软土地区地铁隧道穿越既有桥梁桩基的施工要点分析

时间：2024-08-31

崔俊平

(中铁十六局集团第一工程有限公司，北京 101300)

1 工程背景

根据地质勘测，国内某地铁项目的盾构区间施工范围内需要穿越原桥桩基，不但会增加地铁隧道本身的施工难度，还必须考虑到隧道穿越施工对既有结构物的影响。由于盾构区间穿越的桥梁坐落于市中心，周边环境复杂，交通流量大，经过多次论证拆桥重建的方案不可行，故穿越时需要对老桥进行托换加固，采用主动托换技术。施工过程为：河道围堰断流→利用旋喷桩形成复合地基加固桥下软土→新建U型结构作为扩大基础→完成U型结构与原有桩基的托换。在完成托换加固后，需对盾构机进行优化改造后再磨桩施工。

2 围堰导流

2.1 围堰施工

2.1.1 围堰设置

按照实际施工条件需要设置两道围堰，分别位于桥梁南北侧。围堰宽度为5 m，高度为4 m，砂袋围堰，砂袋利用砂质粉土填充，并用6 cm×6 m、间距50 cm钢管，6根6 cm钢管纵向对拉，上下两道5 m长6 cm钢管横向对拉，6 m长6 cm钢管斜向支撑共同形成围挡。在U型槽上布设满堂脚手架方便架设导流管，立于底板之上。因砂袋与墙体连接处易受水冲刷，影响整体稳定性，需在围堰四角采用3 m×3 m护角防渗处理措施。利用防渗土回填，外侧使用密布排布的钢管对其加固。

2.1.2 围堰施工工序

(1)施工准备。施工准备就是所有材料及施工设备的准备情况，保证材料充足，设备状况良好，另外测量放样准确。

(2)基础清理。在铺设织袋前为了确保整体平整度在要求范围内，需将基底杂物清理干净，人工配合机械整平地面。

(3)铺设土工材料。一般在陆地上完成搭接后再下水安装，在岸边设置搁架，人工通过二根麻绳牵引至水中，然后用丁字木棍将土工材料逐段沉入水中，缓慢沉入湖底，确保压重土袋在土工膜的底角位置的正确。

(4)土工织物袋布设及吹填施工。土工织物袋沿轴线垂直铺设，预留合适的收缩量。

2.2 导流施工

(1)采用7根PE实壁管DN800作为导流管，采用热熔方式连接。导流管下方需安放脚手片来保持状态稳定。为避免水流冲刷，用防渗土填满导流管与围堰上下吹沙袋间的空隙。

(2)在现有桥梁北侧有大流量出水口两个，常年有周边排水汇入，为了施工现场抽排水顺畅，需在河道下游位置设置临时泵站。计划采用4台立式轴流泵500ZLB-250，基础施工完毕后进行安装。

(3)待盾构机第一次前行通过原桥结构后，需人工将围堰内压在导流管上的吹砂袋拆除并外运，这样河道水流会顺畅通过导流管，自然漫过围堰过水，保证河水水质。在盾构机第二次推进凤起桥前，在位于围堰内导流管上重新设置压重层吹沙袋，以保证盾构时围堰稳定。在此期间，技术人员需细致观察，做好围堰的日常维护工作。

3 托换加固

为尽可能避免对既有桥梁的影响，需要保留原桥桥台，利用新建“U”型基础与原桥台共同承受作用。另外为了达到承载力要求，桥下土体需利用高压旋喷桩共同作用形成复合型地基。

3.1 高压旋喷桩施工

(1)钻孔。钻孔设备需平稳安装并准确就位，立轴与孔位偏差小于5 cm。成孔时选用冲击、旋转或水射流成孔，终孔时垂直度满足要求，且孔内干净无杂物，保障注浆管能顺利达到设计要求位置。

(2)旋喷作业。操作前需严格检查高压设备的压力及管路系统的密闭性。过程中压力最好保持在0.5 MPa，宜采取带浆或水插管，避免喷嘴堵塞。一旦喷射管达到要求位置时，应马上输送所用浆液。在作业中，技术人员需对注浆管转速、提升速度、水、浆、气压力及流量等工作情况进行观测并详细记录。若发现异常情况应停止操作并立即采取相应措施调整。

为避免出现固结体脱节的现象，一要保证注浆管拆卸速度要快，二要保证两次旋喷间上下搭接长度大于30 cm。在施工中注意观察孔内返浆量，通常状态下返浆量≤20%注浆量时判定为正常现象，而当完全不返浆或返浆量超过20%注浆量时，认定工作状态异常，这时应暂停注浆操作，分析原因，待问题解决后再继续施工。

(3)接近桥桩处施工。为防止与原桥桩间出现间隙，一般通过浆液中加入微膨胀性材料的方式来填充间隙。同时防止旋喷施工时注浆压力大，原桥桩一定距离内不能采用旋喷注浆，宜采用袖阀管补充注浆。

3.2 下部“U”型结构施工

下部结构与原桥台间的新旧混凝土间通过凿毛与植筋的方法结合良好。

3.2.1 界面凿毛

对原桥台需要凿毛的位置准确放样后设置企口，一般竖向10 cm,深2 cm。凿毛后需用水将桩体清洗干净。为了新旧混凝土间结合更好，最好在新砼浇筑前刷一层环氧树脂乳液水泥浆作为一种界面处理介质。

3.2.2 植筋施工

(1)材料要求：植筋采用Φ25 mm钢筋，质量应符合现行国家标准要求；用于植筋的胶采用有机A级胶，并符合现行行业相关要求。

(2)环境要求：作业时，材料表面温度需大于15 ℃，孔内表层含水率满足胶粘要求；植筋操作不许在大风、雨雪的露天里施工。

(3)施工工序：①首先对设计要求位置放样，准确定位，测量人员复核无误后进行操作；②钻孔机具一般采用电动冲击钻，调整其孔径为3 cm，钻孔深度允许偏差5 mm，垂直度允许偏差±1%，钻孔位置允许偏差±3 mm，钻孔需间隔操作，钻孔中一旦碰到原钢筋应马上停止施工，移动后继续作业；③注胶采用专用的注胶桶或送胶棒，从孔底向上均匀、缓慢操作，注胶量标准以钢筋植入后略有胶液被挤出为宜。

(4)注意事项：①植筋所用钢筋表面干净无铁锈及污渍；②作好钢筋要植入深度的标识；③锚孔处于干燥状态，无浮灰、无杂物，孔壁清洗干净；④注胶前慢慢挤出筒内胶体，待出胶均匀后方可入孔，过程中应注意排除孔内空气。

4 盾构机改造

4.1 刀具改进

磨桩不仅对桩体本身混凝土的切割，还需对混凝土内的钢筋切割，这就需要刀具具有足够的刚度、硬度来切割砼，还必须有足够的切削能力来集中切断钢筋。切割盾构机原刀盘对于素混凝土桩的切割操作是可行的，但对于钢筋混凝土桩身无法切割成功，这就需要对原刀具进行优化改进。

(1)现行刀改造。盾构机原刀盘原为软土刀盘设计，为适应磨桩施工将先行刀采用贝壳刀。贝壳刀虽然不锋利，但因其粗壮特性具有较强的抗折和抗冲击能力，能较好地磨削钢筋混凝桩。

(2)齿刀改造。原齿刀宽度为10 cm，是轻型齿刀，其抗冲击能力较差，较易掉落。改造后的齿刀宽度25 cm，是重型齿刀，在冲击状态下比较牢固。

4.2 螺旋机改造

螺旋机采取两种改进措施：一是通过改良螺旋机叶片的耐磨层、螺旋机套筒内壁的厚度，缩小距离，尽可能避免被切下来的钢筋卡在间隙的情况发生；二是通过优化螺旋机前闸门功能，保证机械密闭性。

4.3 低速泵系统

为了避免速度过快或过慢对结构本身产生不良影响，根据实际情况增加一台小流量低速推进泵，确保盾构机在切削桩基过程中能保持低速、平稳前行。

5 磨桩施工

5.1 磨桩施工工艺

(1)盾构施工参数。盾构机在穿越原桥桩时需执行设定参数包括土压力和前进速度等，最大程度避免桩基产生位移。盾构机施工到原桩基附近区域范围内，应减速缓缓前进，速度最好控制在1 cm/min内；另外需向刀盘添加适量润滑剂来保证土体顺利出土，这样能避免前面土体形成泥饼。

盾构切削桩基遵循慢推速、中转速、保土压、注惰浆、控姿态的原则。

(1)慢推速。结合本工程实际情况，参照以往施工经验，速度适宜控制在1～3 mm/min，推力和扭矩控制在13 000～18 000 kN和2 500～3 500 kN·m间最佳。

(2)中转速。兼顾盾构推力扭矩及对桩基产生冲击的影响，在推速一定的情况下，应合理设置转速。

(3)保土压。因桥桩和墩台的承载力主要依靠周边土体的支持，而在切桩过程中会对周围土体产生扰动，甚至会发生过量沉降和变形，为了防止这种现象发生，切桩时可通过“闷推”在一定程度上提高土舱压力。

(4)注惰浆。盾构成功切桩后，被切断的上部残桩依旧存在，只是作用于壁后注浆的浆液中，为防止其继续下沉对管片衬砌产生集中荷载，选择新型浆液“准厚浆”，“准厚浆”综合性能较好，总体上偏惰性，可基本避免堵管，但仍能控制沉降。压浆时技术人员应准确记录压入位置、压入量、压力值等参数，并根据地层变形监测信息及时调整，保证施工质量良好。