李坤哲
（ 广州地铁设计研究院股份有限公司成都分公司 成都 610000）
摘要 针对成都地铁6号线三官堂站~东光站区间小半径盾构隧道穿越二环高架问题，通过对既有工程调研和计算分析，研究了小半径盾构区间穿越高架桥的影响，比选了桩基托换方案。研究表明，盾构隧道在中风化泥岩层穿越桥桩沉降较小；单侧穿越桥桩时，不均匀沉降较大应采取措施提高桥梁承载力；对比了主动托换与被动托换方案，并提出利于既有桩侧壁作为人工挖孔桩护壁的破除障碍桩方案。
关键词 小半径 盾构 桥桩 桩基托换
0 引言
近年来，在城市地铁修建中，因受到建筑物密集、施工场地狭小、地下管网密布等条件的限制，盾构区间隧道邻近施工以及穿越建构筑物施工越来越多。
1 工程概况
三官堂站～东光站区间隧道。右线隧道长915.309m，左线隧道长920.694m（短链2.015m）。在里程设置1座联络通道兼区间废水泵房。最大覆土约16.5m，最小覆土约9.7m，线路最小曲线半径370m，最大坡度27.5‰。
线路出三官堂站后穿越望江嘉苑小区，小半径转入三官堂街，穿越锦州家园小区后，在二环锦华路口转入锦华路，向南敷设进入东光站，均采用盾构法施工。
区间穿越二环锦华路口跨线桥及CC匝道桥。锦华路口跨线桥ZX-P64～ZX-P67为26m+47.5m+26m的三跨连续钢箱梁，区间主要侧穿ZX-P66、ZX-P67桥墩桩基，桩基为?1500/?1800钻孔桩，桩长为22m～25m。与区间最小水平距离约1.35m。CC匝道桥由钢箱连续梁（29.4m+40m+30m）、预应力砼连续梁（25m+25m+25m）、预制小箱梁（30m+30m）组成，区间左线穿越CC2～CC9承台桩基，其中CC8承台桩基与区间冲突，需要进行桩基托换，其余桩基最小水平距离约1.1m，桩基为?1500钻孔桩，桩长约16.2m～18.6m。
.png)
图1盾构隧道与桥梁的平面关系图
Figure 1 Plane relationship diagram of shield tunnel and bridge
2数值计算
2.1计算模型
本计算采用Midas GTS进行分析，采用莫尔-库仑准则进行计算。桥桩采用梁单元模拟，盾构隧道管片采用平面单元模拟，围岩采用三维实体单元模拟。计算模型如图2所示
.png)
图2计算模型示意图
Figure 2 The FEM model of tunnel with karst caves
2.2模型参数
经过简化合并部分土层，区间隧道穿过地层自上而下为：杂填土、卵石层及泥岩层。岩土材料的物理力学参数如表1所示，结构的计算参数如表2所示
表1 岩土材料的物理力学参数
Table 1 Calculation parameters for calculation
.png)
表2 结构的计算参数
Table 2 Calculation parameters for structure
.png)
注：洞内支撑等加固措施可采用增大管片刚度模拟
3计算结果分析
3.1主桥结果分析
右线先行掘进，当左线掘进至ZX-P66桥墩处时，桥梁沉降达到最大值，桥墩桩基最大沉降值约2.5mm （控制值15mm），桥台不均匀沉降值约0.5mm （控制值3mm）。变形如图3
.png)
图3桥梁沉降云图
Figure 3 Bridge settlement cloud picture
3.2匝道桥结果分析
右线距离匝道桥较远，左线穿越匝道桥时，匝道桩基最大沉降值约3mm（控制值15mm），桥台不均匀沉降值约1mm（控制值3mm）
.png)
图4桥梁沉降云图
Figure 4 Bridge settlement cloud picture
4 工程措施
1）地面预埋注浆管并保留地面跟踪注浆条件，根据监测情况，加固桥桩上部砂卵石地层。
2）施工期间加强监测，满足相关产权单位的控制要求，同时应做专项措施，以备紧急情况发生时及时采取措施补救。必要时可在地面对桥体进行加固支撑，并对通行车辆进行限行限速。
3）盾构通过前对盾构机进行检查、维修、尽量不停机通过。
4）严格控制盾构正面土压力，出土量及推进速度等盾构掘进参数，保持开挖面的平衡和稳定，控制地层损失率在0.5%以内以及盾构推进压力上不小于0.8倍理论水土压力。同时，在盾构推进中姿态变化不可过大、过频，以减少土层损失，降低盾构对周围土体的扰动。
5）盾构通过后及时同步注浆，并注意控制同步注浆量与注浆压力。
6）在管片上增设注浆孔、预埋注浆管，根据地质、掘进及监测情况，对左右线隧道周边一定范围内(1.5m)的地层进行注浆加固。
7）盾构通过后根据监控量测的结果，若沉降未收敛，则应进行地面二次注浆及时填充环状空隙。
5 桩基托换
CC8桥墩桩基为两桩承台，桩身直径1.5m，桩长15.6m，分别在距既有桩两侧4.0m处施工直径1.5m的桩，桩长22.5m；现有承台尺寸为6.25m×2.5m×2.0m，将承台四周植筋，沿原承台中心加长、加宽、加厚，新建桥墩托换承台尺寸为14.65m×3.1m×3.1m，盾构隧道将从两根新桩之间穿过，以新建两桩承台取代原基础，实现托换。
5.1托换形式比较
.png)
根据既有工程调研，主动托换施工要求高，施工质量不易把控，本托换桥梁为简支梁桥，变形要求不高，故综合比较采用被动托换。
5.2计算分析
.png)
图5计算模型示意图
Figure 5 The FEM model of tunnel with karst caves
托换承台最大弯矩22324KN?m，剪力4569KN，裂缝控制标准0.2mm。托换前承台最大位移1.2mm，托换后最大位移3.0mm。
6 障碍桩破除方案
6.1破除方案比选
目前国内常用破桩方式有4种：
1）利用盾构机刀盘切除障碍桩。适用于盾构隧道与障碍桩冲突，优点是无需地面施工场地，缺点是对于桩径大于1m钢筋直径大于28的障碍桩，盾构切削刀盘磨损严重，存在影响掘进风险；
2）盾构停机，掘进仓内人工凿除。适用于盾构隧道与障碍桩冲突，盾构机切削困难，优点不会造成刀盘磨损，缺点掘进仓内工作环境恶劣存在人员安全隐患、停机作业风险较大；
3）地面机械拔桩。适用于新建桩基工程与障碍桩冲突，优点地面机械施工，安全性高，缺点场地要求高，城市环境复杂应用较少。
4）采用竖井横通道或人工挖孔桩破除。可以在盾构隧道掘进前破除障碍桩，且对障碍桩的桩径和钢筋直径没有限制要求，施工场地要求小。但这种方法也有明显的缺陷，需要新增横通道和桩径大于原桩的人工挖孔桩，横通道或人孔人工挖孔桩在完成破桩后均需要破除，往往增加破除工程量及工程难度，且施工横通道破除障碍桩时有一定的施工风险。
综合比较，本工程利用既有桩侧壁作为人工挖孔支护结构实施障碍桩破除。
6.2破除步序
1）先凿除桩头，首先采用静力切割的工艺将障碍桩与托换承台分离。然后凿除障碍桩的桩头，破除桩头的高度约为1.5m。
2）破除桩芯，自上而下通过风镐破除障碍桩的桩芯，保留障碍桩的桩侧壁作为人孔人工挖孔桩，桩侧壁厚度为150mm。
3）破除桩侧壁步骤，桩芯破除完成后，自下而上分段破除桩侧壁至盾构隧道顶端，桩侧壁的分段长度为0.5m。破除桩侧壁同时利用密砂对已经破除了的桩侧壁和桩侧壁对应位置的桩芯进行回填密实。
7 小结
通过工程调研和计算分析，对小半径盾构隧道侧穿桥桩及桩基托换方案进行了深入研究，得出以下结论和建议：
1）小半径盾构隧道掘进姿态较难控制，经过计算分析，本隧道主要位于中风化泥岩层，盾构掘进对桥梁影响较小。故盾构隧道设计时应尽量调整纵向坡度，保证隧道在有利地层穿越桥梁。
2）单侧穿越桥桩时，承台的不均匀沉降更大，应采取如注浆加固等地面措施如注浆加固提高桩基承载力，提高桥梁安全系数。
3）主动托换施工要求高，施工质量不易把控，且施工缝较多，对变形要求不高的桥梁，宜采用被动托换。
4）对于桩径大于1m的障碍桩，可利用桩侧壁作为人工挖孔支护，实施障碍桩破除。
参考文献：
[1] 李洪庆，桩基托换技术在广州地铁工程中的应用[J].城市轨道交通研究 2016年 08期
[2] 杜闯东，侵入盾构隧道桩基人工挖孔处理技术[J].隧道建设 第29卷 第2期2009年 04月
[3] 孙波，肖龙鸽等，深圳地铁盾构穿越建筑群及切削桩基施工[J].隧道建设 第35卷 第6期2015年 06月
[4] 陈子全，汪波等，盾构隧道穿越桥梁桩基群的桩基托换技术研究[J].现代隧道技术 2019年05期
[5] 寇卫锋，主动托换技术在郑州地铁盾构穿越桥梁桩基中的应用[J].铁道建筑 第58卷第11期2018年11月
Analysis of small spacing parallel side shield tunnel through bridge pile
Li kun zhe
（ Guangzhou Metro Design & Research Insitute co.,Ltd Chengdu Branch，chengdu，?610000）
Abstract: Aiming at the problem of the small radius shield tunnel crossing the second ring viaduct in the section between Sanguantang Station and Dongguang Station of Chengdu Metro Line 6, the influence of the small radius shield tunnel crossing the viaduct in the section of the existing engineering research and calculation analysis was studied. The pile foundation underpinning scheme was established. Studies have shown that the shield tunnel passes through the moderately weathered mudstone layer and the settlement of bridge piles is small; when one side passes through the bridge piles, the uneven settlement is relatively large. Measures should be taken to improve the bearing capacity of the bridge; the active underpinning and passive underpinning schemes are compared, and Propose a scheme for removing obstacle piles which is beneficial to the side walls of existing piles as artificial hole-dug pile protection.
Keywords: Small radius; shield tunnel; bridge piles; Underpinning pile foundation
作者简介：李坤哲（1987- ），男，汉族，籍贯四川省泸州市，2013年毕业于重庆交通大学桥梁与隧道工程专业。