地鐵盾構(gòu)法隧道穿越既有橋梁樁基處理技術(shù)

地鐵盾構(gòu)法隧道穿越既有橋梁樁基處理技術(shù)

0地鐵線(xiàn)路樁基測(cè)量處理研究在現(xiàn)代城市建設(shè)中，地下空間的開(kāi)發(fā)利用已成為重要組成部分。我國(guó)自1965年始建北京地鐵后,國(guó)內(nèi)很多城市已在規(guī)劃發(fā)展地鐵,用以緩解地面交通壓力,上海、廣州和深圳等各大城市先后修建地鐵,長(zhǎng)沙、武漢和南昌等城市也在籌備和實(shí)驗(yàn)之中?？梢灶A(yù)見(jiàn),越來(lái)越多的城市地下交通將規(guī)劃和建設(shè)。地鐵線(xiàn)路規(guī)劃基本處于城市人口居住和商業(yè)密集區(qū)域,不可避免地會(huì)出現(xiàn)諸如穿越既有線(xiàn)、建筑物以及市政地下構(gòu)筑物等復(fù)雜環(huán)境。隨之而來(lái)的在復(fù)雜環(huán)境下修建地鐵對(duì)既有建(構(gòu))筑物的影響成為不可回避的重要課題。地鐵線(xiàn)路不可避免地要下穿一些建構(gòu)筑物,從而導(dǎo)致建構(gòu)筑物的樁基侵入隧道,需要對(duì)其進(jìn)行處理,盾構(gòu)才能安全通過(guò)。目前有關(guān)樁基處理的文獻(xiàn)已有很多,其中:文獻(xiàn)介紹了廣州地鐵五號(hào)線(xiàn)下穿五羊邨過(guò)街樓洞內(nèi)樁梁式托換法施工技術(shù);文獻(xiàn)研究了擴(kuò)大板式基礎(chǔ)托換及除樁施工方法;文獻(xiàn)介紹了成都地鐵二號(hào)線(xiàn)下穿東門(mén)大橋樁基采用托臺(tái)換樁法對(duì)侵入隧道樁基進(jìn)行托換處理的施工方法;文獻(xiàn)介紹了主動(dòng)托換洞內(nèi)截樁的施工技術(shù);文獻(xiàn)闡述了洞內(nèi)樁梁式托換在設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中的關(guān)鍵工序和工程措施。而本文論述則針對(duì)盾構(gòu)區(qū)間隧道下穿既有橋梁段采用的礦山法,利用隧道二次襯砌環(huán)梁承擔(dān)被托換樁基的荷載,結(jié)構(gòu)處理難度大,工程施工具有較大的風(fēng)險(xiǎn)。1項(xiàng)目總結(jié)1.1橋樁基材料通行難度在珠江三角洲城際快速軌道交通廣佛線(xiàn)沙涌站至沙園站盾構(gòu)區(qū)間隧道的施工中,左線(xiàn)隧道出沙涌站17m后隨即下穿芳村大道沙涌橋,并先后有9根沙涌橋樁基侵入隧道,需要進(jìn)行處理。由于芳村大道為廣州市主要交通干道之一,交通繁忙且地位重要,不允許地面交通受到影響。同時(shí),周邊居民住宅小區(qū)密集,施工空間有限,工程風(fēng)險(xiǎn)較高,難度較大。為了保證盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中沙涌橋的功能得到正常發(fā)揮,避免影響地面交通及對(duì)地下管線(xiàn)造成破壞,并去除影響盾構(gòu)向前推進(jìn)的障礙物,本工程考慮采取在洞內(nèi)對(duì)既有橋梁樁基進(jìn)行處理的方法,社會(huì)影響小、施工周期短,可降低造價(jià)并達(dá)到優(yōu)質(zhì)工程的目的。1.2工程及傭金礦床1.2.1基巖及工巖地層沙涌站至沙園站盾構(gòu)區(qū)間下穿沙涌橋段礦山法隧道位于沙涌河及沙涌橋下方位置,河涌常年平均水位深度約2m,水面距地面高差約3m。在地貌單元上屬珠江三角河網(wǎng)交錯(cuò)的海陸沖積平原區(qū),微地貌上屬于河岸坡堤。本區(qū)間地層主要由白堊系地層及新生界的第四系地層組成,按時(shí)代和地層層序由新至老分別為:第四系(Q)包括全新統(tǒng)(Q4)及殘積土層,缺失中更新統(tǒng)和下更新統(tǒng);全新統(tǒng)包括人工填土(Q4ml)、全新世海陸交互相沉積層(Q4mc)、上更新統(tǒng)沖積—洪積砂層、土層(Q3al+pl)?；鶐r為白堊系上統(tǒng)大朗山組黃花崗段(K2d2a)地層上部是紫紅色鈣質(zhì)泥巖和紅色細(xì)砂巖,富含微體古生物化石,夾薄層石膏;下部是暗紅色鈣質(zhì)粉砂巖夾薄層礫巖、砂礫巖。白堊系上統(tǒng)西濠段(K2S2b)由褐紅色泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖為主,夾薄層含礫粗砂巖及砂礫巖。根據(jù)本次勘察成果,黃花崗段(K2S2b)與西濠段(K2S2b)二段地層的界線(xiàn)約在里程ZDK23+890。屬內(nèi)陸湖相為主的礫、砂泥質(zhì)巖建造。本區(qū)間土、巖層從上到下主要有:〈1〉人工填土層;〈2-1A〉為海陸交互沉積的淤泥層;〈2-2〉粉細(xì)砂層;〈4-1〉沖洪積粉質(zhì)黏土(或粉土)層;〈5-2〉殘積硬塑狀粉質(zhì)黏土層;〈6〉褐紅色泥質(zhì)粉砂巖全風(fēng)化帶;〈7〉褐紅色泥質(zhì)粉砂巖、砂巖強(qiáng)風(fēng)化帶;〈8〉褐紅色泥質(zhì)粉砂巖、砂巖中風(fēng)化帶;〈9〉褐紅色泥質(zhì)粉砂巖、砂巖、砂礫巖微風(fēng)化帶。洞身主要位于〈7〉強(qiáng)風(fēng)化帶;〈8〉中風(fēng)化帶,局部位于〈9〉微風(fēng)化帶。各巖土分層及其特征如下:端頭隧道拱頂以上主要由〈1〉人工填土層、〈2-1B〉淤泥質(zhì)土、〈2-3〉中粗砂層、〈5-1〉可塑狀粉質(zhì)黏土層、〈6〉全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖層、〈7〉強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖層及〈8〉中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖層構(gòu)成。地質(zhì)剖面圖見(jiàn)圖1。1.2.2微承壓水裂隙發(fā)育的宏觀(guān)特征區(qū)間內(nèi)地下水的類(lèi)型按其賦存方式可分為第四系松散層孔隙潛水和白堊系碎屑巖層狀(K2d2a、K2S2b)基巖裂隙微承壓水,其中隧道開(kāi)挖范圍及其周邊的地下水類(lèi)型為基巖裂隙微承壓水,其主要特征分述如下:主要分布在風(fēng)化裂隙發(fā)育的巖石強(qiáng)風(fēng)化帶〈7〉和中風(fēng)化帶〈8〉,為承壓型或微承壓型裂隙含水層。地下水埋深隨基巖面起伏而不同,由于巖性及裂隙發(fā)育程度的差異,其富水程度與滲透性也不盡相同,其滲透性受基巖裂隙發(fā)育程度影響,具有一定的隨機(jī)性,局部裂隙發(fā)育,裂隙連通性較好,滲透性較強(qiáng),致使地下水的滲透性在空間分布上的差異較大。巖性為泥質(zhì)粉砂巖的主要以泥巖為主,裂隙多為泥質(zhì)充填,滲透性較弱,富水性不強(qiáng)。巖性主為砂巖、砂礫巖,巖質(zhì)較硬,局部地下水的滲透性較強(qiáng)。2隧道開(kāi)挖與施工沙涌站至沙園站盾構(gòu)區(qū)間左線(xiàn)隧道出沙涌站17m后采用礦山法開(kāi)挖,礦山法完成并對(duì)侵入隧道樁基進(jìn)行處理后,采用盾構(gòu)空推、拼裝管片最終完成本段隧道施工?？傮w施工方案示意圖如圖2。3沙涌橋樁基托換與基礎(chǔ)分離的必要性樁基托換是采用新增加基礎(chǔ)工程的方法,對(duì)既有的建構(gòu)筑物某一部位的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)進(jìn)行部分或者完全替換,并與原有基礎(chǔ)共同承擔(dān)上部荷載,以取得預(yù)期的沉降和沉降差控制效果。沙涌橋樁基采用洞內(nèi)樁基托換,其施工貫穿于隧道施工的整個(gè)過(guò)程中。施工內(nèi)容主要包括:隧道開(kāi)挖過(guò)程中樁底基巖的預(yù)留處理,隧道二次襯砌施工過(guò)程中橋樁與二次襯砌的連接處理,隧道施工完成后洞內(nèi)橋樁的截除。3.1橋樁與隧道平面位置關(guān)系下穿沙涌橋段礦山法隧道施工范圍內(nèi)共有9根橋樁侵入隧道,其中φ800mm橋樁4根分別為3號(hào)橋墩1#,2#,3#,4#橋樁,φ1000mm橋樁5根分別為4號(hào)橋墩5#,6#,7#,8#,9#橋墩,各橋樁與隧道平面位置關(guān)系見(jiàn)圖3。各橋樁與隧道斷面詳細(xì)位置關(guān)系見(jiàn)圖4和圖5。3.2橋樁樁底基巖預(yù)留在隧道開(kāi)挖過(guò)程中,對(duì)侵入隧道內(nèi)的橋樁必須予以保留,并盡量減少開(kāi)挖對(duì)橋樁的擾動(dòng)。對(duì)于樁底位于隧道斷面以?xún)?nèi)的部分橋樁,開(kāi)挖過(guò)程中樁底基巖即距樁中心半徑1.0m范圍內(nèi)的基巖暫不開(kāi)挖,用作支承橋樁,待截樁后再挖除預(yù)留基巖。須預(yù)留樁底基巖的橋樁分別為:3號(hào)橋墩4#橋樁(ZDK22+958.337)、4號(hào)橋墩5#橋樁(ZDK22+953.589)、4號(hào)橋墩6#橋樁(ZDK22+950.281)和4號(hào)橋墩7#橋樁(ZDK22+945.381),樁底基巖預(yù)留見(jiàn)圖6。對(duì)于樁底位于隧道開(kāi)挖輪廓以?xún)?nèi)的橋樁,在探孔探明樁底標(biāo)高后,沿隧道縱向于每根橋樁底部打設(shè)2根注漿孔,詳見(jiàn)圖7,灌注水泥漿(水灰質(zhì)量比1∶1)加固樁底地層,以保證樁端持力層滿(mǎn)足橋梁樁基承載力需要。樁底注漿所用注漿管采用φ50mm,壁厚5mm的熱軋無(wú)縫鋼管,管長(zhǎng)4m,注漿管尾端加工絲扣并安裝閥門(mén);注漿管安裝過(guò)程中包裹棉布用于填充注漿管與鉆孔之間的空隙,安裝完成后使用快干水泥封堵鉆孔口部與注漿管之間的空隙。橋樁底部注漿過(guò)程中,應(yīng)嚴(yán)格控制注漿壓力,并對(duì)橋梁樁基進(jìn)行監(jiān)測(cè),防止因?yàn)樽{壓力過(guò)大而將橋樁頂起。樁底基巖預(yù)留過(guò)程中應(yīng)盡量減少巖石暴露時(shí)間避免巖石風(fēng)化,應(yīng)盡量做到一次開(kāi)挖成型,其開(kāi)挖方法采用人工手持風(fēng)鎬開(kāi)挖,成型后立即采用φ8鋼筋網(wǎng)(250mm×250mm)加5cm噴射混凝土封閉巖面。樁底預(yù)留基巖處理見(jiàn)圖8。3.3隧道二次襯砌施工樁基托換中最關(guān)鍵的部分是托換梁與原樁的連接,只有托換梁與原樁進(jìn)行了可靠的連接,才能保證原樁受力狀態(tài)逐步轉(zhuǎn)換到新樁上。隧道開(kāi)挖初期支護(hù)施工完成后,立刻封閉掌子面并調(diào)頭反方向施工隧道二次襯砌,二次襯砌施工過(guò)程中遇橋樁時(shí),使用水鉆在橋樁上二次襯砌鋼筋對(duì)應(yīng)位置鉆孔,以使二次襯砌鋼筋穿孔通過(guò)。其中拱頂位置橋樁鉆孔內(nèi)排φ70,外排φ50;拱墻位置橋樁鉆孔為φ80。根據(jù)侵入隧道的樁基與隧道斷面的位置關(guān)系,分為樁基與拱頂二次襯砌鋼筋連接和樁基與拱墻二次襯砌鋼筋連接兩種情況的施工處理。3.3.1橋樁二次襯砌施工1#,2#和3#與隧道拱頂二次襯砌連接的橋樁分別為3號(hào)橋墩樁及4號(hào)橋墩6#,7#,8#樁共6根橋樁,其與隧道斷面的詳細(xì)位置關(guān)系見(jiàn)圖4和圖5。二次襯砌施工過(guò)程中使用水鉆在橋樁上二次襯砌內(nèi)排鋼筋對(duì)應(yīng)位置鉆φ70mm孔洞,外排鋼筋對(duì)應(yīng)位置鉆φ50mm孔洞,鉆孔數(shù)量分別為φ800mm橋樁鉆孔4個(gè),φ1000mm橋樁鉆孔5個(gè)。鉆孔布置及鉆孔順序見(jiàn)圖9和圖10所示。迎土側(cè)每個(gè)鉆孔供1根二次襯砌主筋穿過(guò),背土側(cè)每個(gè)鉆孔供2根二次襯砌主筋穿過(guò)。每處鉆孔完成后立即將鋼筋穿過(guò)鉆孔,并使用高壓空氣將鉆孔內(nèi)吹干后填充M15微膨脹水泥砂漿。鋼筋穿過(guò)鉆孔處理見(jiàn)圖11。3.3.2橋樁—樁基與拱墻二次襯砌鋼筋連接與隧道拱墻二次襯砌連接的橋樁分別為3號(hào)橋墩4#樁及4號(hào)橋墩5#,9#樁共3根橋樁,其與隧道斷面的詳細(xì)位置關(guān)系參見(jiàn)圖4和圖5。在二次襯砌施工過(guò)程中此3根橋樁與拱墻二次襯砌的接觸面積相對(duì)較大,其連接處理亦較上述橋樁與拱頂二次襯砌的連接處理更為復(fù)雜,但其基本處理方式相同。二次襯砌施工過(guò)程中使用水鉆在橋樁上相應(yīng)位置鉆φ80mm孔洞,鉆孔數(shù)量分別為3號(hào)橋墩4#樁和4號(hào)橋墩9#樁各8個(gè)鉆孔,4號(hào)橋墩5#樁11個(gè)鉆孔。鉆孔布置及鉆孔順序見(jiàn)圖12。每個(gè)鉆孔供3根φ32鋼筋穿過(guò),每處鉆孔完成后立即將鋼筋穿過(guò)鉆孔,并使用高壓空氣將鉆孔內(nèi)吹干后填充M15微膨脹水泥砂漿,鋼筋穿過(guò)橋樁后鋼筋前后兩端錨入二次襯砌鋼筋內(nèi)長(zhǎng)度不小于35d(1120mm)見(jiàn)圖13。鋼筋穿過(guò)鉆孔處理見(jiàn)圖14。3.3.3次襯砌混凝土施工上述二次襯砌鋼筋與橋樁連接處理完成后,將與二次襯砌連接區(qū)段內(nèi)的橋樁表面做鑿毛處理,然后完成其余二次襯砌鋼筋制作安裝后,再支設(shè)模板并澆筑混凝土,將既有橋梁樁基與隧道二次襯砌形成整體,新舊混凝土之間通過(guò)界面處理保證兩者之間的黏結(jié)力。混凝土施工應(yīng)遵守國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)GB50204—2011《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》的規(guī)定。對(duì)于3號(hào)橋墩4#樁及4號(hào)橋墩5#樁樁底預(yù)留基巖處,二次襯砌鋼筋斷開(kāi),二次襯砌混凝土在此處預(yù)留孔洞,待樁基托換完成后,鑿除樁底預(yù)留的基巖,將加工成型的鋼筋籠安裝于橋樁之下,并確保鋼筋籠與橋樁軸心重合,然后支設(shè)模板澆筑與二次襯砌同等級(jí)的補(bǔ)償收縮混凝土封堵孔洞。鋼筋籠配筋見(jiàn)圖15。3.4橋樁截樁施工下穿沙涌橋段礦山法隧道二次襯砌施工完成,且結(jié)構(gòu)混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后,隨即對(duì)侵入隧道凈空內(nèi)的橋樁進(jìn)行截除。截樁施工順序?yàn)橛啥纯谙蚨磧?nèi)方向進(jìn)行,截樁必須遵循“先截?cái)?、再外運(yùn)、后破碎”的原則。即首先采用人工手持風(fēng)鎬沿二次襯砌內(nèi)輪廓將橋樁切斷與二次襯砌分離,然后再截?cái)喑?.5m左右的小段,以便出渣運(yùn)輸車(chē)水平運(yùn)輸出隧道,最后通過(guò)龍門(mén)吊垂直運(yùn)輸至地面后采用油壓炮機(jī)進(jìn)行破碎,見(jiàn)圖16。因截樁施工順序?yàn)橛啥纯谙蚨磧?nèi)方向進(jìn)行,所以二次襯砌混凝土澆筑完成后靠近橋樁附近的2~3排腳手架暫時(shí)不拆除,并進(jìn)行必要的加固,如加設(shè)剪刀撐、連接件、腳手板等,然后用作截樁施工的作業(yè)平臺(tái)。截樁作業(yè)平臺(tái)搭設(shè)完成后,首先采用人工手持風(fēng)鎬沿二次襯砌內(nèi)輪廓將橋樁的鋼筋保護(hù)層混凝土鑿除;再使用氧氣-乙炔焰按“割三留一”的方式割斷橋樁75%的主筋,剩余主筋暫不割斷,以免部分樁底在隧道開(kāi)挖輪廓內(nèi)的橋樁在截?cái)噙^(guò)程中倒塌;鋼筋割斷后沿剩余鋼筋之間的空隙鑿除橋樁核心混凝土;最后采用相同的方法自上而下將橋樁按1.5m左右長(zhǎng)度分段截?cái)嗖⒀b車(chē)外運(yùn)出隧道。橋樁截?cái)嗪蠖我r砌內(nèi)的樁體斷口必須及時(shí)沿二次襯砌內(nèi)輪廓打鑿平整,然后使用原漿找平,避免此部位托換橋樁的二次襯砌鋼筋以及橋樁主筋長(zhǎng)時(shí)間暴露而銹蝕。4應(yīng)急計(jì)劃4.1特殊情況沉降值的控制1)出現(xiàn)沉降異常立即停止開(kāi)挖,查明原因,確定控制沉降措施。2)查明沉降無(wú)危害后,施工照常進(jìn)行,但采取控制進(jìn)度和加強(qiáng)防護(hù)的辦法渡過(guò)此段,施工中嚴(yán)格控制沉降速率并將沉降值控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi),采用儀器監(jiān)測(cè)進(jìn)行施工。3)發(fā)現(xiàn)建筑物沉降速率過(guò)快或沉降值超出規(guī)定范圍立即停止施工,及時(shí)采取支護(hù)措施或補(bǔ)救措施。4)橋樁出現(xiàn)異常沉降,事故救援組使用準(zhǔn)備好的2~4個(gè)I18鋼三腳架斜撐通過(guò)膨脹螺絲固定至下沉橋樁上,穩(wěn)定橋樁防止橋樁繼續(xù)下沉;立即在橋面系下方使用鋼管支撐或腳手架加固橋面,避免橋面因橋樁下沉而進(jìn)一步破壞。4.2聯(lián)系相關(guān)部門(mén)1)及時(shí)查明管道線(xiàn)路性質(zhì),了解結(jié)構(gòu),并聯(lián)系相關(guān)管線(xiàn)部門(mén)。2)組織應(yīng)急人員進(jìn)行管道清淤,引排污水,然后進(jìn)行支護(hù)。3)用事先準(zhǔn)備好的管道及時(shí)將破損的管道更換。4.3坍體兩端洞身加固1)先加固連接未坍塌地段的結(jié)構(gòu)物,防止坍方發(fā)展擴(kuò)大。2)小坍方(縱向不長(zhǎng),坍穴不高)時(shí),可利用坍塌間隙時(shí)間,首先加固坍體兩端洞身,并抓緊噴射混凝土或錨噴聯(lián)合支護(hù),封閉坍穴頂部。也可在坍方上架設(shè)臨時(shí)支撐,待支穩(wěn)頂部,再邊清碴邊換正式支撐。3)大坍方(坍穴高、坍渣量大)時(shí),在加固兩端洞身后暫不處理頂部,不清渣,可采用先護(hù)后挖法。當(dāng)坍方仍有發(fā)展,先將頂部情況摸清并處理妥當(dāng),再進(jìn)行下部施工。4.4加強(qiáng)隧道周邊鋼筋網(wǎng)建設(shè),進(jìn)行加固、封閉1)停止隧道開(kāi)挖施工。2)采用快速水泥迅速將涌水口部進(jìn)行封堵。3)掌子面迅速用工字鋼、方木、鋼筋、鋼筋網(wǎng)進(jìn)行加固、封堵,并焊接雙層鋼筋網(wǎng)。4)立即采用混凝土噴射機(jī)對(duì)封閉部位進(jìn)行噴射混凝土封閉,封閉厚度根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況而定。5)針對(duì)涌水部位迅速打設(shè)注漿鋼管,并對(duì)其進(jìn)行注漿,以改善或加固周?chē)貙印?)加強(qiáng)隧道周?chē)邓芰?將地下水位降至開(kāi)挖面以下。7)將隧道內(nèi)積水清理干凈,并加強(qiáng)觀(guān)測(cè),防止二次涌水事故發(fā)生。5樁基托換和樁基沉降監(jiān)測(cè)為了及時(shí)收集、反饋、分析周?chē)h(huán)境要素及橋梁結(jié)構(gòu)在施工中的變形信息,確保隧道開(kāi)挖、托換施工安全,對(duì)周邊環(huán)境、橋臺(tái)傾斜、基礎(chǔ)下沉等進(jìn)行了全面監(jiān)測(cè)。特別是,在施工過(guò)程中加強(qiáng)洞內(nèi)和地面橋梁的監(jiān)控量測(cè),作好記錄,發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)采取措施并反饋給各個(gè)單位,做到信息化施工。1)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。被托換樁基及相鄰樁基的沉降、傾斜,橋面板裂縫觀(guān)測(cè),地面沉降及裂縫,地下水位監(jiān)測(cè)等。2)測(cè)點(diǎn)布置。見(jiàn)圖17。3)監(jiān)測(cè)結(jié)果。樁基托換完成和盾