形进行严格的监控量测，结合三维计算模型的模拟开挖数据，用以辅助指导现场施工。

5 结语

文章对不同方案进行对比，综合考虑工程安全、经济、工期、社会影响等因素，洞内暗挖托换为最优方案；同时进行有限元结构模型模拟计算，计算结果表明，暗挖穿越、桩基托换并完成隧道二衬后，桩基础沉降及变形可在控制范围内。