盾构线路上既有建(构)筑物桩基处理技术.doc

1、盾构线路上既有建(构)筑物桩基处理技术摘要：在城市地铁盾构施工中，由于盾构线路规划设计条件的限制，可能发生盾构隧道范围内存在地下障碍物，将对盾构隧道施工造成严重影响。本文针对盾构线路上存在既有构筑物桩基的实际情况，对桩基在带压作业面下处理施工方法进行了详细的阐述介绍。 关键词：地铁盾构既有（建）构筑物桩基冷冻冻结桩基破除 中图分类号：U231+.3 文献标识码：A 文章编号： 1 前言 在中国各行各业日新月异，经济腾飞的时代，城市基础设施路网建设也在其中扮演一个非常重要的角色，以地下铁道为中心的城市轨道交通建设也获得空前发展。城市中地铁盾构施工过程中，经常会遇到既有建（构）筑物桩基等地下障碍物

2、，极易造成盾构机设备损坏，维修工作极为困难，对盾构施工工期及经济产生极为不利的影响。因此，针对盾构隧道线路上存在的桩基必须采取合理有效的处理措施，保证盾构机顺利通过，规避盾构施工风险。 本文根据某区间盾构穿越地道格构柱桩基的施工特例，针对盾构线路上既有桩基障碍物的处理方法和措施进行分析和总结。 2 工程概况 2.1 盾构区间设计概况 该区间起讫里程为：左线 DK11+560.3DK12+104.599，区间长度555.334m；右线 DK11+560.3DK12+104.768，区间长度 538.542m（短链5.926m） 。 区间隧道外径 6.2m，内径 5.5m，管片拼装衬砌为单洞圆形隧

3、道。盾构机采用小松 6340PMX 土压平衡式盾构机，刀盘外径 6360mm。 2.2 地质概况 该穿越范围土层主要为粉质粘土、粉土、粉砂等，对盾构施工产生影响的土层主要为4 粉砂层。而盾构左线隧道下部约 1m 即为4 粉砂层，右线隧道已处于4 粉砂层中，左右线隧道下4 粉砂层厚度均约为10m，盾构掘进施工容易受到粉砂层影响。 图 2-1 盾构左线隧道地质纵断面图图 2-2 盾构右线隧道地质纵断面图 2.3 五经路地道与盾构隧道关系 建天区间里程 DK11+817DK11+843 范围为建天区间隧道、五经路地道及地下直径线三者重叠区域，重叠区域上部为地下直径线，中部为五经路地道，下部为建天区间

4、左右线隧道。其中，五经路地道顶板即为地下直径线底板；盾构左线隧道顶部距五经路地道底板底部约 1.54m，盾构右线隧道顶部距五经路地道底板底部约 4.29m。 五经路地道施工过程中该区域共设置了 5 根临时格构柱，5 根格构柱均位于地道的新开路至大沽桥下行方向，处于盾构双线施工范围内，存在侵入盾构隧道的风险。 通过对 1#、2#、4#、5#格构柱桩基进行桩位确定，实际勘测的桩体位置与盾构隧道相对关系如下: 1#桩基距左线盾构隧道 0.22m;2#桩基进入左线盾构隧道 1.02m： 4#桩基全部进入右线盾构隧道 1.37m；5#桩基距右线盾构隧道0.62m。 经过分析，2#、5#桩基不会对盾构隧道

5、施工产生影响，仅需对1#、4#桩基进行处理。该 2 根格构柱直径均为 1m，桩长 15m，格构柱结构为钢筋混凝土结构，灌注桩内钢筋为 8 根 20 主筋，钢筋笼长度为12m；格构柱立柱为 400 钢管，壁厚为 6mm。侵入盾构隧道部分桩体含有钢筋笼。 图 2-4 地道桩基与盾构隧道实际关系平面图 3 冷冻冻结施工 3.1 冷冻施工 为了保证地下破除桩基的施工安全首先对地下桩体进行冻结，再采用人工凿除格构柱桩的方式进行施工。 在 1#、4#桩基周围布置冻结管，每根钻孔柱周围布置 2 圈竖直冻结管，为了保证冻结体封闭、交圈，冻结管布置自上至下向桩体倾斜。冻结圈直径：冻结体顶部内外冻结圈直径分别为

6、2.6m 和 5.4m；冻结体底部内外冻结圈直径分别为 2m 和 4m；其中，靠近地道中隔墙位置冻结管沿隔墙进行布置，与桩基中心垂直距离约 1.6m。形成的冻结范围为分别以钻孔柱中心为圆心，顶部直径为 6.4m，底部直径为 5m 的类圆锥形；冻结深度为自地道底板底面（钻孔桩顶面）至隧道底部外皮下约 5m 范围。 图 4-1 冻结孔及其它钻孔布置平面图 图 4-2 冻结孔及其它钻孔开孔布置图纵剖面图 3.2 冻结温度场分析 3.2.1 计算模型 （1）有限元模型参数 参照人工冻土试验结果，温度场计算采取的模型参数如下表 表 4-1 模型参数 土层 比热 kJ/(kg.) 密度（g/cm3） 含水

7、率（%） 未冻土 冻土 砂性粉质粘土 1.36 1.36 1.9 25 （2）模型温度荷载 冻结计算时温度荷载按如下方式添加： （a）土层原始温度为 18。 （b）土的结冰温度：-2。 （c）设计积极冻结期间盐水温度下降情况如下表所示： 表 4-2 盐水降温计划 时间（天） 1 7 15 20 30 温度（） 18 -18 -28 -30 -30 3.2.2 数值计算结果分析 依据图纸冻结孔位置，进行有限元温度场分析计算，求得理想状况下冻结 30 天后冻土帷幕的平均温度和发展厚度。 表 4-3 冻土帷幕结果 冻土帷幕厚度（m） 外圈孔冻结壁发展半径（m） 平均温度（） 开孔位置 3.5 0.8

8、 -12 终孔位置 2.85 0.85 -14 图 4-4 开孔位置冻结 30 天温度云图图 4-5 终孔位置冻结 30 天温度云图 以上温度场计算结果表明，在理想状态下冻结 30 天后冻土帷幕厚度和平均温度可以达到设计的冻土帷幕厚度和平均温度（开孔口位置截面半径 3.2m，终孔位置截面半径 2.5m，平均温度10） ，平均厚度和温度都大于设计要求，当前冷冻冻结方案是可行的。 4 格构柱破除 4.1 施工准备 施工物资、设备：卷扬机、吊斗、钢丝绳、风镐、安全网。 卷扬机吊装能力设计为 5t 以上，采用三角支架支撑，卷扬机中心安装在靠地道隔墙一侧。 在洞体内设置一道可拆卸安全网。钢护筒加工时在内

9、壁设置挂钩，安全网与钢护筒内壁挂钩连接，可方便拆卸安装。 4.2 桩体破除 采用人工逐层破除钻孔桩钢筋、混凝土，直至将钻孔桩侵入隧道内部分全部清除，破除深度为五经路地道底板底面以下约 11m。每步深度为1m，采用风镐破除，先破核心部分然后再破四周部分，减少冻结体直接暴露的时间。破除直径为 1.5-1.6m，保证钢护筒能顺利拼装即可。 4.3 钢护筒安装 1）设计采用 1.4m 直径钢管制作护筒，护筒每节长度为 1m，壁厚为t=3mm，一般情况下均使用 1m 标准节，为了防止意外的发生，现场备用0.3m，0.5m 各一节。 2）每节钢护筒分为 4 块，分为 1 号块、2 号块（2 个）和 3 号

10、块，每块均带有吊点，便于进行吊装及悬挂安全网。钢护筒采用内法兰连接，采用 M20 螺栓连接，并在钢护筒 1 号块内侧同一位置用方钢管预先焊接一道爬梯。 3）钢护筒每块均沿内壁设置纵向肋板、横向肋板各一道，提高护筒自身强度。肋板采用 5mm 厚钢板制作，宽度与法兰盘相同，与钢护筒焊接连接。 4）人工每破除 1m，立即将护筒利用卷扬机下放到位。护筒外与冻结壁之间采用棉被填充，作为保温材料。 4.4 钢护筒的拆除与回填 1）钻孔桩凿除至设计位置时，可拆除护筒，拆除顺序为自下而上依次进行，每拆除一节或两节进行一次回填。 2）回填采用粘土，每步回填不得高于钢护筒拆卸深度。 5 结束语 城市地铁盾构施工过程中地下情况相对复杂，前期线路设计中易于忽略沿线建（构）筑物既有或残留桩基，使盾构施工中障碍物侵入盾构隧道，造成盾构机机械设备损坏以至于无法继续施工，对整个工程产生重大影响。本文针对既有地道施工桩基侵入盾构隧道的特例，通过对施工方案进行比选确定，采用了冻结法破除的方法进行障碍物排除，切实保证了盾构隧道施工安全。 本文所涉及的施工关键环节是桩基周围土体冷冻冻结施工。根据实际施工现场情况进行冷冻管布设，并对桩基冷冻进行冻结温度场分析计算，验证了冷冻冻结施工效果，确保了后续桩基破除施工的顺利开展。当冷冻冻结效果达到预定要求时，对桩体进行破除施工，采用钢护筒作为地下作业施工安全措施。