軟土地區(qū)地鐵隧道穿越既有橋梁樁基的施工要點(diǎn)分析

崔俊平

(中鐵十六局集團(tuán)第一工程有限公司，北京 101300)

1 工程背景

根據(jù)地質(zhì)勘測(cè)，國(guó)內(nèi)某地鐵項(xiàng)目的盾構(gòu)區(qū)間施工范圍內(nèi)需要穿越原橋樁基，不但會(huì)增加地鐵隧道本身的施工難度，還必須考慮到隧道穿越施工對(duì)既有結(jié)構(gòu)物的影響。由于盾構(gòu)區(qū)間穿越的橋梁坐落于市中心，周邊環(huán)境復(fù)雜，交通流量大，經(jīng)過(guò)多次論證拆橋重建的方案不可行，故穿越時(shí)需要對(duì)老橋進(jìn)行托換加固，采用主動(dòng)托換技術(shù)。施工過(guò)程為：河道圍堰斷流→利用旋噴樁形成復(fù)合地基加固橋下軟土→新建U型結(jié)構(gòu)作為擴(kuò)大基礎(chǔ)→完成U型結(jié)構(gòu)與原有樁基的托換。在完成托換加固后，需對(duì)盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行優(yōu)化改造后再磨樁施工。

2 圍堰導(dǎo)流

2.1 圍堰施工

2.1.1 圍堰設(shè)置

按照實(shí)際施工條件需要設(shè)置兩道圍堰，分別位于橋梁南北側(cè)。圍堰寬度為5 m，高度為4 m，砂袋圍堰，砂袋利用砂質(zhì)粉土填充，并用6 cm×6 m、間距50 cm鋼管，6根6 cm鋼管縱向?qū)?，上下兩? m長(zhǎng)6 cm鋼管橫向?qū)? m長(zhǎng)6 cm鋼管斜向支撐共同形成圍擋。在U型槽上布設(shè)滿堂腳手架方便架設(shè)導(dǎo)流管，立于底板之上。因砂袋與墻體連接處易受水沖刷，影響整體穩(wěn)定性，需在圍堰四角采用3 m×3 m護(hù)角防滲處理措施。利用防滲土回填，外側(cè)使用密布排布的鋼管對(duì)其加固。

2.1.2 圍堰施工工序

(1)施工準(zhǔn)備。施工準(zhǔn)備就是所有材料及施工設(shè)備的準(zhǔn)備情況，保證材料充足，設(shè)備狀況良好，另外測(cè)量放樣準(zhǔn)確。

(2)基礎(chǔ)清理。在鋪設(shè)織袋前為了確保整體平整度在要求范圍內(nèi)，需將基底雜物清理干凈，人工配合機(jī)械整平地面。

(3)鋪設(shè)土工材料。一般在陸地上完成搭接后再下水安裝，在岸邊設(shè)置擱架，人工通過(guò)二根麻繩牽引至水中，然后用丁字木棍將土工材料逐段沉入水中，緩慢沉入湖底，確保壓重土袋在土工膜的底角位置的正確。

(4)土工織物袋布設(shè)及吹填施工。土工織物袋沿軸線垂直鋪設(shè)，預(yù)留合適的收縮量。

2.2 導(dǎo)流施工

(1)采用7根PE實(shí)壁管DN800作為導(dǎo)流管，采用熱熔方式連接。導(dǎo)流管下方需安放腳手片來(lái)保持狀態(tài)穩(wěn)定。為避免水流沖刷，用防滲土填滿導(dǎo)流管與圍堰上下吹沙袋間的空隙。

(2)在現(xiàn)有橋梁北側(cè)有大流量出水口兩個(gè)，常年有周邊排水匯入，為了施工現(xiàn)場(chǎng)抽排水順暢，需在河道下游位置設(shè)置臨時(shí)泵站。計(jì)劃采用4臺(tái)立式軸流泵500ZLB-250，基礎(chǔ)施工完畢后進(jìn)行安裝。

(3)待盾構(gòu)機(jī)第一次前行通過(guò)原橋結(jié)構(gòu)后，需人工將圍堰內(nèi)壓在導(dǎo)流管上的吹砂袋拆除并外運(yùn)，這樣河道水流會(huì)順暢通過(guò)導(dǎo)流管，自然漫過(guò)圍堰過(guò)水，保證河水水質(zhì)。在盾構(gòu)機(jī)第二次推進(jìn)鳳起橋前，在位于圍堰內(nèi)導(dǎo)流管上重新設(shè)置壓重層吹沙袋，以保證盾構(gòu)時(shí)圍堰穩(wěn)定。在此期間，技術(shù)人員需細(xì)致觀察，做好圍堰的日常維護(hù)工作。

3 托換加固

為盡可能避免對(duì)既有橋梁的影響，需要保留原橋橋臺(tái)，利用新建“U”型基礎(chǔ)與原橋臺(tái)共同承受作用。另外為了達(dá)到承載力要求，橋下土體需利用高壓旋噴樁共同作用形成復(fù)合型地基。

3.1 高壓旋噴樁施工

(1)鉆孔。鉆孔設(shè)備需平穩(wěn)安裝并準(zhǔn)確就位，立軸與孔位偏差小于5 cm。成孔時(shí)選用沖擊、旋轉(zhuǎn)或水射流成孔，終孔時(shí)垂直度滿足要求，且孔內(nèi)干凈無(wú)雜物，保障注漿管能順利達(dá)到設(shè)計(jì)要求位置。

(2)旋噴作業(yè)。操作前需嚴(yán)格檢查高壓設(shè)備的壓力及管路系統(tǒng)的密閉性。過(guò)程中壓力最好保持在0.5 MPa，宜采取帶漿或水插管，避免噴嘴堵塞。一旦噴射管達(dá)到要求位置時(shí)，應(yīng)馬上輸送所用漿液。在作業(yè)中，技術(shù)人員需對(duì)注漿管轉(zhuǎn)速、提升速度、水、漿、氣壓力及流量等工作情況進(jìn)行觀測(cè)并詳細(xì)記錄。若發(fā)現(xiàn)異常情況應(yīng)停止操作并立即采取相應(yīng)措施調(diào)整。

為避免出現(xiàn)固結(jié)體脫節(jié)的現(xiàn)象，一要保證注漿管拆卸速度要快，二要保證兩次旋噴間上下搭接長(zhǎng)度大于30 cm。在施工中注意觀察孔內(nèi)返漿量，通常狀態(tài)下返漿量≤20%注漿量時(shí)判定為正?，F(xiàn)象，而當(dāng)完全不返漿或返漿量超過(guò)20%注漿量時(shí)，認(rèn)定工作狀態(tài)異常，這時(shí)應(yīng)暫停注漿操作，分析原因，待問(wèn)題解決后再繼續(xù)施工。

(3)接近橋樁處施工。為防止與原橋樁間出現(xiàn)間隙，一般通過(guò)漿液中加入微膨脹性材料的方式來(lái)填充間隙。同時(shí)防止旋噴施工時(shí)注漿壓力大，原橋樁一定距離內(nèi)不能采用旋噴注漿，宜采用袖閥管補(bǔ)充注漿。

3.2 下部“U”型結(jié)構(gòu)施工

下部結(jié)構(gòu)與原橋臺(tái)間的新舊混凝土間通過(guò)鑿毛與植筋的方法結(jié)合良好。

3.2.1 界面鑿毛

對(duì)原橋臺(tái)需要鑿毛的位置準(zhǔn)確放樣后設(shè)置企口，一般豎向10 cm,深2 cm。鑿毛后需用水將樁體清洗干凈。為了新舊混凝土間結(jié)合更好，最好在新砼澆筑前刷一層環(huán)氧樹(shù)脂乳液水泥漿作為一種界面處理介質(zhì)。

3.2.2 植筋施工

(1)材料要求：植筋采用Φ25 mm鋼筋，質(zhì)量應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求；用于植筋的膠采用有機(jī)A級(jí)膠，并符合現(xiàn)行行業(yè)相關(guān)要求。

(2)環(huán)境要求：作業(yè)時(shí)，材料表面溫度需大于15 ℃，孔內(nèi)表層含水率滿足膠粘要求；植筋操作不許在大風(fēng)、雨雪的露天里施工。

(3)施工工序：①首先對(duì)設(shè)計(jì)要求位置放樣，準(zhǔn)確定位，測(cè)量人員復(fù)核無(wú)誤后進(jìn)行操作；②鉆孔機(jī)具一般采用電動(dòng)沖擊鉆，調(diào)整其孔徑為3 cm，鉆孔深度允許偏差5 mm，垂直度允許偏差±1%，鉆孔位置允許偏差±3 mm，鉆孔需間隔操作，鉆孔中一旦碰到原鋼筋應(yīng)馬上停止施工，移動(dòng)后繼續(xù)作業(yè)；③注膠采用專用的注膠桶或送膠棒，從孔底向上均勻、緩慢操作，注膠量標(biāo)準(zhǔn)以鋼筋植入后略有膠液被擠出為宜。

(4)注意事項(xiàng)：①植筋所用鋼筋表面干凈無(wú)鐵銹及污漬；②作好鋼筋要植入深度的標(biāo)識(shí)；③錨孔處于干燥狀態(tài)，無(wú)浮灰、無(wú)雜物，孔壁清洗干凈；④注膠前慢慢擠出筒內(nèi)膠體，待出膠均勻后方可入孔，過(guò)程中應(yīng)注意排除孔內(nèi)空氣。

4 盾構(gòu)機(jī)改造

4.1 刀具改進(jìn)

磨樁不僅對(duì)樁體本身混凝土的切割，還需對(duì)混凝土內(nèi)的鋼筋切割，這就需要刀具具有足夠的剛度、硬度來(lái)切割砼，還必須有足夠的切削能力來(lái)集中切斷鋼筋。切割盾構(gòu)機(jī)原刀盤(pán)對(duì)于素混凝土樁的切割操作是可行的，但對(duì)于鋼筋混凝土樁身無(wú)法切割成功，這就需要對(duì)原刀具進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。

(1)現(xiàn)行刀改造。盾構(gòu)機(jī)原刀盤(pán)原為軟土刀盤(pán)設(shè)計(jì)，為適應(yīng)磨樁施工將先行刀采用貝殼刀。貝殼刀雖然不鋒利，但因其粗壯特性具有較強(qiáng)的抗折和抗沖擊能力，能較好地磨削鋼筋混凝樁。

(2)齒刀改造。原齒刀寬度為10 cm，是輕型齒刀，其抗沖擊能力較差，較易掉落。改造后的齒刀寬度25 cm，是重型齒刀，在沖擊狀態(tài)下比較牢固。

4.2 螺旋機(jī)改造

螺旋機(jī)采取兩種改進(jìn)措施：一是通過(guò)改良螺旋機(jī)葉片的耐磨層、螺旋機(jī)套筒內(nèi)壁的厚度，縮小距離，盡可能避免被切下來(lái)的鋼筋卡在間隙的情況發(fā)生；二是通過(guò)優(yōu)化螺旋機(jī)前閘門(mén)功能，保證機(jī)械密閉性。

4.3 低速泵系統(tǒng)

為了避免速度過(guò)快或過(guò)慢對(duì)結(jié)構(gòu)本身產(chǎn)生不良影響，根據(jù)實(shí)際情況增加一臺(tái)小流量低速推進(jìn)泵，確保盾構(gòu)機(jī)在切削樁基過(guò)程中能保持低速、平穩(wěn)前行。

5 磨樁施工

5.1 磨樁施工工藝

(1)盾構(gòu)施工參數(shù)。盾構(gòu)機(jī)在穿越原橋樁時(shí)需執(zhí)行設(shè)定參數(shù)包括土壓力和前進(jìn)速度等，最大程度避免樁基產(chǎn)生位移。盾構(gòu)機(jī)施工到原樁基附近區(qū)域范圍內(nèi)，應(yīng)減速緩緩前進(jìn)，速度最好控制在1 cm/min內(nèi)；另外需向刀盤(pán)添加適量潤(rùn)滑劑來(lái)保證土體順利出土，這樣能避免前面土體形成泥餅。

盾構(gòu)切削樁基遵循慢推速、中轉(zhuǎn)速、保土壓、注惰漿、控姿態(tài)的原則。

(1)慢推速。結(jié)合本工程實(shí)際情況，參照以往施工經(jīng)驗(yàn)，速度適宜控制在1～3 mm/min，推力和扭矩控制在13 000～18 000 kN和2 500～3 500 kN·m間最佳。

(2)中轉(zhuǎn)速。兼顧盾構(gòu)推力扭矩及對(duì)樁基產(chǎn)生沖擊的影響，在推速一定的情況下，應(yīng)合理設(shè)置轉(zhuǎn)速。

(3)保土壓。因橋樁和墩臺(tái)的承載力主要依靠周邊土體的支持，而在切樁過(guò)程中會(huì)對(duì)周圍土體產(chǎn)生擾動(dòng)，甚至?xí)l(fā)生過(guò)量沉降和變形，為了防止這種現(xiàn)象發(fā)生，切樁時(shí)可通過(guò)“悶推”在一定程度上提高土艙壓力。

(4)注惰漿。盾構(gòu)成功切樁后，被切斷的上部殘樁依舊存在，只是作用于壁后注漿的漿液中，為防止其繼續(xù)下沉對(duì)管片襯砌產(chǎn)生集中荷載，選擇新型漿液“準(zhǔn)厚漿”，“準(zhǔn)厚漿”綜合性能較好，總體上偏惰性，可基本避免堵管，但仍能控制沉降。壓漿時(shí)技術(shù)人員應(yīng)準(zhǔn)確記錄壓入位置、壓入量、壓力值等參數(shù)，并根據(jù)地層變形監(jiān)測(cè)信息及時(shí)調(diào)整，保證施工質(zhì)量良好。

5.2 過(guò)程控制關(guān)鍵點(diǎn)

(1)磨樁施工控制。磨樁時(shí)設(shè)置合理推進(jìn)速度，科學(xué)設(shè)置盾構(gòu)機(jī)參數(shù)。

(2)監(jiān)測(cè)控制。監(jiān)測(cè)是極其重要的手段，合理布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，磨樁前或穿越后，對(duì)隧道軸線、地面沉降變形、建筑物變形等實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，根據(jù)數(shù)據(jù)有效采取控制措施。

(3)下穿河流施工控制。本工程區(qū)間下穿東河，河流的覆土小于盾構(gòu)直徑。因此，推進(jìn)前對(duì)橋梁進(jìn)行加固，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)近距離的橋樁的保護(hù)和防止河水灌流。

(4)不明障礙物的施工措施。根據(jù)區(qū)間物探報(bào)告，分析可能存在的障礙物，判斷大概位置。隨時(shí)觀察在推進(jìn)過(guò)程中刀盤(pán)扭矩及推力的變化，側(cè)滾突然變大極大可能碰到樁。

(5)在施工過(guò)程中，若土壓發(fā)生突變、掘進(jìn)進(jìn)尺與出土量不匹配時(shí)，應(yīng)向土倉(cāng)內(nèi)注入膨潤(rùn)土。注入壓力要高于掘進(jìn)時(shí)土壓力，保障膨潤(rùn)土完全超挖區(qū)域，減少沉降。

5.3 突發(fā)情況處理措施

(1)盾構(gòu)螺旋機(jī)出土不順暢時(shí)，可以通過(guò)螺旋輸送機(jī)葉片的加厚處理、在螺旋機(jī)筒壁內(nèi)加焊耐磨條措施，使螺旋葉片和護(hù)筒間的間隙≤5 mm，降低螺旋輸送機(jī)被卡住的可能性，最好在螺旋輸送機(jī)筒壁上預(yù)留檢查維修口，便于以后檢修。另外采用交替正反旋轉(zhuǎn)螺旋機(jī)施工，必要時(shí)可壓注膨潤(rùn)土或泡沫劑或泡沫。

(2)穿越樁基的過(guò)程中，在遇水土壓力高、推進(jìn)速度慢狀態(tài)下，盾尾容易出現(xiàn)滲漏，應(yīng)提前預(yù)防，具體通過(guò)以下措施：①定時(shí)定量壓注盾尾油脂；②控制壁后注漿的壓力，避免漿液進(jìn)入盾尾；③管片居中拼裝，防止盾構(gòu)與管片間距離過(guò)大影響密閉效果。

6 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)軟土地區(qū)地鐵隧道穿越既有樁基施工的研究，總結(jié)了施工要點(diǎn)及過(guò)程中的關(guān)鍵控制點(diǎn)，分析了可能出現(xiàn)的問(wèn)題，并提出了相應(yīng)的解決措施，可為類似項(xiàng)目施工提供參考。