軌道交通盾構區間城市橋梁拆復設計特點

王高科

（寧波市城建設計研究院有限公司，浙江寧波 430012）

0 引言

軌道交通位于道路下方，為確保盾構順利掘進，需要將盾構掘進過程中碰到的老橋提前進行改造。以寧波市為例，地下線盾構施工與沿線道路多座橋梁相沖突，為此，需先對地面道路進行交通導改，將盾構掘進過程中碰撞的橋樁先拔除，然后在合適的位置重新打入鉆孔灌注樁基礎，對橋梁進行恢復施工。

1 設計思路

1.1 設計思路

（1）老橋拆除前詳細勘察現場，摸清橋梁基礎及地上、地下管線情況。

（2）設計合理的施工期間交通組織方案，將橋梁施工對道路通行的影響降到最低。

（3）設計合理的拆橋及重建方案，合理選擇樁型、樁位及蓋梁形式，避免重建后對盾構施工的影響。

（4）橋梁在拆除重建過程中的管線改移方案滿足相關產權單位和管理部門的要求。

（5）老橋拆除過程中全程跟蹤，對所掌握的橋梁基礎及地下管線資料進行復核，明確拆橋方案及重建橋梁方案。

（6）老橋重建時考慮遠期規劃，避免重復建設。

（7）堅持科學態度，積極采用新工藝、新材料、新技術。

（8）認真貫徹精心設計、合理布局、符合實際的原則，減少廢棄工程，節省投資。

（9）工程方案應盡可能滿足快速施工要求，并在施工期間盡可能較少對周邊環境影響，注重環境保護。

圖1為拆復橋設計流程圖。

圖1 拆復橋設計流程圖

1.2 橋梁拆除方案流程

圖2為橋梁拆除方案流程圖。

圖2 橋梁拆除方案流程圖

2 老橋樁基拔除關鍵問題研究及對策

在該工程拆除重建過程中，拔樁是最為關鍵和復雜的。設計出正確合理的拔樁方案并順利實施后，才能確保后續工程的順利進行；在清樁過程中及清除后，還應保證不對周圍建筑物產生較大影響。下面著重對拔樁方案的設計思路進行闡述。

2.1 拔樁工藝選擇

該工程需拔除的樁基均為鉆孔灌注樁，鉆孔灌注樁的鋼筋不是通長，而樁周土的摩擦力較大，一般不能直接拔除，需采取技術手段破壞樁周土，然后采用起重設備吊起樁。現有的各種拔樁工藝的差別主要是破壞樁周土的方式不同，有空氣幕沉井技術、正循環泥漿護壁鉆進技術（套鉆）、旋噴高壓泥漿技術、空心沖擊成孔技術、人工挖孔技術，各種技術的特點如表1所示。

表1 破壞樁周土的不同方法優缺點

適用于寧波軟土地基破壞樁側摩阻力的施工方法主要是正循環泥漿護壁鉆進技術，其原理是先下鋼護管，然后在護管內進行樁側土體摩阻力的破壞。該方法的最大優點在于清除側阻力的施工在護管內完成，因此對周圍土體基本無影響；其缺點主要是在下鋼護管和拔出的過程中對周圍土體產生擾動。根據工程實際情況，可考慮采用切削鉆進式鋼套管方案，即利用全回轉設備產生的下壓力和扭矩，驅動鋼套管轉動，利用管口的高強刀頭對土體的切削作用和高壓水體的沖刷作用，將套管鉆入地下，去除套管與樁體之間的土體，減小樁側摩阻力。圖3為套管法拔樁示意圖。

2.2 拔樁施工要點

2.2.1 拔樁設備

（1）全回轉動力設備

圖3 套管法拔樁示意圖

全回轉動力設備主要是為套管360°回轉、刀頭切割障礙物提供動力，包括上下抱箍夾緊系統和一套豎向頂升系統。

（2）套管

套管有兩方面功能：一方面將頂部驅動設備提供的扭矩和壓力傳遞給刀頭，同時在鉆進的過程中還起到支護孔壁、防止孔壁坍塌的作用。套管為鋼制桶式結構，根據需要鉆進的深度情況分長度不同的若干節，在管口布置刀頭。

先將回旋轉機固定在鉆孔樁中心上方，再將鉆機和動力箱、操作室相連接，然后安裝反力架，反力架的另一頭停置一部吊車，該吊車履帶壓住反力架，反力架的作用是當鉆機全回旋鉆進過程中防止機器發生扭動，吊車同時可用作安裝鋼套筒和清障配合。圖4為套管安裝照片。

圖4 套管安裝照片

2.2.2 鋼套管鉆進施工

灌注樁樁頂混凝土暴露后，清除樁側周圍垃圾，回旋鉆機就位，將鋼套管與灌注樁同心壓入。由于鋼套管是全回旋鉆進的，且端部刀頭配置了負載控制裝置，可以確保刀頭的負載在最合適的范圍內，且鉆機在鉆進的過程中可任意調節套管的回轉扭矩、回轉速度、壓入力以及夾緊力等的最高值，并且可以設定發動機的高速、中速和低速，所以可以根據地質和障礙物情況進行高效施工。每沉完一節鋼管，吊裝上另一節鋼管，直至鋼套管底部達到預定標高。

2.2.3 高壓水減摩

減少鉆入鋼套筒時的摩阻力，鉆入鋼套筒時管內插高壓水管液化管內泥土，邊沖邊下沉，以減少鋼套管內側摩阻力。

采用高壓水破壞土體時需嚴格控制水槍插入深度，插入深度小于鋼管插入深度2 m以上，以確保管內底部土塞效應，防止套管外側土體進入管內，引起地面沉降。廢泥漿采用泥漿泵抽出，通過泥漿管路輸送到泥漿池中，初步沉淀后用槽罐車外運。

2.2.4 拔樁

當鋼套管鉆到樁底標高后，將樁頂鋼筋接長到地面并和鎖口管底部焊接牢固，隨后利用全回旋自身頂拔力將連帶樁的鎖口管拔起。圖5為拔樁過程照片。

圖5 拔樁過程照片

在已經埋設的注漿管內不斷注入膨潤土漿液，同時起拔鎖口管，并連帶著樁逐步上拔。當樁拔到一定高度，無法利用鎖口管進行拔樁，同時吊車又無法將樁拎出的時候，將已經拔出的樁切斷，重新焊接鎖口管后拔起。為防止在拔除過程中樁底留出的空隙涌入流沙，給周圍環境帶來影響，在整個拔樁過程中注漿不停止，現場配備泥漿箱作為注漿泥漿循環回收箱，確保膨潤土漿液始終能充填鎖口管的底部空隙。

在拔樁過程中，如起拔力過大，無法將樁拔出，則在鋼套管內可采取繼續用高壓水槍沖刷的方法減摩，直到將樁全部拔除。

2.2.5 樁孔回填

樁孔填充是該工程重要的一個施工環節。樁孔填充質量的好壞將直接影響到周邊土體后期的沉降情況和盾構工程的正常施工。

樁孔回填材料分為兩部分，盾構區間內采用黃砂回填，盾構區以外采用C5細石混凝土回填。樁孔回填材料詳見圖6。

圖6 樁孔回填示意圖

2.3 拔樁注意事項

（1）樁基屬于隱蔽工程，樁體形態存在不確定性，拔樁前需做好預案，對可能遇到的情況提出切實可行的解決方案。

（2）正式拔樁前應進行試拔，以確定機械的正常工作狀態和工作條件。

（3）樁體可整體拔除，也可部分拔除，但必須保證盾構區間暢通。

（4）一旦樁體未拔除足夠深度，可采用靜力分節爆破后下人直接鑿除，如需下人操作需對下側土體進行加固，防止管底涌水。

（5）不被拔除的橋樁與地鐵結構距離很近，如有必要，需對近樁周圍土體進行加固。

（6）按照同類工程的設計施工經驗和有關法規的要求，應在地鐵施工過程中制定專項施工方案，加強監測工作，根據檢測指標的分析判斷結果采用相應的地層加固手段。設計采用自地表跟蹤注漿的加固措施，具體工藝標準和材料配比須待施工條件成熟后，根據現場實際情況結果進行確定。

（7）新橋樁基距離設計隧道結構邊線的距離按不小于1 m控制，保證盾構隧道掘進時可以暢通無阻。

3 施工期間的交通組織

因橋梁拆除修復期間不得中斷地面道路交通，因此需要進行合理的交通導改與組織。

蕭皋碶橋2004年建成，橋跨布置為三跨13 m+18 m+13 m，橋寬68.5 m，為簡支板梁橋。橋梁上部采用預制空心板梁，橋梁下部為蓋梁式橋臺，采用單排Φ80 cm鉆孔灌注樁基礎，樁間距3.7～4.3 m，樁底標高約為-47.2 m，已侵入隧道；蓋梁式橋墩，采用單排Φ100 cm鉆孔灌注樁基礎，樁間距3.7～4.3 m，樁底標高約為-49.3 m，已侵入隧道。圖7為蕭皋碶橋現場照片。

圖7 蕭皋碶橋現場照片

根據盾構位置，蕭皋碶橋中央分隔帶南側橋幅需全部拆除，老橋拆除面積1 620 m2，拆除情況見圖8。

圖8 蕭皋碶橋拆除平面圖

橋梁拆除期間利用保留橋幅做好交通組織工作，根據橋梁情況，橋位處重新劃為7車道，交通組織見圖9。

圖9 蕭皋碶橋拆復期間交通組織圖

4 橋梁設計

4.1 設計指導原則

（1）堅持科學態度，注重實地調查，認真貫徹精心設計、合理布局、切中實際的原則。

（2）方案符合國家相關規范和標準，做到功能適用、技術可行、經濟合理。

（3）老橋拆復后為沿線盾構施工提供安全的施工空間。根據1、2號線拆復橋經驗，新建橋梁樁基與盾構外壁凈距按不小于1 m控制。

（4）減少老橋拆復對周邊道路交通的影響，保證交通不中斷。

（5）減少老橋拆復對周邊居民出行、生活的影響，并減少對周邊已建小區環境的影響。

（6）拆除橋梁處道路縱坡按照與既有道路，特別是交叉口處現有標高接順，以現場實測標高為準進行道路縱斷面設計。

（7）遷移既有橋位處相關管線，遷移管線滿足安全、經濟、便于施工的原則。

（8）工程具備良好的經濟效益、社會效益，全面采用新技術、新材料及新工藝，加強技術創新，提高工程質量和耐久性。

（9）設計方案充分考慮建設進度的要求，便于實施，確保施工方案符合招標工期的要求。

4.2 設計標準

一般軌道交通沿線有多座橋梁需要拆除重建，根據老橋樁基與盾構的相對關系，其中部分橋梁半幅拆除重建，部分橋梁全幅拆除重建。由于各橋梁建造年份不同，因此老梁的設計荷載等級、設計合理使用年限等均有所不同。

根據新建及改建工程設計標準不低于原橋設計標準的原則，并根據現行設計規范，拆除重建部分橋梁按以下標準設計：橋梁設計荷載主干路、次干路橋梁采用城－A級，支路橋梁采用城－B級，人群荷載4.5 kN/m2。

4.3 橋梁重建設計

現狀蕭皋碶橋跨徑布置為三跨13 m+18 m+13 m，橋寬68.5 m，為簡支板梁橋。隧道與南半幅橋梁樁基沖突。盾構隧道與橋梁的相對位置詳見圖10。

圖10 隧道與現狀蕭皋碶橋南半幅橋臺橫斷面關系圖

蕭皋碶橋重建部分跨徑布置13 m+22 m+13 m，橋梁下部蓋梁式墩臺均采用φ120 cm鉆孔樁基礎，橋梁上部13 m跨采用70 c m厚先張法預應力混凝土板梁，22 m跨采用95 c m厚先張法預應力混凝土板梁，蓋梁采用預應力鋼筋混凝土蓋梁。重建橋梁方案詳見圖11。

圖11 蕭皋碶橋南半幅恢復后橋臺橫斷面圖

5 結語

5.1 項目特點

（1）軌道交通的地理位置決定了工程的復雜性，故該工程實施時需由較多部門協調，各部門的相互協調對工程的順利開展有著極為重要的作用。

（2）老橋拆復的進度直接影響到主體結構的開工時間，雖然老橋拆復只是軌道3號線所有工程中的一小部分，但其重要性應引起相關部門的重視。

（3）本次老橋拆復對周邊小區居民日常生活帶來一定影響，故本次設計充分考慮這些因素，進行優化設計。

（4）老橋拆復過程中對寧波市域交通帶來影響，故管線遷移盡量選擇同步進行，避免穿插進行對交通的干擾。

（5）為避免老樁拔除對周圍管線及建筑物產生不良影響，施工前需對相關方案進行充分的論證，施工中應做好相關監測工作。

（6）由于老橋拆復牽涉面較大，故工程實施前需通過各種途徑發布公告，以減少影響。

5.2 關鍵技術問題對策

（1）部分橋梁半幅拆除重建，重建部分與老橋的縱向接縫宜采用可伸縮式，以滿足新、老橋的變形和不協調。

（2）為了避開盾構區間，重建橋梁的蓋梁跨度較大，設計的蓋梁部分采用后張法預應力蓋梁。由于預應力張拉需要操作空間，因此需做好蓋梁施工節段的劃分。

（3）為了避免新老橋梁的不均勻沉降，新建橋梁的樁基持力層盡量與老橋位于同一地層中。

（4）老樁拔除工藝比較復雜，且在拔除過程中不可預計問題較多，按照同類工程的設計施工經驗，應在施工前制定專項施工方案，加強監測工作，根據檢測指標不斷對拔樁工藝進行優化。

（5）各種管線接割需有一個明確的計劃，通過協調，減少對周邊的影響。

（6）電力管線（110 kV）、通訊管線（長途）屬于比較重要的管線，管線遷移前應有一個詳細的遷移計劃，以確保不對其它管線遷移存在影響。