暗挖通道下穿市政橋梁樁基洞內(nèi)環(huán)梁托換技術(shù)分析

蘇子將，陳俊馳

（1.中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 311122；2.中電建重慶勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，重慶 401329）

1 前言

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城市化進(jìn)程的加速，我國(guó)正處于以城市軌道交通建設(shè)為主體的地下空間大規(guī)模開發(fā)時(shí)期，大規(guī)模建設(shè)必然會(huì)導(dǎo)致各類地下結(jié)構(gòu)平面或豎向交叉，由于地下工程建設(shè)時(shí)序的不協(xié)調(diào)，因此，地下結(jié)構(gòu)之間的上跨、下穿或改造又增加了施工的難度。對(duì)于樁基地面托換技術(shù)已越來越成熟，對(duì)于洞內(nèi)托換的在其他城市也有一些技術(shù)介紹。本文依托成都某地鐵過街通道下穿既有市政橋梁樁基為依托，針對(duì)強(qiáng)～中風(fēng)化膨脹巖層中托換橋樁樁端位于開挖范圍內(nèi)的托換處理方案介紹，并通過對(duì)工法、安全、經(jīng)濟(jì)等綜合對(duì)比分析采用有限元進(jìn)行計(jì)算驗(yàn)證，可為類似工程提供經(jīng)驗(yàn)參考和技術(shù)借鑒。

2 概述

2.1 工程概況

本地鐵車站A 號(hào)出入口采用暗挖施工下穿市政主路后在北側(cè)公園綠地內(nèi)布置，過街通道寬6.5m，埋深約11.8m，暗挖地層為中風(fēng)化泥巖。A 出入口暗挖通道連續(xù)下穿220kV 電力隧道，2000×2000 雨水管，DN800 污水管等管線，側(cè)穿市政立交橋M 匝道及L 匝道樁基；通道下穿A匝道時(shí)，與匝道橋樁基沖突。暗挖通道平面關(guān)系詳見圖1。

圖1 通道平面關(guān)系

2.2 水文地質(zhì)概況

場(chǎng)地地層自上而下依次為：第四系全新統(tǒng)人工填土，第四系中、下更新統(tǒng)冰水沉積、沖積層黏土，白堊系上統(tǒng)灌口組全風(fēng)化泥巖、強(qiáng)風(fēng)化泥巖、中等風(fēng)化泥巖；其中暗挖通道位于中風(fēng)化泥巖層中。地下水主要有兩種類型：（1）賦存于黏土層之上的上層滯水；（2）基巖裂隙水。

2.3 工程重難點(diǎn)及應(yīng)對(duì)措施

既有A 號(hào)匝道橋引橋部分原設(shè)計(jì)時(shí)為減少對(duì)市政管線等的影響，采用樁板式結(jié)構(gòu)，樁基直徑為1.0m，樁長(zhǎng)約16.0m，樁側(cè)土層為人工填土、黏土、強(qiáng)～中風(fēng)化泥巖，樁端嵌固于中風(fēng)化泥巖層中，樁基橫向間距6.7m，縱向間距4.5m。根據(jù)地鐵車站主體結(jié)構(gòu)的布置，過街出入口通道橫穿主道，下穿市政管線及市政橋梁，其中暗挖通道下穿A 號(hào)匝道橋引橋時(shí)，需采取措施確保該引橋的正常通行。

為保證既有市政橋梁結(jié)構(gòu)的安全及變形滿足要求，暗挖通道方案設(shè)計(jì)階段時(shí)對(duì)地面托換、洞內(nèi)托換及調(diào)整通道走向避讓的方案進(jìn)行研究分析。由于風(fēng)化巖層遇水軟化、具有膨脹性，且地層中存在基巖裂隙水，因此各工序需緊湊施工，同時(shí)對(duì)匝道橋進(jìn)行加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，并對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)統(tǒng)計(jì)分析。

3 托換方案

目前，主要采用的托換形式分為主動(dòng)托換和被動(dòng)托換。主動(dòng)托換一般操作復(fù)雜、造價(jià)高，工期長(zhǎng)，適用于荷載大、上部結(jié)構(gòu)變形要求嚴(yán)的情況下；被動(dòng)托換在托換施工完成后，直接將托換基礎(chǔ)與結(jié)構(gòu)分離，完成荷載從被托換基礎(chǔ)到新基礎(chǔ)的轉(zhuǎn)換，即不施加荷載抵抗原結(jié)構(gòu)變形。根據(jù)原設(shè)計(jì)文件，本工程A 匝道橋樁樁徑為1.0m，每段橋梁引道為6 根樁，單樁承載力特征值約為1200kN。

3.1 地面主動(dòng)托換

主動(dòng)托換樁基采用樁長(zhǎng)19m，樁徑1.5m。托換樁施工工序：（1）開挖基坑至托換樁頂標(biāo)高；（2）托換樁基施工（引橋結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)樁基采用人孔挖孔樁）；（3）托換梁施工；（4）樁基托換施工。地面主動(dòng)托換平面圖、剖面圖見圖2、圖3。

圖2 地面托換平面圖

圖3 地面托換剖面圖

3.2 洞內(nèi)環(huán)梁托換

洞內(nèi)托換采用暗挖環(huán)梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行托換，環(huán)梁寬2.5m，環(huán)梁高0.7m。洞內(nèi)托換施工工序：（1）分臺(tái)階開挖左側(cè)導(dǎo)洞，施工初期支護(hù)，預(yù)留樁端嵌固部分土臺(tái)；（2）實(shí)施左導(dǎo)洞環(huán)梁，在原樁基節(jié)點(diǎn)位置進(jìn)行開槽，鋼筋與環(huán)梁主筋連接；（3）分臺(tái)階開挖右導(dǎo)洞，并施工初期支護(hù)，預(yù)留樁基嵌固部分土臺(tái)；（4）實(shí)施右導(dǎo)洞環(huán)梁，原樁基與環(huán)梁連接；（5）開挖中間土臺(tái)，鑿除暗挖范圍內(nèi)樁基部分；（6）施工環(huán)梁仰拱部分，施工二襯結(jié)構(gòu)。洞內(nèi)托換剖面圖見圖4。

圖4 洞內(nèi)托換剖面圖

3.3 暗挖通道布置調(diào)整

由于本地鐵車站場(chǎng)地受限，同時(shí)沿主路方向地層變化較大，暗挖通道位置如調(diào)整，則存在整個(gè)暗挖通道風(fēng)險(xiǎn)、投資均增加較多的問題。因此，方案研究階段對(duì)暗挖通道進(jìn)行局部調(diào)整，主路下通道部分斜穿主路以避開A 匝道橋樁基，暗挖通道長(zhǎng)度增加約11m（圖5）。

圖5 暗挖通道布置調(diào)整平面圖

經(jīng)綜合分析比選（表1），考慮工程安全、經(jīng)濟(jì)、工期、社會(huì)影響等因素，推薦采用洞內(nèi)環(huán)梁托換樁基方案進(jìn)行暗挖施工。

表1 方案綜合對(duì)比

4 暗挖環(huán)梁托換方案變形控制

4.1 數(shù)值模擬計(jì)算分析

（1）計(jì)算模型。為了預(yù)測(cè)既有線結(jié)構(gòu)的變形，運(yùn)用midas GTS 軟件，建立三維地層-結(jié)構(gòu)整體模型計(jì)算基坑開挖工況，計(jì)算模型見圖6。

圖6 三維有限元整體模型

（2）基坑開挖數(shù)值分析結(jié)果。暗挖段施工對(duì)A 匝道引橋橋樁豎向位移最大約為4.6mm。變形值整體較小，處于可控范圍（圖7）。

圖7 環(huán)梁托換沉降變形云圖（單位：mm）

4.2 暗挖托換沉降變形控制關(guān)鍵技術(shù)

既有結(jié)構(gòu)的變形控制技術(shù)為一個(gè)動(dòng)態(tài)控制過程，從前期的既有線監(jiān)測(cè)到最終的使用完成均包含在既有結(jié)構(gòu)的沉降控制范圍內(nèi)。

（1）托換工序設(shè)計(jì)。暗挖托換工序中，開挖過程中確保樁端嵌固在原狀巖層中，盡量減小土方開挖時(shí)對(duì)原樁基承載力的影響及樁基沉降的影響，及時(shí)采用環(huán)梁對(duì)原樁基進(jìn)行托換施工，環(huán)梁承擔(dān)原樁基荷載及土壓力，受力明確。

（2）跟蹤注漿。既有引橋結(jié)構(gòu)板下車站結(jié)構(gòu)底板下為素填土、粉質(zhì)黏土及全風(fēng)化泥巖，引橋樁端嵌入中風(fēng)化泥巖，施工時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)變形情況，對(duì)樁側(cè)填土及黏土層進(jìn)行預(yù)注漿加固，增加橋樁的側(cè)向摩阻力，減少橋梁的豎向變形，正式注漿前進(jìn)行試驗(yàn)確定注漿參數(shù)。注漿鉆孔施工時(shí)，需嚴(yán)格按照要求控制鉆孔角度，注漿時(shí)采用間歇式注漿且加強(qiáng)監(jiān)測(cè)。

（3）外部協(xié)調(diào)。洞內(nèi)托換切樁施工時(shí)，協(xié)調(diào)相關(guān)部門，采取夜間施工，道路分幅限流、限速，減少托換橋樁時(shí)震動(dòng)等影響。

（4）施工監(jiān)測(cè)。鑒于暗挖托換樁基主要風(fēng)險(xiǎn)為沉降變形，因此制定專項(xiàng)監(jiān)控量測(cè)方案，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)既有結(jié)構(gòu)的整體沉降變形進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)控量測(cè)，結(jié)合三維計(jì)算模型的模擬開挖數(shù)據(jù)，用以輔助指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。

5 結(jié)語

文章對(duì)不同方案進(jìn)行對(duì)比，綜合考慮工程安全、經(jīng)濟(jì)、工期、社會(huì)影響等因素，洞內(nèi)暗挖托換為最優(yōu)方案；同時(shí)進(jìn)行有限元結(jié)構(gòu)模型模擬計(jì)算，計(jì)算結(jié)果表明，暗挖穿越、樁基托換并完成隧道二襯后，樁基礎(chǔ)沉降及變形可在控制范圍內(nèi)。