地鐵隧道下穿既有橋梁拆改技術

□文/劉 雙

地鐵隧道下穿既有橋梁拆改技術

□文/劉 雙

在城市地下交通建設過程中，地鐵隧道的線路經常會遇到既有建筑物的樁基，在線路規劃確定的情況下，必須進行障礙樁的拔除，同時對既有建筑物進行改造。文章結合天津市地鐵3號線吳家窯車站氣象臺路橋的拆改工程實例，對地鐵隧道盾構法施工下穿既有橋梁時橋梁拆改過程中應注意的設計要點和技術措施進行了介紹。

地鐵隧道；樁基；橋梁拆改

目前全國許多城市都在大力開展地鐵交通建設。盡管在線路規劃過程中，盡量采用現有干線道路下面空間，但是由于城市內既有建筑物林立，難免遇到需從既有建筑物穿過的現象。為使盾構順利推進，需要進行障礙樁的拔除施工，同時對既有建筑物進行改造，這已成為城市地鐵隧道挖掘過程中一個重要的設計和施工環節。

工程概況

天津市地鐵3號線北起北辰區小淀，南至華苑環外地區，全長25.2km，需在吳家窯大街設站，地鐵線路無法繞行氣象臺路橋。由于氣象臺路橋舊橋部分樁基與規劃盾構線位相沖突，因此需要將舊橋上、下部結構整體拆除，之后躲避盾構線位修筑新橋下部結構，在原橋位建新橋。

橋梁拆改要求

盾構對上跨橋梁設計和施工的技術要求

（1）盾構頂面覆土深度應≥1倍盾構外徑。

（2）新建橋樁基外邊與盾構管片外邊凈距≥2m。

（3）新建橋梁施工應在盾構施工前完成，因為新橋樁基的施工會對土體產生擾動，引起盾構外圈土壓力的變化，可能會導致盾構區間在該處沉降變形，影響后期運營。

交管部門對橋梁拆改要求

氣象臺路為城市主干路，橋梁緊鄰中環線，車流量大、交通繁忙，橋梁拆改過程中不能斷交施工并且通車橋面總寬≮16m，以方便機動車和非機動車行駛。

主要技術措施

交通導行措施

橋梁由3部分組成，中間15.87m寬為1966年建成，西側13.88m寬和東側16.02m寬均為1985年擴建，橋長9m。規劃地鐵盾構左線和右線分別位于中間15.87m和東側16.02m橋梁范圍內。

氣象臺路橋為單幅橋，由于不能斷交施工，故將橋梁分成兩部分進行施工，先進行盾構范圍內橋梁的拆改。施工時先保留西側13.88m橋梁，將中間15.87m和東側16.02m橋梁拆除，待此處新橋施工完畢后，將車輛導行至新橋，再拆除西側13.88m寬橋梁；由于13.88m寬橋梁不滿足交管部門提出的通車橋面總寬≮16m的要求，因此機動車利用未拆除的舊橋行駛并在舊橋旁修建1座臨時導行用的戰備橋，以方便非機動車行駛，戰備橋橋面凈寬為3.7m，橋長21m。

預制樁拔除工藝

氣象臺路橋舊橋樁基間距較密，為單排預制方樁，分3類。第1類樁徑25cm×25cm，樁長7.5m，共28根；第2類樁徑40cm×40cm，樁長18.5m，共32根；第3類樁徑40cm×40cm，樁長9.5m，共13根。預制樁拔除是舊橋拆除過程中的重點和難點，也是制約工程進度的重要環節。本工程采取以下方法對預制樁進行拔除，取得了較好效果。

（1）第1類樁入土深度及樁截面較小，拔除相對簡單。先用挖掘機下挖2m，然后用100t履帶吊配合振動設備對其進行拔除。

（2）第2類和第3類樁的拔除采用套筒法，先用套筒配合振動錘頭進行土體擾動，減小摩擦力，進而對預制樁進行拔除。

第2類樁樁身較長，由2節9m多長的樁四角點焊焊接而成，在拔除過程中有可能出現從接頭處斷樁的情況，因此拔樁時應用經緯儀對拔樁垂直度進行觀測，保證樁垂直受力，避免在拔樁過程中出現斷樁情況。若出現斷樁，先停止對該樁的拔除作業，然后在該樁處打入直徑1.2m的鋼護筒，邊打入護筒邊向護筒內注入高壓水，用泥漿使樁與土徹底分離，然后抽出護筒內泥漿，露出下半截樁，再用吊車配合鋼絲繩鎖套將下半節樁拔出。

孔洞回填處理

舊橋樁基拔除后，需要對孔洞進行回填處理，以防將來盾構頂面覆土發生透水現象。采用水泥攪拌樁進行孔洞的回填處理，由于舊橋樁基間距較密，所以拔除后孔洞間距也較密，施工時采用φ650mm和φ500mm雙排及φ800mm單排咬合150mm雙軸攪拌樁處理成水泥土墻的方法對孔洞進行回填處理。

基坑開挖時周邊建筑物防護措施

氣象臺路橋位于河沿道與吳家窯大街之間，為跨河橋梁，周邊建筑物距離施工現場較近且主要為6層磚混結構居民樓，降水和下挖河道都可能對建筑物產生影響，造成建筑物傾斜、開裂或基礎沉降等問題，因此在開挖承臺基坑時需要采取基坑止水和支護措施對周邊建筑物進行防護。采用雙排φ800mm高壓旋噴樁帷幕對基坑進行止水及支護。

基坑開挖過程中做好監控工作，監測項目包括周邊建筑物及地面開裂、沉降情況；支護樁水平位移；支撐水平和垂直變形；坑壁漏水情況；地下水位等。基準點應在基坑開挖前觀測一次，基坑回填至地面可停止觀測。監測報警值：支護樁水平位移為40mm；構件裂縫寬度為0.3mm；地面或周邊管線出現異常或裂縫。

新建橋梁上跨盾構時設計要點

新橋下部結構采用φ1.5m鉆孔灌注樁，上接承臺，每個承臺下設2根鉆孔灌注樁，2根樁順盾構線位方向布置。下部結構設計是上跨盾構橋梁設計的重點。

承臺底至盾構頂間土深

為防止盾構上浮，盾構頂面覆土深度應≥1倍盾構外徑。考慮到承臺施工距離附近建筑物較近、下挖量不宜過大，同時河道底面無沖刷，因此將承臺頂面設計為與河道底面齊平，承臺厚2m，承臺底標高為-2.0m，盾構頂標高為-8.5m，承臺底至盾構頂間土深為6.5m，＞1倍盾構外徑6.2m，滿足要求。

樁基布置應避開舊橋樁位

舊橋樁基拔除后需要在原樁位回填水泥攪拌樁進行孔洞處理，新橋樁基采用鉆孔灌注樁，而鉆孔機械在水泥攪拌樁處是無法施鉆的，所以新橋樁基布置應避開舊橋樁位，避免沖突。

樁基布置

新建橋樁基外邊與盾構管片外邊凈距應≥2m。通過分析，左線和右線盾構間凈距5.8m，減去左右各2m的安全距離外還剩1.8m，所以兩盾構間布置的樁基直徑應≤1.8m方能滿足要求。本工程樁基直徑為1.5m，滿足要求。

鋼護筒的設置

為避免將來盾構施工時由于土體擾動對樁身承載力產生影響，新橋位于左線和右線盾構兩側的樁基宜設置鋼護筒。

（1）鋼護筒尺寸。鋼護筒長度以上下各大于盾構外緣2～3m為宜。盾構頂面距離樁頂較近，為方便護筒施工，將護筒頂面設計為與樁頂齊平，盾構頂面以上護筒長度為6.65m；盾構底面高程-14.7m，考慮到盾構底面護筒長度設置為2～3m，同時護筒總長度宜為偶數便于施工分節，將護筒總長度定為16m，護筒底面高程-17.85m，盾構底面以下護筒長度為3.15m。鋼護筒內徑與樁徑相同，壁厚1cm。施工時鋼護筒分節長度和樁基鋼筋籠分段長度及分段位置應綜合考慮，鋼護筒單節長度一般為2～4m，施工時固定在鋼筋籠上，與鋼筋籠一起下放，護筒接口處采用滿焊。鋼護筒施工后不拔出。

（2）樁基長度計算時應考慮設置鋼護筒的影響。摩擦樁主要靠樁身混凝土與樁周土間的側摩阻力來承受豎向荷載。當設置鋼護筒后，護筒內的樁身混凝土與外側土體無法直接接觸，從而導致護筒范圍內的側摩阻力大大降低，此時樁基計算不應考慮護筒范圍內的側摩阻力并應將護筒范圍內樁基自重完全轉換為豎向荷載施加到護筒以下的樁基上，由護筒以下的樁基來完全承受豎向荷載，這樣計算是偏于安全的。

（3）樁基配筋時應考慮設置鋼護筒的影響。為避免盾構施工時對樁身承載力產生影響，鋼護筒范圍內的樁基主筋應全部通長，箍筋應全長加密；護筒以下的樁基主筋長度和箍筋加密段長度再按常規的設計取值，注意設計護筒以下的樁基主筋長度和箍筋加密段長度時所用的樁長只計入護筒以下的樁長，不包括護筒范圍內的樁長。

盾構附近橋梁樁基成孔的中心位置和傾斜度

鉆孔灌注樁設計時，應對盾構附近樁基鉆孔施工時成孔的中心位置允許偏差和傾斜度提出嚴格要求，以避免成孔的中心位置偏差或傾斜度過大影響盾構施工。成孔的中心位置允許偏差應≤50mm，傾斜度應≤1%，鉆孔時應采用專用儀器對鉆孔質量進行測定，如經檢查發現有缺陷，例如中心線不符、超出垂直線等，應及時予以改正。

結語

氣象臺路橋是連接氣象臺路與中環線的重要交通要道，該橋的拆改是天津市地鐵3號線吳家窯車站的一個重點配套工程。預制樁的拔除工藝、基坑開挖時對周邊建筑物的多項防護措施以及上跨盾構的新建橋梁的下部結構設計等都是在技術方面的新嘗試并且在實踐中得到了很好地驗證。橋梁拆改后，既保證了地鐵3號線盾構的順利推進，又不影響橋梁的使用功能，橋面縱坡比拆改前更緩更舒適，路口的交通壓力也得到了更好地緩解。

U455.49

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1008-3197（2010）04-62-03

2010-05-13

劉 雙/女，1983年出生，助理工程師，工學學士，天津市市政工程研究院海順設計公司，從事橋梁設計工作。