桥梁托换结合盾构施工穿越桥梁桩基的施工方法

摘要

本发明涉及一种桥梁托换结合盾构施工穿越桥梁桩基的施工方法，包括桥梁基础托换施工、盾构穿越施工两部分：具体步骤是：桥梁基础托换施工：1.基坑围护结构及桥下旋喷加固施工，2.桥下土体开挖及底板施工；盾构穿越施工：1.直接切割过桩，2.爆破除桩。本发明的方法在盾构穿越施工前，将桥梁的桩基础托换成扩大的板式基础，即通过受力体系转换，将桥由深基础转换成浅基础。转换后，盾构推进时所遇到的桥桩均可截断、清除而不会影响桥梁的正常使用。由于上海地区浅层土的承载力较低，因此扩大基础底板下的土基必须加固，且地基土的沉降变形满足桥梁安全运行规定的技术标准。

说明书

技术领域

本发明涉及一种盾构施工方法，尤其是一种需要越桥梁桩基的盾构施工方法。

背景技术

上海轨道交通10号线某区间隧道将由正常使用的四平路上的沙泾港桥桩基间穿越。在穿越前对沙泾港桥进行基础托换以保证穿越过程中桥梁及地面交通的安全。

沙泾港桥位于四平路曲阳路交叉口南侧100m左右，桥中心里程为SK23+242.0。沙泾港桥西南侧有一新建高层，其角部距离道路边线11m。桥南侧15.2m、距四平路边线4.69m为单层四平泵站一座。桥东南侧为居民小区。桥东北侧为一座四层砖混楼房。桥北侧为拟建10号某车站，桥梁施工时正处于施工阶段。西北侧曲阳路口为华西证券大厦。桥上及两侧有大量过桥管线。

该桥为三跨简支梁结构，跨径6m+13m+6m，宽度30m。共设置桥台、桥墩各两座，桥墩采用23根400×400×26000mm预制钢筋混凝土方桩作为基础，桩基长度为12m+14m与14m+12m，钢帽接桩；桥台采用14根400×400×27000mm预制钢筋混凝土方桩作为基础，长度为13m+14m与14m+13m，钢帽接桩。此处隧道顶标高约-6～-7m，受影响的桩基每个桥墩处约5根桩，每个桥台处约3～4根桩，共需处理约33根桩。

四平路路面宽为双向五车道，两侧另设非机动车道和人行道。四平路为上海城市主干道，车辆通行频繁，交通流量十分巨大，盾构穿越施工必须保证四平路的正常交通能力。

工程沙泾港桥位于主干道四平路上，交通繁重且无分流至周边道路的条件，同时沙泾港桥两侧近距离为多栋高层居民楼，无搭建临时便桥空间条件，故排除了拆除原有桥梁拔桩处理的可行性。而且本区间接收地铁车站离该桥梁桩基很近，加上线路的纵断面坡度的限制条件，隧道不能从桩基的下方穿越过去。由此，只能采取盾构穿越桥桩的施工方法。而现有的盾构穿越桥桩的施工方法是无法满足盾构穿越如沙泾港桥等以预制钢筋混凝土方桩作为基础，每个桥台处有多根桩。

发明内容

本发明是要提供一种桥梁托换结合盾构施工穿越桥梁桩基的施工方法，该方法在盾构穿越施工前，将桥梁的桩基础托换成扩大的板式基础，即通过受力体系转换，将沙泾港桥由深基础转换成浅基础，转换后，盾构推进时所遇到的桥桩均可截断、清除而不会影响桥梁的正常使用。

本发明的技术方案是：一种桥梁托换结合盾构施工穿越桥梁桩基的施工方法，包括桥梁基础托换施工、盾构穿越施工两部分，具体步骤如下：

在盾构施工前对桥梁进行基础托换施工：

1、基坑围护结构及桥下旋喷加固施工

邻岸侧采用高压旋喷桩复合重力式挡墙并利用已有桥面板梁作顶支撑的围支护；位于加固区内的旋喷桩桩底同加固深度底标高，正方形布置；在旋喷桩挡墙内外排桩身内插H型钢，其中靠近坑内的内排桩每桩插一，外排桩跳一插一；为避免影响盾构掘进，在盾构隧道区域的内插型钢底标为盾构顶标高上方0.50m；H型钢上部以钢筋混凝土冠梁连成整体，内外排冠梁间每隔3.6m设梁相连；内排冠梁与桥台支座密贴，以使桥面板梁能兼作发挥水平支撑的作用；桥下加固采用三重管旋喷桩加固施工工艺，加固后土体的无侧向抗压强度Qu≥1.5Mpa，抗渗系数K≤10^-7cm/s；

2、桥下土体开挖及底板施工

1)、两侧围堰及回填土施工

根据现场河道及水文条件，为抵御高潮位，采用钢板桩围堰，分别设在桥两侧，板桩顶到标高，先施工2/3，保证现场河道不断流；围堰中间采用袋装土和分层回填粘土填实；

2)、搭平台、安装吊水泵、通水；

在2/3围堰施工完成后在现场河道南侧围堰外河道通道上桥墩两侧敷设4根钢管，并南侧河道中设置4台潜水轴流泵；

3)、剩余1/3围堰及回填土施工

4)抽水及铺设钢板

待围堰全部完成后立即进行基坑抽水及坑底钢板铺设，作为安装第一道支撑的工作平台；

5)第一支撑安装

将桥台两侧加固施工时插入的H型钢部分暴露焊接双拼H型钢围檩，在围檩上制作支撑牛腿；在桥墩承台上种钢筋，钢管作为支撑；并在桥下挖土，开挖至-0.8m，在第二道支撑位置处开槽至-0.9m为安装作准备；

6)安装第二道支撑

暴露部分H型钢做围檩，在槽内安装400×400型钢，从桥桩间隙穿过，直接撑在桥台两侧作为支撑；

7)拆除第一道支撑

在第二道支撑安装完毕、垫层混凝土达到一定强度后，拆除第一道支撑；

8)、垫层、第二道支撑破除及桥下挖土至-1.6m

9)、底板施工

底板砼浇注施工为大体积砼施工，进行分块施工；

在桥梁进行基础托换施工后盾构穿越施工：

1.直接切割过桩，

控制盾构直接过桩施工参数：

(1)控制推进速度：盾构机接近及穿越桥桩过程中推进速度保持在0.5cm/min至1cm/min，

(2)控制盾构正面土压力

(3)控制出土量

盾构机挖掘断面面积为31.57m2，每环出土量为31.57m2×1.2m＝37.88m2；

(4)控制管片拼装速度

(5)控制同步注浆量和浆液质量

浆液稠度在8.5～9.5cm；

2.爆破除桩

盾构机直接过桩，发生下述任一种情况时：

(1)桥梁沉降单次达到2mm，累计达到20mm，且持续变化趋于不利；

(2)盾构机总推力达到2800T，无法前进；

(3)盾构机刀盘扭矩达到80％，并持续增加；

(4)盾构机螺旋机被障碍卡住；

采用常压下爆破除桩或气压法爆破除桩。

上述爆破除桩步骤中：当前方土体自立性良好，如无明显涌漏水，或涌水能抽除时，采用常压下爆破除桩；如明显涌漏水，涌水无法抽除时，采用气压法爆破除桩。

本发明的有益效果是：

本发明的方法在盾构穿越施工前，将桥梁的桩基础托换成扩大的板式基础，即通过受力体系转换，将桥由深基础转换成浅基础。转换后，盾构推进时所遇到的桥桩均可截断、清除而不会影响桥梁的正常使用。由于上海地区浅层土的承载力较低，因此扩大基础底板下的土基必须加固，且地基土的沉降变形满足桥梁安全运行规定的技术标准。

附图说明

图1是本发明的桥梁基础托换施工流程图；

图2是本发明的盾构穿越施工流程图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。

如图1，2所示，本发明的桥梁托换结合盾构施工穿越桥梁桩基的施工方法，包括桥梁基础托换施工、盾构穿越施工两部分。

在盾构施工前对桥梁进行基础托换施工，施工工艺及流程如下：

1、基坑围护结构及桥下旋喷加固施工

邻岸侧采用高压旋喷桩复合重力式挡墙并利用已有桥面板梁作顶支撑的围支护方案。

旋喷桩挡墙宽6.30m，高压旋喷桩采用三重管法，水泥掺量25％，桩径1500mm，桩与桩之间搭接300mm，旋喷桩桩长13.0m，位于加固区内的旋喷桩桩底同加固深度底标高，正方形布置；在旋喷桩挡墙内外排桩身内插H型钢300×300×10×15，其中靠近坑内的内排桩“每桩插一”、外排桩“跳一插一”，H型钢总长12.0m，为避免影响盾构掘进，在盾构隧道区域的内插型钢底标为盾构顶标高上方0.50m；型钢上部以600×400钢筋混凝土冠梁连成整体，内外排冠梁间每隔3.6m设400×400系梁相连。内排冠梁与桥台支座密贴，以使桥面板梁能兼作发挥水平支撑的作用。

桥下加固采用三重管旋喷桩加固施工工艺，要求加固后土体的无侧向抗压强度Qu≥1.5Mpa，抗渗系数K≤10^-7cm/s。

2、桥下土体开挖及底板施工

1)、两侧围堰及回填土施工

根据现场河道及水文条件，为抵御高潮位，本工程拟采用钢板桩围堰，分别设在桥两侧10米处，板桩顶到+4.5m标高，围堰断面宽度为10米，采用IV#12米长的槽钢，先施工2/3，保证沙泾港不断流。

围堰施工先用振动锤打设钢板桩，小齿口连接。两侧对称施打，当打完一段后，在钢板桩顶部做一道围檩。围檩采用32#钢板桩，围檩的中心标高在拉森桩桩顶往下1.5米左右。在围檩和钢板桩上割洞，用25mm的螺纹钢贯穿两侧的围檩和钢板桩，将螺纹钢焊死在两侧的型钢上，间距1米。

围堰中间采用袋装土和分层回填粘土填实。新填筑围堰基础必须清理干净，即清除表层浮淤泥或杂土，对水下部位则可适当加大底部填筑宽度。

2)、搭平台、安装吊水泵、通水；

在2/3围堰施工完成后在沙泾港南侧围堰外河道通道上敷设4根ф700钢管(桥墩两侧)，并在四平路南侧河道中设置4台潜水轴流泵，

根据设计提供资料反映：当下雨时，初期雨水和污水被纳入合流一期或两港总管，沿线防汛泵站可不开泵。当下中雨时，四平路以北4座和以南2座防汛泵站可各开一台水泵，开泵持续时间分别约为3.76h和4.6h。当下暴雨时，四平路以北4座和以南2座防汛泵站中水泵全开，开泵持续时间分别约为1.2h和1.6h。

3)、剩余1/3围堰及回填土施工

施工方法同前2/3围堰施工。

4)抽水及铺设钢板

待围堰全部完成后立即进行基坑抽水及坑底钢板铺设，作为安装第一道支撑的工作平台。

5)第一道支撑安装

将沙泾港桥桥台两侧加固施工时插入的H型钢部分暴露焊接双拼H型钢围檩，在围檩上制作支撑牛腿；在桥墩承台上种钢筋，Φ609钢管作为支撑(架于牛腿及桥墩承台已种钢筋之上)。具体见后附图。

6)开挖至-0.8m(部分开挖至-0.9m)

桥下挖土采用机械结合人工的方法。为加快施工进度，桥下配备2台小型挖机，土方统一翻至沙泾港桥西侧围堰后用长臂挖机翻至桥西北侧临时土方堆场。

在桥墩边挖土时应采用人工挖土以避免机械操作不当破坏桥墩从而影响到桥梁的安全。

在第二道支撑位置处开槽至-0.9m为安装作准备。

7)安装第二道支撑

暴露部分H型钢做围檩，在槽内安装400×400型钢(从桥桩间隙穿过，直接撑在桥台两侧)作为支撑。

8)垫层施工至-0.5m

由于桥下土质较松软，在桥下旋喷桩施工时为保证旋喷桩机能够自由行走，故在基坑开挖到-0.8m时上铺20cm碎石和Φ16@20cm双向配筋，垫层砼采用C20。

9)拆除第一道支撑

在第二道支撑安装完毕、垫层混凝土达到一定强度后，拆除第一道支撑。

10)、垫层、第二道支撑破除及桥下挖土至-1.6m

垫层及-0.8～-1.6之间的混凝土采用镐头机破除，渣土同样由小型挖机翻至桥西北侧围堰处。

11)、底板施工

底板砼浇注施工为大体积砼施工，进行分块施工。

12)、桥下旋喷加固

桥下加固区域为四平路桥面垂直投影范围。旋喷桩在该区域满堂布置，桩径1600mm。桩间距为：1200～1300mm，具体可根据实际情况进行调整。旋喷加固标高为：-16.7～-2.5m。

在桥墩桥台两侧施工时，采用摆喷桩加固。摆喷桩易形成较大桩径，桩位可以相对远离桥墩一点，这样有利于施工机械的就位，便于施工操作。

13)、围堰、临排拆除

先拆除部分围堰，使得沙泾港通水后，再拆除临排，最后拆除剩余围堰。

盾构穿越施工：

穿越总原则：首选直接切割过桩，常压下爆破除桩、气压法爆破除桩备用。

1.盾构直接过桩施工参数控制

盾构机推进至靠近沙泾港桥南侧6.3m加固体(上行线推进至756环，下行线推进至766环)后放慢推进速度，保持在2cm/min左右。接近及穿越桥桩过程中推进速度保持在0.5cm/min左右且不超过1cm/min。盾构直接过桩。

在前期的掘进施工中，通过施工实践不断优化盾构推进参数控制地表变形。紧密依靠地表变形监测，及时调整盾构掘进参数，不断完善施工工艺。在穿越施工过程中主要采用的措施有以下几个方面：

(1)严格控制盾构正面土压力

在盾构穿越桥桩过程中要严格按照实际情况进行土压力控制。

(2)推进速度控制

在穿越桥桩过程中放慢推进速度，推进速度控制在5mm/min左右。推进过程速度保持稳定，确保盾构均衡、匀速地穿越桥桩。

(3)出土量

盾构机挖掘断面面积为31.57m2，每环理论出土量为31.57m2×1.2m＝37.88m2。在盾构穿越过程中，要考虑人工开挖土方量及盾构机出土量之间的关系及总量，以此为依据确定注浆量。

(4)拼装速度

在管片拼装过程中，应当安排最熟练的拼装工进行拼装，减少拼装的时间，缩短盾构停顿的时间。

(5)同步注浆

严格控制同步注浆量和浆液质量，通过同步注浆及时充填空隙，减少施工过程中的土体变形。盾构推进施工中的注浆，选择具有和易性好、泌水性小，且具有一定强度的浆液进行及时、均匀、足量压注，确保其建筑空隙得以及时和足量的充填。

在漏浆情况不严重时可通过加大盾尾油脂注入量封闭漏浆通道阻止漏浆；如漏浆情况较为严重，常规方法无法处理情况下，可采取拼装管片时在漏浆位置管片下方垫海棉条的方法进行有效封堵。

采用惰性浆液，以利后期补注浆。浆液严格控制配合比，控制稠度在8.5～9.5cm。

压浆时必须指派专人负责，对压入位置、压入量、压力值均作详细记录，并根据地层变形监测信息及时调整，确保压浆工序的施工质量。

(6)信息化施工

在盾构穿越桥桩过程中，每2小时进行一次桥梁变形监测，并将监测数据迅速地传达给值班人员。穿越过程中根据实际需要可以进行24小时不间断的跟踪监测。跟踪监测时，现场监测人员及时将数据传达给值班人员，根据数据指导盾构施工参数的设定，然后通过地面变形量的监测进行效果的检测，从而反复循环、验证、完善，保证施工过程中桥梁的安全。

(7)加强沉降观测和房屋检测

(8)加强补注浆。

穿越施工过程中，每环通过管片注浆孔进行补双液浆或可硬性浆，使其在管片背后形成环箍，减少盾构施工的后期沉降对桥梁的影响。

盾尾间隙已在盾构施工同步注浆时充分填充，所以二次注浆基本上不需进行，但是由于某种原因建筑空隙未能充分填充或者由于土体的后期应力释放而产生沉降，需要进行二次注双液浆或可硬性浆。

根据实际情况选用双液浆或可硬性浆。

(9)设置警戒线

施工过程中，必要时在危险区域设置警戒线，非施工人员不得进入其中。

2.爆破除桩

盾构机直接过桩，发生下述任一种情况时：

(1)桥梁沉降单次达到2mm，累计达到20mm，且持续变化趋于不利；

(2)盾构机总推力达到2800T，无法前进；

(3)盾构机刀盘扭矩达到80％，并持续增加；

(4)盾构机螺旋机被障碍卡住；

采用常压下爆破除桩或气压法爆破除桩。

当前方土体自立性良好，如无明显涌漏水，或涌水能抽除时，采用常压下爆破除桩；如明显涌漏水，涌水无法抽除时，采用气压法爆破除桩。

本次盾构穿越16根桥桩共用时8天，总体情况良好。

穿越过程中联通管监测数据稳定，单次最大变化值(10cm/次)为0.3mm，累积最大变化值(JX4点)为-1.3mm，符合规范及桥梁权属单位要求。

盾构过桩过程中曾发生3次螺旋机被钢筋卡住情况，通过正反转螺旋机并适当提高液压油压恢复正常推进。

盾构直接穿越建筑物桩基在盾构法施工中例子较少，大量穿越大桩径障碍物更是少见，本次盾构顺利穿越沙泾港桥桥桩为类似工程提供了重要的参考价值。

随着地下工程越来越广范的应用，需要更多的新型成熟的工艺来支持地下工程的发展。桥梁基础托换施工结合盾构穿越过桩施工工艺在目前的技术条件下尚属新兴技术。沙泾港基础托换工程做为一个科研项目，通过我项目部的努力以及相关部门的大力协助，初步形成了一整套基础托换结合盾构穿越技术，将在更广大的范围内获得推广。