盾構隧道下穿橋梁暗挖法樁基托換施工技術

摘要：為進一步提高盾構隧道下穿橋梁的安全性，以城市軌道交通盾構隧道下穿既有橋梁工程為研究對象，通過暗挖法樁基托換施工技術對樁基進行托換，并進一步研究隧道開挖及支護、托換結構施工、頂升施工技術及截樁施工等施工工序。研究結果表明，通過暗挖法樁基托換施工技術，不僅可以有效地將橋梁的荷載轉移到新的托換結構上，確保橋梁的穩定和安全，同時可以保證既有橋梁的穩定性。將托換梁以下的原樁截斷，截斷縫寬設定為1cm，并在PVC管預留Φ12圓鋼，可防止托換梁澆筑過程中PVC管擠壓變形。截樁后的橋樁沉降-0.36mm，最終沉降數據為-0.92mm；橋墩傾斜0.13‰，最終橋墩傾斜0.14‰，均在可控范圍。

關鍵詞：盾構隧道；暗挖法；樁基托換；施工技術

0" "引言

近年來，盾構隧道作為一種高效的地下交通工程建設方式，在城市軌道交通、地下管線等領域得到了廣泛應用。然而，在盾構隧道的建設過程中，常常會遇到一些難以穿越甚至高風險的障礙物，如樁基、孤石、豎井等結構的情況。

橋梁樁基是盾構在城市地下掘進過程中最容易遇見的障礙物之一。盾構隧道下穿橋梁時，可能會對橋梁的基礎產生影響，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]，通過在橋梁下方進行暗挖施工，新建托換樁和托換梁，將橋梁的荷載轉移到新的托換結構上，從而確保盾構隧道施工過程中橋梁的安全穩定。

本文以此為背景，依托廣州地鐵十三號線二期五項目，對小斷面暗挖通道提供作業空間、人工挖孔樁作為托換受力基礎的樁基托換施工技術進行研究，一方面解決了盾構隧道穿越既有建構筑樁基礎且無地面托換條件，暗挖施工地表沉降、周邊建構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計與施工提供參考和指導。

1" "工程概況及樁基托換施工技術

1.1" "工程基本情況

廣州市軌道交通13號線二期工程西場站-彩虹橋站盾構區間，下穿在彩虹橋站雙線始發后，下穿廣茂鐵路后下穿德坭立交橋。下穿德坭立交時，有5根橋樁與區間隧道沖突，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，在盾構施工前需對侵入隧道范圍的5根橋樁進行處理。

德坭立交分為新舊橋組合而成，舊橋于1964年建成，預應力混凝土簡支梁結構，橋墩為現澆鋼筋混凝土結構，橋墩下設置承臺，每座承臺下共設12根6m方形摩擦樁。新橋建于1995年，橋梁為簡支梁結構，單樁單柱，樁基礎為φ1200端承鉆孔灌注樁。

穿越地點為廣州市荔灣區交通要道東風西路上，地面交通繁忙，為此要求盾構穿越期間不得對橋梁運營產生任何影響。樁基托換平面如圖1所示。新舊橋與托換位置關系模型如圖2所示。

1.2" "地質情況

樁基托換區段的地層地質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;巖石全風化帶、lt;7-1gt;強風化礫巖、lt;7-3gt;強風化泥質粉砂巖。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;巖石全風化帶。人工挖孔樁穿越的地層主要為lt;6gt;巖石全風化帶、lt;7-1gt;強風化礫巖、lt;7-3gt;強風化泥質粉砂巖、lt;8-1gt;中風化礫巖、lt;8-3gt;中風化泥質粉砂巖。地質剖面如圖3所示。

1.3" "實施方案比選

本項目處于市區主城區交通要道，車流量大，因此盾構及樁基托換施工期間不得影響橋梁使用，同時對技術要求高，為此只有通過主動托換完成樁基原橋樁的托換，完成受力轉換后再截斷影響樁基。

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，在基坑內實施人工挖孔樁進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行托換主體的施工，以緩解對周邊交通的影響。

橋兩側為廣雅社區、風雨亭社區及廣雅路匝道，通過對邊周邊環境的充分調查后，決定通過豎井+小端面暗挖通道的形式在地下挖出空間進行托換主體的施工。

2" "關鍵施工技術

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空間，然后在暗挖通道內對應盾構隧道的兩側施作人工挖孔樁，人工挖孔樁頂部施作承臺，共同作為托換梁的受力基礎。在通道內對應盾構隧道正上方，將兩側人工挖孔樁及中間原橋樁通過托換梁連接為整體，形成門式托換結構。在承臺與托換梁連接前，安裝千斤頂施加預頂力進行主動受力轉換，然后回填頂升區域，并將原樁截斷。

受力轉換過程中，對原橋樁、橋梁、托換梁、承臺等進行嚴密監測，通過全過程的施工監控量測，監視托換結構及橋梁的穩定及頂升進展，逐漸增加頂升力，使新橋橋樁與托換橋樁完成受力轉換，確保盾構隧道順利通過橋樁。

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：施工準備→豎井開挖支護→暗挖導洞開挖支護→人工挖孔樁施工→托換承臺施工→托換梁施工→托換頂升→體系固結→受力轉換截樁。暗挖樁基托換施工工藝流程如圖4所示。

2.2.2" "施工準備

現場實地踏勘，調查地下管線情況。因橋下空間凈高度最低處約2.6m，根據橋下場地條件、場地限制，定制了大小適應的門式起重機用于垂直運輸。做好場地的規劃和臨建設施，合理布置施工場地尤為重要。結合進度計劃，配置人、材、機等資源。

2.2.3" "豎井開挖支護

豎井采用倒掛井壁法開挖，先施工鎖口圈梁，達到強度后邊開挖邊支護。支護方式采用格柵鋼架+鋼筋網片+錨桿（管）+噴射混凝土支護。若地層較軟或滲透系數較高，則在鎖口圈梁施工之前，先對豎井周邊土體進行加固處理。

2.2.4" "暗挖導洞施工

豎井施工完成后，開馬頭門進行暗挖通道施工。開挖方式采用臺階法，上下臺階長度3～5m，上臺階開挖1榀支護1榀，下臺階開挖進尺不得超過2榀。支護體系采用超前小導管+格柵鋼架+鋼筋網片+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，人工挖孔樁每天進尺不得超過1個循環，施工完成待12h后開挖下一循環。根據地層條件每個循環開挖深度為0.5～1.0m，樁端進入持力層部分做擴大端。作業前必須先進行有害氣體檢測方可下井，井內必須配置實時氣體檢測儀，以確保施工安全。

托換承臺為現澆鋼筋混凝土結構，包含鋼筋安裝、模板加固、混凝土澆筑。施工過程中控制重點為預埋鋼板的位置、平整度及結構尺寸。托換梁為型鋼+鋼筋+混凝土結構，采用現澆工藝。托換梁與原樁采用植筋連接，植筋的數量、深度、植筋膠級別、拉拔試驗必須滿足設計要求。托換梁中的型鋼無法整體運輸就位，為此需采用現場焊接工藝。焊接過程中需控制焊接的質量并檢測。

托換梁為大體積混凝土，模板安裝前必須安裝循環冷卻水管，并做密封檢查和固定。底層鋼筋密排部位用細石混凝土，以確保澆筑密實。為防止水化熱導致的溫差裂縫產生，在托換梁內設置了冷卻管。冷凝管采用Φ42鋼管，車絲連接。盤繞托換梁兩圈布置。

2.2.6" "托換頂升

托換主體結構施工完成后，采用主動托換，受力體系通過預加頂力進行轉換。采用PLC液壓同步控制系統對托換梁進行預頂。施工前期必須對液壓千斤頂進行校定，對預加頂力分級并計算對應設定的壓力表讀數。托換時頂升力逐級加載，實時觀測梁體的裂縫發展情況，并對托換梁與原樁的滑移、新樁沉降和原樁位移進行監測。頂升過程中以原樁位移作為主控，以預加頂力作為輔控。

3.2.7" "體系固結

頂升完成且新樁沉降穩定之后，對托換承臺與托換梁進行固結，固結采用高一標號的微膨脹混凝土，分兩次進行固結，第一次將千斤頂位置包裹隔開，澆筑中心混凝土。待達到設計要求強度后方可拆除千斤頂，澆筑千斤頂部位混凝土。混凝土采用微膨脹混凝土，可以有效防止混凝土收縮，固結體按混凝土施工質量驗收標準留置強度試件

2.2.8" "截樁施工

截樁是將頂升之后形成的超靜定體系，轉換為靜定體系，是受力體系轉換的風險集中點。因此截樁的控制要點主要在于橋墩沉降、橋墩傾斜監測，截樁時不得傷及托換梁。固結達到強度后，待托換梁與托換承臺固結完成后，用繩鋸將托換梁以下的原樁截斷，截斷縫寬約1cm。托換梁鋼筋綁扎之前，需提前在原樁兩側預埋Φ20的PVC管，并在PVC管預留Φ12圓鋼，防止托換梁澆筑過程中PVC管擠壓變形。固結強度達到后，從PVC管中穿過金剛石繩鋸條。

截樁時，重點觀測橋墩沉降和橋墩傾斜。本次截樁過程中，截樁后的橋樁沉降-0.36mm，最終沉降數據為-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

在原設計方案下部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，預估整體回填工期約60d，鑒于回填周期較長，后變更調整為將現澆輕質泡沫土作為整體回填材料。該材料可在狹小空間實施，具有有很好的自流性、自密實性、自硬化性、無需振搗、強度能夠達到1MPa，質量滿足回填要求。工期也大大縮短。

3" "結束語

盾構隧道下穿橋梁施工會對橋梁的樁基產生影響，導致橋梁出現沉降、傾斜等安全隱患。通過暗挖法樁基托換施工技術，可以有效地將橋梁的荷載轉移到新的托換結構上，確保橋梁的穩定和安全，同時對地面交通的影響幾乎為零。暗挖法樁基托換施工技術可以通過對土體的加固和托換結構的設計，有效地控制地面沉降，減小對周邊環境的影響。

參考文獻

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[3] 戴長康，張海彬，陳喬松，等.盾構下穿既有建筑物樁基托換工程施工技術[J].建設監理，2024（5）：114-117.

[4] 蘇子將，陳俊馳.暗挖通道下穿市政橋梁樁基洞內環梁托換技術分析[J].中國設備工程，2023（24）：234-236.

[5] 宗秋雷.淺埋暗挖隧道下穿城市立交樁基托換技術研究[J].山西建筑，2020，46（5）：133-135.