盾构下穿龙蟠南路高架桥基础处理方案介绍

　　摘要：龙蟠南路高架桥主线桥及匝道桥为桩基础，通过采用托换结构补强既有结构基础，以及软流塑地质的矿山法开挖洞内取桩，确保后期盾构安全通过及上部建构筑物的安全。
　　关键词：龙蟠南路高架桥 托换 沉降变形 体系转换
　　中图分类号：U448.28文献标识码： A
　　
　　1工程概况：
　　南京地铁三号线雨花门站～卡子门站区间，线路沿晨光路敷设，区间主要采用盾构法施工。该区间在卡子门站北端需穿越既有龙蟠南路高架桥主线桥路基段与高架过渡段、南匝道桥路基段及北匝道桥高架段。主线桥桥面为双向六车道，车流量大，交通繁忙。交通不能中断，匝道桥为双向两车道。由于施工图阶段调查出主线桥台及高填土路基段挡墙均设有桩基础（其中主线桥桥台采用直径1米钻孔灌注桩，桩长18.2米，路基挡土墙基础采用200×200预制方桩，间距0.8米，桩长8.5米），盾构区间与桥梁桩基在空间位置上冲突，桥台桩基有5根Φ1000钻孔灌注桩侵入左线隧道内。高填路基挡土墙基底预制桩约45根侵入隧道左，右线穿越范围内。隧道与主线桥承台底最小净距约5.6米，与路基挡土墙底最小净距约4.3米。平剖面位置关系如下图所示：
　　
　　
　　
　　图1 隧道与既有结构平、剖面关系图
　　该区间左右线各采用一台罗宾斯盾构，由于桥梁基础配筋较多，为确保龙蟠南路高架桥在施工及后续运营期间的安全及盾构机顺利掘进施工，须对既有桥桩进行截除处理，并对截桩产生的桥梁承载力损失进行补偿即进行桩基托换。
　　设计方案通过在龙蟠南路高架桥下增加两座矿山法施工竖井，并通过矿山法进洞截桩（仅作初支），而后素混凝土回填矿山法隧道及竖井后，盾构切削通过。
　　2工程地质及水文地质条件介绍
　　穿越段地质条件由上至下主要分布为：
　　1）1-1杂填土层，层厚0.3~7.1米，松散~稍密；
　　2）2-1b2粉质粘土层，层厚0.2~3.6米，可塑，局部软塑；
　　3）2-2b3-4+a3-4粉质粘土、淤泥质粉质粘土层，层厚0.9~9.2米，软~流速；
　　4）2-3b2-3粉质粘土层，层厚0.8~6.6米，软~可塑；
　　5）4-2b1-2粉质粘土层，层厚0.8-10.4米，可~硬塑；
　　6）4-3b2-1粉质粘土层，层厚1.0-12.0米，可~硬塑；
　　7）4-4e含卵砾石粉质粘土层，层厚0.8-9.2米，硬~可塑（部分软塑）；
　　8）Klg-2泥岩、泥质粉砂岩层，层厚0.4-7.1米，强风化。
　　隧道主要穿越范围地层为：2-2b3-4+a3-4粉质粘土、淤泥质粉质粘土、2-3b2-3粉质粘土及4-3b2-1粉质粘土。其中左线洞身大部分穿越2-2b3-4+a3-4软~流塑粉质粘土、淤泥质粉质粘土~粘土、淤泥质粘土，该层其强度低，具高压缩性，属灵敏土，围岩极易坍塌变形、易涌土。
　　此外，4-4e为微承压水层，上覆微透水的4号层粘性土为相对隔水层（层底深度12.4~25.8m），隔水底板为下伏基岩（层顶深度13.2~28.0m）。微承压水水头埋深在地面下2.9~3.4m。
　　3主要技术处理措施
　　针对既有桥梁、路基挡墙基础与隧道相对位置关系，主要解决措施是进行矿山法洞内取桩，而后回填，盾构最终切削通过。此过程既要考虑托换过程中既有桥梁结构的安全，确保地面交通不中断，又要考虑施工期间矿山法开挖的自身安全及后期盾构通过安全及地面超载对施工的影响。设计对主线桥路基段与高架过渡段、南匝道桥路基段及北匝道桥高架架空段采取了不同的处理措施。
　　1）主线桥
　　处理方案首先对既有桥台基础进行补偿托换，即在原有桥台基础外缘通过植筋连接加宽底部筏板基础面积，同时新作筏板底部增设五根钻孔桩，形成托架，使得在后续截桩过程中桥台部分荷载传递到新的受力体系。托换施工完毕后，就近选择合适位置增加两处临时矿山法竖井。竖井施工采用钻孔桩支护，盾构通过范围设置玻璃纤维筋以便后期刀盘切削。通过竖井进行矿山法隧道开挖，随后进行洞内截桩破除障碍物，而后进行回填，盾构切削通过。由于需要后期盾构推过，矿山法断面需要充分考虑盾构掘进的机具尺寸及施工偏差，同时要结合地质情况尽量减小断面尺寸以控制施工风险，综合上述影响因素，最终选择6.8米内净空的圆形矿山法断面，如下图所示：
　　
　　图2 矿山法断面设计及施工步续
　　在实施过程中克服了大量困难及风险：首先，竖井及托换结构位于现状高架桥下，桥下净空仅4米左右，严格限制了竖井围护结构及托换桩的施工，在施工机具选择上，施工方自主改装了冲孔桩机，架高约4米5左右，通过地表削土1米后再进行桩基施工。另外由于提升高度的限制，钢筋笼分至5~6节吊装连接，无疑增大了施工难度；其次，由于场地限制，矿山法竖井规模控制严格，内净空仅4.4×8.6米，竖井开挖及矿山法隧道开挖土方开挖及运输均有一定困难，主要通过采用小挖掘机配合人工开挖，卷扬机小斗出土的方案解决；再者，隧道洞身大部分处在软流塑地层，同时处在主干道下方，地面交通繁忙，地面沉降控制严格，而隧道拱顶断桩仍会传递部分荷载压在隧道衬砌上，矿山法隧道施工风险较大，为确保隧道开挖安全，设计采用400mm喷射砼初支、工28a型钢拱架以增强初支强度、刚度，以满足隧道开挖期间受力及及时支护的要求，超前支护采取双排Φ42注浆小导管，设置边墙锚杆加强隧道衬砌与周边围岩的整体性，另因掌子面地层自稳性差，在开挖前进行掌子面全断面超前劈裂注浆加固。隧道开挖采用短台阶法开挖，即上将开挖面分为上、下两个台阶，以拱脚分界，先开挖上部台阶，预留核心土，开挖循环进尺0.5m，每开挖一循环，立即进行拱部围岩初喷砼封面，挂网、架立拱部格栅钢架，喷射拱部砼至设计厚度，设置临时横撑。下半断面紧跟上部，即错开3～5m的超短台阶，一次落底开挖，循环进尺与上部相同，每开挖下部一循环后立即进行边墙及仰拱围岩喷砼封面，打设边墙径向锚杆，挂钢筋网架设边墙及仰拱格栅钢架，喷射砼，及早封闭砼初支结构，通过以上加强措施，保证隧道开挖的安全及控制地表沉降不超限。
　　2）北匝道桥高架架空段
　　由于左线竖井紧贴被匝道桥高架桥架空段桥台基础，竖井桩基施工及基坑开挖过程中会对，为确保既有桥梁结构基础的安全，在既有承台远离开挖侧参照既有结构规格增加补强两根托换桩及补强承台，以补偿基坑开挖桥梁基础侧摩阻力的损失及增强整体稳定性及抗侧移能力。
　　3）南匝道桥路基段
　　由于该段地铁隧道外边线空间上已避开填土路基挡墙复合地基加固预制方桩范围，主要通过盾构掘进过程控制减小地面沉降。
　　4后续监测成果
　　桩基托换及软流塑矿山法施工是风险性高、施工难度大的施工项目，因此在整个施工过程中，施工监测就起到了十分重要的作用。作为判断被托换结构实时状态的重要手段，及时反馈到设计、施工中能够正确的指导施工，及时动态的调整方案。本工程监测项目主要有：1)建筑物的沉降；2)地表沉降；3)拱顶沉降及隧道收敛观测。
　　在托换、矿山法隧道开挖及后续盾构掘进通过后的监测值收敛完成的主要最终监测结果为：右线上方主线桥挡土墙位移沉降量4.6mm，竖井边补偿北匝道桥承台竖向位移10.8mm，主线桥桥台基础竖向位移沉降量7.9mm。既有结构外观检测均正常，说明整个托换过程达到了设计预期的目的，成功的实现了结构受力体系转换。
　　5结论
　　随着地铁建设高峰期的到来，隧道下穿建构筑物基础是不可避免的，首先应该在线路上尽量避让建筑物基础。如必须穿越则应结合被穿越建构筑物的结构形式、基础形式、场地实施条件、地质情况、工期情况、经济等条件综合选择合适的处理方式。
　　本工程因现场施工场地限制，同时原有桥台基础采用桩筏基础在不中断地面交通的情况下，不宜直接托换原有结构桩基础，而是采用了补偿基础面积，分(本文来自：www.bdFqY.cOM 千 叶帆文 摘:盾构下穿龙蟠南路高架桥基础处理方案介绍)担部分荷载的思路解决了截桩后原有结构受力问题。并且在地质条件相对较差的软流塑地层中施工矿山法，通过加强超前支护、初期支护、掌子面超前加固处理等措施，确保了开挖期间隧道及地面建构筑物的安全，也为三号线正线区间正常掘进创造了条件。
　　参考文献
　　[1] 《JTG D70-2004公路隧道设计规范》JTG D70-2004
　　[2] 《建筑桩基技术规范》JGJ-94-2008
　　[3] 《混凝土结构后锚固技术规程》JGJ145-2004