深圳地鐵7號線彩虹橋樁基托換施工技術

王文通， 張 超， 陳壽根

(1. 深圳市市政設計研究院有限公司，廣東深圳 518001； 2. 西南交通大學土木工程學院，四川成都 610031)

深圳地鐵7號線彩虹橋樁基托換施工技術

王文通1， 張 超2， 陳壽根2

(1. 深圳市市政設計研究院有限公司，廣東深圳 518001； 2. 西南交通大學土木工程學院，四川成都 610031)

城市地鐵建設方興未艾，地鐵下穿既有建筑物的情況日益增多。文章簡要介紹基礎托換概念，并以深圳地鐵7號線筍洪盾構區間隧道下穿彩虹橋樁基托換工程為例，著重介紹了橋樁托換施工工藝和施工流程，為類似工程施工提供參考。

地鐵盾構； 下穿橋梁； 樁基托換； 施工技術

托換技術或基礎托換是指解決對原有建筑物的地基需要處理和基礎需要加固或解決對既有建筑物基礎下修建地下工程，其中包括隧道要穿越既有建筑物，以及鄰近需要建造新工程而影響到既有建筑物的安全等問題的技術總稱[1]。樁基托換技術是技術難度大、費用較高、工期較長、風險性較強的一種特殊施工方法，具有涉及專業類別多、科技含量高、環境安全保護問題突出等特點[2-4]。本文依托深圳地鐵7號線樁基托換工程，介紹了施工過程中應用的樁基托換技術，以期為將來類似工程施工提供參考。

1 工程概況

深圳地鐵7號線筍崗站—洪湖站區間隧道工程從筍崗站出站沿梅園路東行，線路首先穿越彩虹橋引橋樁基，然后線路繼續東行依次橫穿鐵路北站站場、洪湖西路、布吉河和洪湖，最后到達洪湖站。線路沿彩虹橋施工在DK27+130～DK27+240從彩虹橋西側引橋下穿過，受其影響，彩虹橋引橋有2處橋臺，6處橋承臺，共計16根樁基需托換，彩虹橋左右兩副橋在托換處均為3跨聯系梁結構，橋柱至周邊建筑物最小間距為6 m。 按墩臺位置，本工程分為0#、1#、2#、3#基坑分別進行樁基托換施工。以1#托換基坑為例，其平面如圖1所示。

圖1 1#托換基坑平面

2 工程重難點

本工程重難點主要包括以下幾方面：周邊建筑密集，且為居民房，需嚴密監控其變形，同時做好施工降噪措施；被托換樁位于彩虹橋西引橋處，凈空很低，如何在如此低的凈空條件下順利進行施工是本工程一大難點；主托換梁截面尺寸為2.5 m×2.5 m，次托換梁截面尺寸為2.5 m×2.0 m，梁長9～13 m，混凝土體積較大，降溫和養護工作也是一大難點。

3 樁基托換施工技術

為有效控制托換施工造成的沉降，本工程采用主動托換方式進行樁基托換施工。主動托換施工原理：在托換大梁與托換樁帽節點位置安裝千斤頂實施加載，使托換樁的大部分沉降通過千斤頂預壓來完成，消除托換樁沉降變形對托換體系的不利影響，檢驗托換體系的承載能力，通過千斤頂分級加載使橋梁上部結構的荷載完全轉換到新建托換樁上，完成整個體系轉換的目的[5]。

3.1 施工工藝流程

本工程主要施工步驟為：圍護結構及托換樁→開挖托換基坑→施作托換樁樁帽→被托換樁界面處理、植筋→施作托換梁→預頂→澆注托換樁和托換梁之間的微膨脹混凝土→基坑回填。總體施工工藝流程如圖2所示。

圖2 總體施工工藝流程

3.2 施工準備及監測

(1)施工前根據相關資料完成場地內各類管線改遷工作，并設計合理的樁基托換設計、施工方案，針對可能面臨的問題設置應急預案，根據工程需要，進行施工機具和人員配置。

(2)本工程監測包括兩方面：一是基坑圍護及開挖施工階段的監測，包括地層及支護情況巡視、圍護樁頂沉降及位移監測、支撐軸力監測、周邊建筑沉降及傾斜監測、地下水位監測、坑底回彈等。二是樁基托換全過程及盾構隧道掘進階段對托換結構影響的監測，主要包括對附近建筑物、橋梁、路面和地下管線監測；托換梁裂縫及變形的監測；對托換樁樁頂沉降的監測等。

3.3 基坑圍護結構及托換樁施工

本工程圍護結構采用φ800鉆孔灌注樁+φ600樁間旋噴止水形式，樁頂設置冠梁。托換樁采用φ1200鉆孔灌注樁(0#基坑)及φ1500鉆孔灌注樁(1～3#基坑)。受場地條件及橋下凈空高度影響，各基坑圍護結構鉆孔樁及托換樁均采用沖擊鉆機成孔，投入兩臺沖擊鉆機，施工前先將沖擊鉆機改裝至4.5 m高以滿足橋下施工高度要求，進行托換樁及圍護樁成孔作業。采用經改裝后的沖擊鉆機沖擊成孔，鋼筋籠分節吊裝，水下混凝土灌注成樁，其中0#基坑樁基受場地條件限制，需投入一臺混凝土輸送泵進行樁基混凝土灌注。圍護樁施工完畢后進行樁間旋噴作業，投入一臺雙重管旋噴鉆機作業，最后分段進行樁頂冠梁施工。

3.4 冠梁及混凝土支撐施工

圍護樁頂設置鋼筋混凝土冠梁，將圍護樁連接為整體，其截面尺寸為800 mm×800 mm。1#～3#基坑設置一道混凝土支撐，支撐截面尺寸600 mm×800 mm。冠梁及混凝土支撐均采用C30商品混凝土。

0#基坑兩側冠梁較短(8 m)，冠梁混凝土整體一次性澆筑；1#～3#基坑冠梁及混凝土支撐分段澆筑。采用木模板，鋼筋現場綁扎，混凝土采用商品混凝土，泵送或溜槽入模，插入式振搗器振搗密實。

3.5 基坑開挖及支護

0#基坑平面尺寸8.4 m×20 m，基坑開挖深度2.5～2.9 m；1#、2#基坑平面尺寸14.87 m×15.47 m，基坑開挖深度4.8 m～5.5 m，3#基坑平面尺寸18.06 m×15.46 m，基坑平均開挖深度5.7 m；托換樁樁帽小基坑均由各基坑底再向下開挖2.0 m(圖3)。

圖3 基坑開挖示意

受場地條件限制，0#基坑托換樁施工前需先進行基坑降坡開挖，開挖至基坑設計底面位置，開挖深度2.5～2.9 m，邊坡采用7 cm厚網噴混凝土+φ42注漿錨管支護形式。1#～3#基坑開挖深度4.8～6 m，采用分層分塊開挖，開挖過程中及時進行樁間噴混凝土防護。

3.6 托換樁樁帽施工

各托換樁樁頂均設置一個樁帽：0#基坑共4個托換樁樁帽，截面尺寸2.2 m×2.2 m×1.5 m；1#～3#基坑各4個托換樁樁帽，截面尺寸2.5 m×2.5 m×1.5 m。樁帽與托換樁的連接通過樁頂預埋連接筋實現。樁帽具體施工流程為：破除托換新樁頭的混凝土→澆筑墊層混凝土→樁帽鋼筋制安→樁帽模板制安→澆筑樁帽混凝土→混凝土養護。

為保證托換體系加載過程中樁帽和梁底的混凝土不被壓碎，同時考慮頂壓施工的操作空間及穩定性，在樁頂設置預頂樁帽并在樁帽頂和托換梁底設置鋼墊板(圖4)。每個樁帽頂預埋6塊350 mm×350 mm×20 mm鋼板及3塊500 mm×500 mm×20 mm鋼板。

圖4 樁帽頂鋼墊板預埋件(單位:mm)

3.7 原橋墩連接部位施工

托換梁和被托換樁之間通過咬合、界面處理和植筋連接，即在托換梁梁高范圍內，把原樁表面鑿毛，鑿出25 mm(深)×200 mm(寬)的企口，并刷界面劑進行界面處理；沿被托換樁周圍間距35 cm按照梅花形交錯布置，使用沖擊電鉆鉆孔并植筋，鋼筋和樁之間的縫隙用錨固膠充填。企口及植筋構造如圖5所示。

圖5 植筋及企口構造

同時所有橋墩或橋基增設環型梁，環型梁鋼筋布置為內、外2層，環形筋采用φ20@200 mm布置，內、外層間距250 mm。環形梁沿外側環形筋均勻布置φ20@200 mm豎向鋼筋。環形鋼筋安裝圖如圖6所示。

圖6 環形鋼筋安裝示意

3.8 托換梁施工

托換梁施工之前，首先在托換樁樁帽安裝3個安全自鎖裝置及3根鋼支撐，支撐鋼管采用φ203×10無縫鋼管加工制作，再用含水細砂夯實回填，并用擠塑泡沫覆蓋砂面，防止澆筑混凝土時水泥漿滲入砂層，上部再安裝模板。采用C15混凝土，澆筑厚度10 cm墊層，并于墊層頂面安裝鋼墊板。按設計綁扎托換梁鋼筋網架，支模澆筑。由于本工程托換梁高均大于1 m，屬于大體積混凝土，需嚴格做好養護工作防止其開裂，同時在內部埋設散熱管作為溫度控制措施，其布置如圖7所示。

圖7 托換梁散熱管布置(單位:mm)

3.9 頂升施工

本工程分兩次進行頂升施工。清除樁帽連接部位及頂升操作空間的砂體，在每個樁帽的三處預埋鋼板上分別布置3個自鎖千斤頂，并安裝相應監控設備。在托換梁強度達到設計要求后開始頂升，預頂采取分級加載原則，共分10級加載，每級荷載增量為千斤頂加載上限值的10 %，每級加載需保持10 min，等結構穩定后方可加次級荷載，被托換梁的上抬量不能大于1 mm。頂升過程中發現墩柱有上抬趨勢時，為頂升臨界點應停止頂升。在第一次頂升后約30 min后進行第二次頂升，通過第二次頂升對第一次預頂的數據進行復核與分析，當二次頂升數據變化在第一次預頂數據的15 %之內時即可進行下一步施工工序。

3.10 樁帽與托換梁連接體施工

確保安全裝置及鋼支撐安全可靠后拆除千斤頂。千斤頂拆除后進行連接體鋼筋施工，連接體預埋鋼筋采用冷擠壓套筒連接法或綁條焊接法連接，主筋外增設鋼筋網，從內至外依次施工。立模，并利用托換梁中預留的3根φ168 mm鋼管孔道澆搗混凝土。在連接體混凝土養護7d后，在連接體上部周圍打V型槽埋注漿咀，注入改性環氧樹脂。

3.11 截樁

在完成頂升、全面觀測變形穩定后，進行鎖定，封好連接部位混凝土，待混凝土強度達到設計強度值后，開始切斷被托換的舊樁。截樁采用人工截除，由外及內層層剝離的施工方法。截樁時應分批跳開進行，斷樁位置在托換梁底約500 mm處，先用風鎬沿樁周邊鑿出一條深100 mm、寬200 mm的斷口，在此過程中舊樁鋼筋不切斷，同時觀察各個觀測點的沉降變化情況。用風鎬繼續開斷口，直至把原樁混凝土全部鑿除后再斷樁身鋼筋。

3.12 基坑回填

基坑作為樁基托換的輔助工程，托換樁施工完成后應予以回填，消除隱患。回填采用砂石回填，使用前取樣測定其最大干容重和最佳含水量。回填堅持分段、分層回填，要求回填密實，不留空隙，必要時要注漿加固填充，防止以后上面地層出現下沉變形。壓實度要求大于90 %，對于回填困難處，采用壓注微膨脹水泥漿液回填。

4 結束語

城市地鐵建設方興未艾，地鐵工程下穿城市原有建(構)筑物的情況不可避免，基礎托換工程必不可少，特別是對于重要建(構)筑物深基礎(主要為樁基礎)的托換工程成為地鐵施工中的一項重要環節。合理的設計方案、施工方法、施工組織管理以及有效的監控量測是保證施工質量、施工安全并確保相關建(構)筑物不產生影響其安全使用的位移和傾斜等的關鍵。深圳地鐵7號線下穿彩虹橋樁基托換工程的順利實施，為地鐵盾構隧道下穿既有橋梁樁基托換施工積累了寶貴的經驗。

[1] 葉書麟，汪益基，涂光祉, 等.基礎托換技術[M].北京：中國鐵道出版社，1991.

[2] 卜建清，孫寧，柯在田.樁基主動托換技術進展[J].鐵道建筑，2009(4):73.

[3] 彭芳樂，孫德新，袁大軍, 等.地下托換技術[J].巖土工程界, 2003，12(6):38.

[4] 謝婉麗，張林洪，阮莉.地基處理中的托換技術及應用[J].昆明理工大學學報，2001，26(2):77.

[5] 祝春生.明挖隧道下穿既有橋梁樁基托換施工技術[J].鐵道建筑技術,2013(7):79.

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[定稿日期]2017-04-14