1、1解析盾构穿越桥梁时拔桩托换技术内容摘要：通过工程实例对盾构穿越桥梁时拔桩托换施工技术做一阐述，对拔桩托换工作原理和控制重点进行分析，以此给类似地铁区间隧道施工中遇到桥梁桩基等障碍物等工程，提供借鉴和参考。 关键词：穿越桥梁 拔桩托换套管压入压入力回转速度垂直度桩位回填 中图分类号： K928 文献标识码： A 文章编号： 随着城市经济建设向前高速发展，隧道的建设将越来越多，盾构施工过程中也将会碰到很多地下障碍物需要处理，其中，既有桥梁桩基是比较多见的地下障碍之一。国外进行此类施工时，往往采取托换拔桩等工法，在保证施工中旧桥的功能发挥的同时除去影响盾构向前推进的障碍物。经济起见，可考虑施工对交
2、通的影响，而不拆除交通要道的桥梁。为达到这一目的，通过首先对结构本身进行加固，对桥梁基础进行托换，使桩基础的荷载转移，然后将桩进行拔除或在适当部位进行截断。 1.案例背景 宁波地铁一号线一期工程盾构区间占区间线路 80。其中，福明路站世纪大道站盾构区间线路从福明路站沿中山东路走向，下穿后塘河支流、芦家河后到达世纪大道站。因受世纪大道站站位的限制线路需要下穿七里垫桥、史家桥。中山东路为通往宁波江东新区的城市交通主干道，车流较大，此区间道路交通压力繁重。因此盾构隧道施工前需要对2桥梁进行拔桩托换。 2.拔桩托换方案的优越性 2.1 干扰小、工期短： 采用拔桩托换技术就是为了保留既有桥梁的使用能力，
3、减小对周边路段的交通影响。而且，拔桩托换是对既有桥梁进行改造，较桥梁拆除后再新建桥梁工期短，并能尽快提供盾构穿越条件。 2.2 工程量小，经济效益好： 例如本工程区间穿越七里垫桥、史家桥两座桥梁，且周边有社区、学校、银行等，空间有限。如采取整体拆除该桥梁结构的方法，通常的施工顺序为首先拆除旧桥，将桩基拔除，与此同时搭建临时替代桥梁，将地面道路交通改道，盾构施工结束后，修建新桥，另外同时拆迁量也大，代价很高。与整体拆除旧桥相比，桥梁托换拔桩的方法显然更具有较大的优越性。与拆桥方法需要拆除两座桥梁、新建两座桥梁相比，托换方法只需对旧桥进行加固及拔桩托换即可，具有很大的经济和社会效益。因此本方法应该
4、成为国内同类施工中的趋势。 3.拔桩托换施工技术 3.1 工程概况： 本工程区间所经两座桥七里垫桥河道宽度为 13m，东侧需拔除 800钻孔桩 3 根，西侧需拔除 800 钻孔桩 4 根；史家桥河道宽度 13m，东侧需拔除 800 钻孔桩 3 根，西侧需拔除 800 钻孔桩 2 根。钻孔桩均为排桩，位于河岸位置，七里垫桥桩距为 3.6m（右图） ，史家桥桩距为4.55-4.6m。桥梁结构拆除后，桥头形成高差约为 2m 斜坡。 3桩基埋深较深，选择高效、快速、环保的全套管新技术进行拔桩处理。 3.2 双套管全螺旋回转钻机作业原理 本区间桥梁拔桩选用双套管全螺旋回转钻机（CD 机）进行施工。即利用
5、全回转设备产生的下压力和扭矩，驱动钢套管转动，利用管口的高强刀头对土体、岩层及钢筋混凝土等障碍物的切削作用，将套管钻入地下，去除套管内桩体，最后向套管内回填土体并逐节顶拔套管。在整个过程中套管钻进与套管顶拔是整个施工的关键。该工法最大的特点是可将套管钻入有岩层或高强障碍物的土层，利用套管的护壁作用，在套管内进行清障。 3.3 施工准备工作 3.3.1 测量放线 根据设计提供的基准点，将各拔桩中心点精确引至地面，并用红油漆标记。 3.3.2 机械组装及检测 在拔桩机机和吊车行走或停放地点，满铺钢板，最大限度的使钢平台受力均匀。组装拔桩机机以及履带吊，并检测合格后才能使用。另外对场地的要求：全装备
6、重量时 1.12kg/cm2。硬地坪厚度在 25cm 以上。准备采用铺设 1517cm 走道板。施工区域面积吊车作业半径 30 米。 3.3.3 拔桩机基础平台设置及就位 拔桩平台搭设采用 7003002413mmH 型双拼钢横跨桥面。型钢与地面接触部位采用 6000250020mm 钢板铺设，保证型钢受力及水平。4桩机平台采用 60001500200mm 走道板叠加平铺。因桥头斜坡高差达2m，坡脚至河岸 1.6m，将采取在坡脚填铺 0.5m 厚渣土，横向叠加 4 层走道板，再纵向铺设 2 层走道板与型钢端对齐，然后在型钢与走道板接触部位铺设 20mm 厚钢板，从而保证 H 型双拼钢与地面的受
7、力和水平。如图1-1、1-2： 图 1-1 拔桩机施工基础平台示意图 图 1-2 拔桩机基础平台 H 型钢位置示意图 本型号拔桩机共有三对油压撑脚，前端一对撑脚中心与钢套筒中心处于同一平面放置在两侧型钢上，第二对撑脚放置在走道板上，第三对撑脚（后端）放置在地面上。本机型的套筒环位于前端，自重 95T，工作状态达 400T，机台长度 8.3m，宽度 4.05m，第一对撑脚（前端）支撑点与型钢支点的距离在 0.5m-1.0m 范围内，对型钢产生的剪应力较小，不显著影响型钢平台的强度和刚度稳定性。 考虑到型钢的局部沉降性，第二对撑脚应放置在走道板上，通过调整撑脚高度始终保持机台的平衡性和稳定性。 3
8、.4 工艺流程 钻机就位 下套管 切桩 拔除桩身 回填 拔套管 移机 场地平整 3.5 施工方法 53.5.1 钢筋混凝土清除 钢筋混凝土清理直接利用回转钻机进行，首先利用回转钻机将套筒压入至钢筋混凝土表面，然后利用液压力，将套管强行回转下压穿越钢筋混凝土下压，对于进入套管内的混凝土块，可直接采用冲抓斗排出（见图 2） 。 图 2 拔桩施工技术示意图 3.5.2 套管压入 根据现场施工条件，配置套管长度。套管标准节长度 6m，调整节长度 2m、1m，采用内六角高强螺栓连接。EXL-1500 型采用楔型夹紧机构将回转钻机的回转支承环与套筒固定，楔型夹紧机构与套筒的咬合与松开由夹紧油缸控制，当夹紧
9、油缸向上提升时，楔型块跟着上升，夹紧机构松开；当夹紧油缸向下收缩，楔型块也随之下降，从而牢靠地将套管和回转支承装置咬合（如图 3） 。回转支承旋转产生的扭矩通过楔型夹紧装置传递到套筒上，带动套筒进行回转。 套管插入初期施工质量的好坏对以后套管压入有很大影响，因此，插入初期、后期的压入施工方法和注意事项也不尽相同。 3.5.2.1 套管插入初期 a.在套管插入初期会对以后套管的垂直精度有很大影响，所以必须慎重压入，应以自重压入为主。 b.夹紧套管时，应用在起重机将套管吊起悬空的状态下抓紧。 c.套管前端插入辅助夹盘之前，先用主夹盘抓住套管，收缩推力油缸落下套管，以防止钻头与辅助夹盘的碰撞事故。
10、6d.套管在插入初期，应利用套管自重压入，禁止强行压入套管。用自重压入套管，首先将发动机设置在高速状态，回转速度设置为中等程度，并使套管持续下降到推力油缸的最大行程。 c.插入初期不要过度使套管上下动作，应积极配合自重进行下压，在挖掘初期反复上下动作将使地基松动,只有当自重进行压入速度变慢时，方可逐步增加压入力。采用采用自重压入时，压入力计算公式为：压入力（自重）F钻机的一部分自重（W1）套管自重（W2） 3.5.2.2 插管挖掘后期 进入挖掘中、后期主要使用液压进行手动压入，当采用自重压入速度变慢时，将液压动力站“压入力调整盘”向右旋转，液压会逐步上升，此时压拔钮在置于“压入”状态时，液压油
11、缸向推力油缸供油，此时压入模式转为液压压入压入力计算公式为： 压入力 F=钻机的一部分自重(1)+套管自重(W2)+液压力(P) 周边摩阻力前端阻力，若液压力过度上升，在超过下部机架自重时会出现下部机架浮起的情况，此时回转钻机将无法工作。此时若继续进行套管压入操作，在下部机架浮起的瞬间，会增加使套管倾覆的负荷，导致套管垂直度变超标。所以，为防止下部机架浮起，应在钻机两侧放置配重或使用“压入力调整盘”调整压入力。 3.5.2.3 切桩与拔桩 在套管下沉至要求标高后，套管旋转，利用套管内侧的切割刀头来回搓动切割桩身钢筋（如右图所示） ，当一侧钢筋切断后，套管旋转180，来回搓动切割另一侧，然后在套
12、管与原有灌注桩之间的缝隙插入7倒三角锤，使套管与灌注桩紧密结合，回转套管，正反方向来回转动套管，角度慢慢增大，直至 360，使灌注桩疲劳断裂、分段取出，拔出桩身速度不易大于 30cm/min。 3.5.2.4 套管起拔及回填 套管拔除在回转钻进到预定标高并将套筒内渣土及障碍物全部清除后完成。拔除采用回转装置反向回转进行，拔除与回填应同步进行，以保证回填材料充满孔洞并保证回填的密实，并使用冲抓斗夯实。由于套筒在回转钻进时时一节一节下压接长的，因此拔除套筒也按照逐节拔除的方法进行，拔出一节后拆除顶部一节套管后，继续拔出下部套管。 3.6 施工要点 3.6.1 刀头选择 套管刀头应选择合金钢刀头，且
13、刀头伸出套管内外各 1020mm。 3.6.2 拔桩速度 套管下钻到位后，起拔桩身初期速度应缓慢，每分钟不易大于300mm。 3.6.3 桩位回填 考虑盾构正常穿越该桩位底层，可分段采用二种不同的材料进行回填。即：以盾构区间顶标高以上 2m 为界，下边填充黄砂，上边灌注 C5混凝土填充；另外，考虑到部分旧桩可能穿入地下承压水层，为了避免盾构推进中出现突涌问题，对此类桩拟采取特殊回填措施，即：盾构区间顶标高以上 2m 至底标高以下 2m 之间填充黄砂，上、下段灌注 C5 混凝土（见右图） 。 83.6.3 回填与拔管 回填与拔管应同步进行，即回填 1m 高度的回填材料，拔出 1m 套管，再回填，
14、直至回填到设计要求的标高，拔出全部套管。 参考文献： 1叶书麟，汪益基等. 基础托换技术M. 北京：中国铁道出版社，1991.18. 2叶书麟，韩杰，叶观宝. 地基处理与托换技术M. 北京：中国建筑工业出版社，1994.565603. 3谢婉丽等. 地基处理中的托换技术及应用J. 昆明理工大学学报，2001.4. 4建筑桩基技术规范 （JGJ94-94）. 北京：中国建筑工业出版社，1995 .4445. 5 吴兴序，于志强，庄卫林. 岩层中抗拔桩的承载力计算方法讨论J，西南交通大学学报, 2002-2. 6 高大钊,袁聚云土质学与土力学(第三版)人民交通出版社, 2005. 7 张凤祥盾构隧道施工手册人民交通出版社，2005
