高架車站基礎與新建地鐵交叉施工技術

李檢平

(中鐵六局集團天津鐵路建設有限公司，天津 300141)

1 工程概況

北京鐵路樞紐既有豐臺站位于北京市豐臺鎮正陽大街南側，緊鄰西四環南路正陽橋。場地內及線路兩側既有建筑物密布，北側為既有豐臺站及既有線，南側為站段房屋及地方居住建筑。由于線路需求，豐臺特大橋高架車場與地鐵十六號線存在交叉施工情況。根據統計，豐臺特大橋高架車場4軸8#承臺、2軸8#承臺和2軸7#承臺分別含有6根鉆孔樁與地鐵十六號線存在交叉施工情況(見圖1)。其中：

圖1 鉆孔樁與地鐵十六號線位置關系(單位：m)

(1)4軸8#承臺1#、3#、5#鉆孔樁外徑與建成的地鐵16號線停車線初襯水平距離為1.5 m，與未施工的地鐵16號線右線初襯水平距離為1.5 m；2#、4#、6#鉆孔樁外徑與未施工的地鐵16號線右線初襯水平距離為0.7 m。樁長65.0 m、樁徑2.0 m。

(2)2軸8#承臺1#、3#、5#鉆孔樁外徑與建成的地鐵16號線停車線初襯水平距離為1.12 m，與建成的地鐵16號線左線初襯水平距離為1.88 m；2#、4#、6#鉆孔樁外徑與未施工的地鐵16號線右線初襯水平距離為2.02 m，與建成的地鐵16號線停車線初襯水平距離為0.98 m。樁長85.0 m、樁徑2.0 m。

(3)2軸7#承臺1#、3#、5#鉆孔樁外徑與未施工的地鐵16號線右線初襯水平距離為3.18 m；2#、4#、6#鉆孔樁外徑與未施工的地鐵16號線右線初襯水平距離為0.83 m。樁長52.0 m、樁徑2.0 m。

該區域為粗圓礫土，土質較為松散。根據以往該地區、該地質的施工經驗，旋挖鉆施工過程中容易出現擴孔、塌孔、泥漿外漏等事故，對已經開挖的地鐵16號線可能造成安全風險。

2 鉆孔樁施工方案

經過分析研究決定采用長護筒跟進方案：在地鐵結構頂面2.0 m以上采用旋挖鉆干鉆施工，到達位置后使用10.0 m+3.0 m+3.0 m的鋼護筒進行護壁。跟進鋼護筒安裝完成后，每施工3.0 m后，跟進3.0 m鋼護筒，護筒與護筒之間采用焊接連接。當到達地鐵底板以下1.0 m位置后，不再使用鋼護筒護壁，采用泥漿護壁成孔的方式向下施工，直到設計樁底標高。此方法優點對地鐵結構產生的擾動小，減少鉆孔過程中塌孔、擴孔等情況出現。已經開挖地鐵16號線停車線、左線在鉆孔樁施工30 m范圍內盡快完成二襯施工，對開挖隧道進行加固；鉆孔樁施工過程中加強對地鐵隧道的監控量測。

采用該施工方案，順利完成鉆孔樁施工，孔徑、孔深、孔型符合設計要求。

3 有限元數值分析

3.1 建立模型

為了明確鉆孔灌注樁交叉施工對既有結構的不利響應，選取4軸8#承臺樁基典型結構進行建模計算，工況示意如圖2所示。模型選取樁基范圍內未施工的地鐵右線以及距離最近的已建成地鐵停車線，考慮到地鐵已進行二襯防護以及有限元軟件的運算速度，對于距離較遠的地鐵左線不予考慮。本構模型剖面如圖3所示。

圖2 4軸8#承臺交叉施工工況 圖3 樁基模型剖面圖

根據現場地質情況，將土層劃分為雜填土、粗圓礫土、泥巖、礫巖，各部分物理性能參數如表1所示。

表1 承臺鉆孔樁模型材料參數

3.2 計算結果分析

對鉆孔灌注樁施工的仿真模擬過程如下：先進行初始地應力的平衡，獲得施工之前的結構應力位移數據，如圖4所示。

在鉆挖施工后，將樁基承臺導入，并對承臺頂部設置壓強以模擬施工最后回填土的附加應力，通過對已經開挖的地鐵洞口進行運算，并選取模型縱向的中間部分進行分析，并通過系數放大2E+5倍，觀察地鐵洞口的受力變形，圖5為地鐵隧道的應力位移云圖。

其中，已開挖地鐵洞口處的應力和位移在樁基施工之后都有所增大，距離樁基最近和最遠的兩個洞口側壁位置、洞口頂處和洞口底部位置的應力和位移變化如表2所示。

圖4 結構計算結果

圖5 地鐵洞口計算結果

表2 不同位置處的結構響應變化

由表2計算結果可以看出，在施工之后位置1處的應力增量和位移增量最大，分別為83.5 kPa、3.15 mm；其次為位置3。由洞口的計算云圖可以看出，在深厚土層中，地鐵頂部拱形結構對抵抗圍巖壓力發揮了作用。此外，由于各個位置的應力位移變化率均較小，結合實際工程，說明在地鐵與樁基交叉施工的環境下，在地鐵二襯防護之后，采用鋼護筒跟進旋挖鉆施工的方法，結構對于既有地鐵的響應變化在合理安全的范圍之內。

4 結束語

實際工程實踐與數值模擬結果均說明，在地鐵與樁基交叉施工的環境下，在地鐵二襯防護之后，采用鋼護筒跟進旋挖鉆施工的方法，成樁質量符合要求，結構對于既有地鐵的響應變化在合理安全的范圍之內。