盾構下穿高強預應力管樁基施工技術

趙 勇，周學彬，彭祖民，喻 偉，李宏波ZHAO Yong, ZHOU Xue-bin, PENG Zu-min, YU Wei, LI Hong-bo

（1.中鐵南方投資集團有限公司 廣東 深圳 518000；2.盾構及掘進技術國家重點實驗室，河南 鄭州 450001）

隨著我國城市軌道交通事業的快速發展，大量的城市地鐵線路正在被規劃和建設。地鐵線路地處繁華密集城市建筑群，受地表和地下建構筑物影響很大[1～3]。目前，地鐵隧道線路下穿建（構）筑物并與其樁基相遇的情況越來越普遍。當建（構）筑物樁基侵入隧道開挖斷面時，一種解決方法是在線路規劃之初進行合理調整避開樁基位置，另外一種解決方法是采用合理保護措施直接破除樁基或進行樁基托換處理。實際實施過程中由于部分地下樁基資料缺失，導致樁基信息不能提前探明，一旦隧道開挖遇到樁基時，在保護地面建筑物的前提下，必須選用合理手段對樁基進行破除[4～8]。本文依托深圳軌道交通14號線盾構穿越高強預應力管樁案例，提供了一種地面建筑物梁系受力轉換方案及應對預應力管樁的處理技術流程，保障了盾構施工及地面建筑物的安全，可為后續類似工程提供借鑒和參考。

1 工程概況

深圳軌道交通14號線在地鐵四期5條線中線路最長、投資最大，標準最高，是深圳市“七放射、一半環”市域快線網絡中東部首條線路。線路起自福田中心區崗廈北樞紐，經羅湖區、龍崗區，止至坪山區沙田站。線路在下穿福昌電子科技廠房時，由于廠房樁基較長，樁基侵入隧道開挖斷面，樁基與區間隧道位置沖突，導致盾構下穿侵限樁基工程風險高。為了保障盾構下穿地面建筑物的安全，經過現場勘測，福昌電子科技廠房主體為框架結構，主廠區為1層，凈高7.92m，局部2層，第一層凈高3.87m。廠房共32根結構柱，其中16根平面上與隧道區間沖突，柱下為長2.4m×寬1.0m×高1.4m承臺，承臺下有2根直徑400mm預應力混凝土管樁，樁身配?9mm螺旋槽鋼棒。該處隧頂埋深為17.85～19.36m，樁長為22.1～38.2m，均侵入隧道，樁基探挖情況如圖1所示。

圖1 樁基探挖情況

2 工程難點及應對方案

國內地鐵隧道施工過程中，雖然有盾構直接切削樁基的工程案例，但這些盾構切削的樁基主要為鋼筋混凝土樁基。本項目的樁基經前期探挖發現侵入隧道開挖斷面的樁為高強預應力管樁。由于盾構刀盤無法有效切削高強預應力管樁，因此盾構法隧道施工面臨高強預應力管樁一直是業界關注的工程難點。在不拆除廠房的前提下，如何保障盾構順利通過是本工程的重難點，實施過程中通過對廠房結構柱受力體系進行轉換，然后對侵入隧道開挖面的預應力管樁進行拔除，最大程度降低了工程風險，保障了盾構的順利通過，總體技術流程如圖2所示。

3 支撐托換及拆除技術

在廠房結構支撐托換及力學體系轉換前，根據結構、梁柱受力及現場作業條件進行區域劃分。區域及樁基劃分情況如圖3所示。總體上分為3個施工區域，區域一為隧道區間右線下穿廠房主廠區范圍，涉及到3根中柱，1根邊柱，共8根管樁，如A1～A4所示。區域二為廠房2層區域，涉及到隧道區間右線4根結構柱共7根管樁，左線5根結構柱共8根管樁，如B1～B8所示。區域三為隧道區間左線下穿廠房主廠區范圍，涉及到4根邊柱共8根管樁。如C1～C4所示。

圖3 樁基區域劃分平面圖

3.1 區域一支撐托換

區域一中柱采用4根立柱組成的支撐架托換，鋼管柱固定在廠房設備基礎上，高低鋼梁分別承托既有連系梁與屋面梁。自梁底以下50cm處切斷中柱，如圖4所示，破除切口以下中柱，鑿出切口以上中柱主筋，中柱支撐體系與受力轉換布置圖如圖5所示。

圖4 中柱與梁示意圖

圖5 中柱支撐體系布置圖

邊柱采用4根立柱組成支撐架托換，安裝支撐前拆除2層梁以下墻體及1層梁，保留2層梁及以上墻體。采用4根立柱組成的支撐架承托廠房2層系梁托換邊柱，廠房內外各2根，需施作承臺基礎，中柱支撐體系與受力轉換布置圖如圖6所示。

3.2 區域二支撐托換

圖6 邊柱支撐體系布置圖

區域二在支撐托換過程中重點考慮底板梁托換，通過直徑為609的鋼管柱支撐2層底板梁托換結構柱，如圖7、圖8所示。

圖7 區域二支撐平面圖

圖8 廠房二層區域梁

3.3 區域三支撐托換

區域三支撐體系與區域一邊柱類似，安裝支撐前拆除2層梁以下墻體及1層梁，保留2層梁及以上墻體。采用4根立柱組成的支撐架承托廠房2層系梁托換邊柱，2根鋼管柱設置在廠房外，需施作承臺基礎，2根鋼管柱設置在廠房內，根據實際場地情況施作基礎。區域三支撐體系布置圖如圖9所示。

4 管樁拆除技術流程

1）樁長檢測 支撐體系安裝完成后破除托換結構柱及承臺，揭露管樁后將鉆機移至樁芯位置下鉆，鉆至樁靴后停止，通過鉆桿長度測量樁基長度，樁基剝離時沖孔至樁底以下1m位置。

圖9 區域三支撐體系布置圖

2）下入錨索 測量樁長后拔出鉆桿，用高壓水洗出管樁內泥土、雜質，下入錨索至樁靴。樁芯內從下往上注入雙液漿，填充管樁內空腔，雙液漿凝固后握裹錨索，拔樁時如發生斷樁，可通過錨索提升管樁，重新進行拔樁作業。

3）沖孔施工 拔樁前需減小管樁周圍土體產生的摩阻力，即對管樁周圍土體進行有效的破壞。定制內徑600mm重型軌道鋼籠式沖擊錘，利用沖擊鉆沖擊成孔將管樁周圍土體破壞，使管樁與地層剝離。如圖10所示。2根鋼管柱設置在廠房內，根據實際場地情況施作基礎。其中邊柱A-7考慮沖擊鉆設備站位，分別在梁下設置2個單柱。

圖10 沖擊成孔示意圖

4）樁基拔除 沖擊成孔至設計深度后，把鋼絲繩纏繞在管樁上部，采用葫蘆提升管樁。根據樁長檢測結果，最長樁基長度為38m，樁基自重約9t，沖孔后樁身與地層分離，地層摩阻力減小，采用2個10t葫蘆可滿足拔樁要求。管樁每提升一段，對拔出部分進行破除，直至整樁全部拔出。拔樁過程中如發生斷樁，通過連接錨固鋼筋的鋼絲繩提升斷樁，提升至地面后重新纏繞斷樁，恢復拔樁作業?，F場準備實心沖擊鉆鉆頭，管樁掉落無法撈出時采用沖擊鉆破碎斷樁。

5）樁孔回填 樁基拔除后樁孔內下入導管，水下澆筑低標號混凝土回填樁孔，防止盾構推進時出現土倉泄壓導致沉降異常。

6）擴大基礎承臺加固 樁孔回填混凝土終凝后挖掘機清理原樁位地基表層浮土，小型機具配合挖掘機夯實地基，澆筑10cm厚素混凝土墊層，新建廠房基礎承臺，尺寸為3m×3m×1m。承臺外埋設雙排袖閥管，對承臺下5m范圍內土體注漿加固，提升地基承載力。

5 結語

通過本文提出的技術處理方案，盾構已經順利通過該風險區域，針對這種預應力管樁侵入隧道開挖面的情況，通過對地面建筑物梁系受力體系轉換，底部樁基處理拔出預應力管樁的思路，不僅減少了對地面建筑物的影響，而且保障了盾構隧道施工的安全性，為后續類似盾構下穿樁基處理提供參考。