地铁盾构隧道桩基托换施工技术研究

地铁盾构隧道桩基托换施工技术研究

摘要：进入现代社会，随着经济体制的不断完善，城市化进程不断加快，很多城市发展成为特大城市，交通拥堵问题越来越严重。为了解决这一问题，地铁交通逐渐成为这些大规模城市的重要交通方式，盾构法施工技术在地铁隧道工程中的应用比较广泛，在地铁施工中遭遇城市重要建筑物时，为了保证建筑物的安全性，就要对其基础进行托换。本文作者针对这一施工技术进行了研究，首先简要介绍了桩基托换技术，然后根据工程实例阐述了基托换的施工顺序及技术应用，最后提出了施工过程中的注意事项，希望能对这一技术的应用起到一定的作用。

关键词：地铁工程；盾构隧道；桩基托换；施工技术 引言：近年来，地铁的修建越来越多，尤其是在北上广这些特大型城市，由于地铁是在地下进行施工，城市空间又极度有限，所以在地铁隧道的修建过程中，直接将一些城市的建筑物的基础作为桩基。地铁盾构隧道桩基托换技术在保证地铁施工进度的同时，也节约了地铁工程的投资成本，降低了由于工程拆迁而带来的巨额费用，保证了周围既有建筑物的安全。在现代大型城市地铁工程中的应用越来越广泛，其作用也越来越重要，这就是本文要研究的课题。

1、桩基托换技术简述

桩基托换技术是地铁穿越既有建筑物隧道施工中常用的技术之一，由于其施工难度大、造价较高、施工的工期长，因此对施工质量和施工人员的要求非常高，在施工工程中必须认真策划、精心组织。在施工前要详细勘察建筑物的地基情况，详细了解已建成建筑物的桩基的类型和结构受力情况，以制定切实可行的托换桩和技术方案。各方面都要做到精细。桩基托换技术起源于上世纪，经过多年的发展和工程案例的总结，至今它已经非常完善、成熟，也逐渐运用到一些地基加固工程中，根据其施工技术机理可以分为主动托换和被动托换。

1.1主动托换是指在卸载既有桩基之前给新桩施加荷载以起到消除部分由于托换而引起的变形问题，然后在转换荷载的过程中采用顶升装置对托换结构的变形进行调控，部分消除已建成建筑物结构长期变形的效应。托换建筑物的托换荷载大、变形控制要求严格，被托换桩随托换梁一起上升，使上部建筑物荷载全部转移到托换梁上，通过顶加载，部分消除新桩和托换结构的变形，使结构变形控制在较小范围。这种技术适合用在托换荷载较大或者结构变形要求高的工程。

1.2被动托换是指在卸载既有桩基的过程中，随着托环结构的变形上部结构的荷载会自动的转换到新桩上，被动托换技术的原桩上部结构荷载在施工过程中，随托换结构的变形被动地转换到新桩，托换后无法调控上部结构的变形。当托换建筑物荷载小、变形要求不高时，在托换结构的托换桩切除后，可不采取其它调节变形，直接将上部荷载通过托换梁传递到新桩。不调节托换后桩和结构变形，由托换结构承受变形的能力控制上部建筑物的沉降。主要适用于托换荷载较小的工程。

2、工程实例

本工程为高架桥桩基托换，采取何种有效措施能安全、顺利进行盾构隧道桩基的托换是本文的重点，在加快施工进度的同时也要考虑如何降低桩基托换施工对桥梁、管道线和路面交通带来的影响。此工程受影响的建筑物主要是一座人行天桥，该桥全长100.367米，梁高1.15米，桩基采用直径￠1200钻孔灌注桩基础，共有两根桩贯穿隧道影响盾构施工。桩基托换采用4.8m*2.0m钢筋混凝土梁和直径￠1600钻孔灌注桩进行托换。托换的设计思路是在盾构影响范围内考虑原有桩基失效，设置托换梁及托换桩承受上部建筑荷载，以满足盾构通过要求。

3、基托换的施工顺序及技术应用

以确保此人行天桥安全为基础，桩基托换采用4.8m*2.0m钢筋混凝土梁和￠1600钻孔灌注桩进行托换，托换的设计思路如下。

3.1钻孔桩

桩基托换施工中，人工挖孔是常见的施工方法。先在桩周测采用双液注浆，其次进行分段变为直径的形式开挖。改孔桩采取C15混凝土为桩基护壁，其施工顺序为：进行桩位放样、人工挖孔、绑扎钢筋笼和灌注混凝土。当开挖深度至人行通道底板以下时，对通道底板要进行地层加固，地层加固包括三个方面：一是对通道底板下地层进行加固，来提高地层承载力；二是对挖孔过程中出现的超挖、涌砂地段进行加固，以防止地层下沉和坍孔；第三方面是用双层密排TSS管，对隧道顶部最上面的一层横通道进行加固，起到小导管和小管棚的作用。

3.2钢板桩与桥台间土方开挖

施工前要先检查和保护地下管道线，加强对地面建筑物安全监测，防止地面沉降等现象发生。土方开挖中要以坑底四周为基础范围进行排水、集水井以防止下雨天气地下水有抽水现象。基槽开挖的范围是以两根托换梁的两端为界，对预留钢筋的绑扎位置进行加宽设计，在托换梁的另外两端以地下的连续墙体为界进行施工。

3.3新建承台施工

在托换过程中，原承台的两侧和下部设置新建承台，由新建承台将荷载传承到托换桩，以此方法达到桩基托换目的。承台下方由人工进行分段开挖，斗车运出的渣土用卷扬机来出土。开挖到坑底标高处，台底有13根裸露在外的桩，也有全部承台处于悬空的情况发生。此时，一定要加强监测以减少对桥梁和承台的稳定带来的扰动，有异常状况发生时需采取增加支撑的方法来作业。新建承台进行一次性整体浇筑，从原承台的两侧进行对称浇筑，并通过振捣使混凝土填满模版内，上端浇筑是通过预埋注浆管进行回填密实。钢筋应按设计所需尺寸进行一次成型方式绑扎，承台混凝土强度达到设计值的70%后，才允许进行底部破桩通

道的开挖工作。

3.4桩基托换

托换的设计思路是在盾构影响范围内考虑原有桩基失效，设置托换梁及托换桩承受上部建筑荷载，以满足盾构通过要求。对于侵入隧道的桩，采取托换梁-托换桩方案进行，考虑施工场地的实际情况和下沙立交桥的地基特点，采用人工挖空来进行被托换桩的破除工作。通过受力分析应采用4.8m*2.0m钢筋混凝土梁和￠1600钻孔灌注桩进行托换。

3.5破桩技术和回填土方

破桩采取风镐将混凝土铲除和钢筋气割进行分层破除，各层的桩基破除分三步骤实施：第一步将外半周混凝土的保护层进行破除，割除外半周上的钢筋；第二步破除桩心混凝土；第三割除内半周上的钢筋，见图一和图二。

图一 桩基破除顶部情况图二 桩基破除底部情况

破桩完成后对桩孔和通道基坑进行回填作业。（1）桩孔可采用砂卵石进行分层回填，浇水夯实，并在每孔埋设PPR管两根，回填后注意注浆加固。（2）破桩通道进行回填之前先浇筑钢筋混凝土板（厚度20cm）以防盾构掘进时发生坍塌，然后再和台前基坑采用卵石土一起回填，并分层压实。（3）台后基坑的回填采用的是夯实土，分层压实，每层铺土的厚度及压实遍数一定要达到规范要求，对回填困难之处，可用水泥浆注浆压密进行回填，注浆采用压力为0.4之08MPa的纯水泥浆液。

4、地铁盾构隧道桩基托换施工施工过程中的注意事项

4.1施工前需对被托换桩和托换桩的坐标和高程进行测量，并参照设计图纸做对比，当差异比较大时，应马上通知设计、监理和业主等有关部门工作人员，同时做好监测工作，保证施工安全。

4.2施工前需对建筑物、构筑物进行鉴定，如有裂缝等情况要进行电子记录。

4.3土方开挖中的支护要及时、适当，差异较大的地方一定要采取专门的支护措施。

4.4托换施工时，要加强对地表下沉和建筑变形的监控，做到及时反馈实况信息，进而指导托换施工的顺利进行。

4.5对高架桥下管线，如煤气管、水管和电缆等，要加强保护及监测，对影响施工的应和有关部门协调并进行处理。

4.6地铁盾构通过后，在进行建筑物桩基进行切除时，施工人员须小心谨慎，做好地铁盾构机参数监测及和地面监测，保证建筑物的安全。

5、结束语

随着现代城市地铁大力发展，地下设施空间越来越拥挤，地下空间的利用也不断立体化，地铁的修建不可避免地下穿城市建筑物，并对其结构和稳定性带来一定的影响。盾构隧道在下穿高层建筑物的地基基础过程当中可以采用桩基托换和加固方法，具体情况要根据改工程特点来确定，在进行托换时必须要做好新旧混凝土连接。还要严格控制地面建筑物发生变形、沉降等现象。桩基托换技术既保证了地铁的施工进度，也节约了工程资金，降低了因拆迁产生的巨大经济损失，满足了工程设计和施工要求，因此进行桩基托换在城市地铁施工中占有极为重要的位置。

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