CN113123361A - 盾构隧道安全下穿市政桥梁桩基托换系统及其施工方法 - Google Patents

Abstract

盾构隧道安全下穿市政桥梁桩基托换系统及其施工方法，本发明涉及市政建设技术领域，在工作平台上施工托换桩，托换桩顶部设置预顶承台，设置临时支架，在桥梁的盖梁底部施作大跨度、井字形上部托换结构梁，进行第一次托换施工，利用被托换桩在河底标高以下施工大跨度、井字形下部托换结构梁，然后施工托换墙至上部托换结构梁的下部，待下部托换结构梁混凝土达到强度后，进行第二次托换施工。其能保证上部桥梁交通的正常通行，避免了由桥梁拆复建所引起巨大的经济损失，又能有效的清除地铁施工的工程障碍，降低地铁盾构下穿的风险，大大减少了地铁施工的工程费用；同时，还尽最大可能地保留原市政桥梁或高架桥的功能需求。

Description

盾构隧道安全下穿市政桥梁桩基托换系统及其施工方法

技术领域

本发明涉及市政建设技术领域，具体涉及盾构隧道安全下穿市政桥梁桩基托换系统及其施工方法。

背景技术

随着城市经济和人口的发展，城市交通系统压力层级上升，而地铁由于其便利性和快捷性的特点，逐渐成为一种不可替代的城市交通分流系统。地铁的建设和发展对城市交通和经济的发展产生了极大地促进作用，因此，地铁已成为大、中型城市的标配，在全国各地遍地开花。由于规划或施工时间等的原因，地铁建设过程中不可避免地遇到各种各样的障碍物，如市政高架桥或桥梁桩基，由于其直径大、数量多，且一般为钢筋混凝土桩，同时，受到桥下低净空和狭小空间等的限制，施工难度极大，给设计和施工带来极大的麻烦。针对这个问题，通常采用的方法有以下几种：

（1）拆除重建：顾名思义，拆除既有桥梁，结合地铁线路情况进行原位或附近位置重建；优点是可综合考虑地铁线路情况进行技术性规避，同时满足永久桥梁功能要求和地铁线路要求；缺点是需要临时阻断交通，需要附近有充足的分流道路，工期长、工程成本大；

（2）拔桩改建：采用特殊机械拔除与地铁线路冲突的桩基，对桥梁局部进行改造；优点是可有效减小对地铁建设的影响；缺点是只适用于特定桥型且与桥面与地铁线路局部交叉的情况，且改造后可能减少既有桥梁的功能；

（3）盾构机切桩：采用特殊改造后的盾构机对既有桩基进行切削，桩基承载力损失通过加固等方式进行补偿；优点是可保留上部结构，工期短、工程成本相对较低；缺点是施工过程有卡机风险，技术不成熟，实施风险较大；

（4）桩基托换：采用梁式或板式托换结构和托换桩基组合的系统将建构筑物的上部荷载转换至新做托换系统上的方法；优点是可保留上部结构，工程成本相对较低，对上部结构影响不大；缺点是对施工空间要求条件高，往往需要施作基坑支护结构。

在实际工程中，受到各种复杂环境条件的限制，往往需要多种施工方法相结合的情况，且常规的桩基托换方式难以实施，需要结合工程实际情况对常规的桩基托换结构进行系统性改造，以满足工程实施条件及施工安全。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种设计合理的盾构隧道安全下穿市政桥梁桩基托换系统及其施工方法，其能保证上部桥梁交通的正常通行，避免了由桥梁拆复建所引起巨大的经济损失，又能有效的清除地铁施工的工程障碍，降低地铁盾构下穿的风险，大大减少了地铁施工的工程费用；同时，还尽最大可能地保留原市政桥梁或高架桥的功能需求。

为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：它的施工步骤如下：

步骤一、河道围堰，设置临时基坑，为施工提供工作平台；

步骤二、在工作平台上施工托换桩，托换桩顶部设置预顶承台，设置临时支架，在桥梁的盖梁底部施作大跨度、井字形上部托换结构梁，该上部托换结构梁与盖梁可靠连接，待上部托换结构梁混凝土达到强度后，进行第一次托换施工，将桥梁需要托换部分的上部荷载转换至新施工的托换体系上，上部托换结构梁与市政桥梁的盖梁以及桥桩通过植筋方式可靠连接；托换桩位置需设置在地铁盾构区间范围外，并预留一定的安全下穿距离；托换施工采用主动托换的方式，即在割除被托换桩之前对托换桩和上部托换结构梁间通过千斤顶和液压同步系统预先施加荷载，使托换桩和托换结构梁在上顶力的作用下，预先完成可能存在的变形，最终达到通过预加载消除部分托换桩和上部托换结构梁的变形，使托换桩和上部托换结构梁的变形控制在较小的范围；由于上部托换结构梁受力体系存在二次受力转换，受力及变形均较为复杂，因此，顶升力加载过程应按设计顶升力分级进行，并同步监测上部结构的沉降量，达到要求后锁紧安全自锁装置，放置垫块，完成受力转换过程；

步骤三、绳锯法割除被托换桩至工作平台部分，采用补偿收缩混凝土浇筑上部托换结构梁至托换桩间部分，完成上部托换结构体系；然后采用全套筒、全回转钻机拔除影响地铁盾构施工范围内的桩基；

步骤四、利用被托换桩在河底标高以下施工大跨度、井字形下部托换结构梁，然后施工托换墙至上部托换结构梁的下部，待下部托换结构梁混凝土达到强度后，进行第二次托换施工，将桥梁托换部分的上部荷载转换至河底新施工的托换体系上，为进一步控制上部结构的沉降变形，二次托换施工也应采用主动托换的方式，托换桩施工时应为下部托换结构梁预留钢筋接驳器，以避免二次托换施工时造成托换桩结构损伤；

步骤五、绳锯法自上而下割除上部托换结构梁多余部分、河底以上托换桩部分，采用补偿收缩混凝土浇筑托换墙至上部托换结构梁间部分，完成下部托换结构体系，然后回填至河底标高；

步骤六、支护结构回收，拆除河道围堰，恢复河道。

进一步地，所述的步骤一中基坑开挖前需对桥梁桩基附近土体进行注浆加固，补偿因基坑开挖产生的摩阻力损失。

进一步地，所述的步骤二中每两根被托换桩由四根托换桩进行托换。

进一步地，所述的步骤三中被托换桩切割应由表及里逐层切割，并应在监测指导下进行，如实时监测的沉降量大于预先的设定沉降量，则应根据实际情况对顶升力进行调整。拔桩孔采用性状接近或稍强于原状土的回填土密实回填，如粘性土或灰土，以满足后期盾构穿越的各项要求。

进一步地，所述的步骤五中割除过程应在监测指导下进行，如实时监测的沉降量大于预先的设定沉降量，则应根据实际情况对顶升力进行调整。

本发明的工作原理：采用桩基托换方案，确保上部交通基本正常通行；施工期间进行短期围堰，远期工况下将托换结构设置在河底以下，保证河道正常通航； 河道内设置临时基坑，提供施工条件；采用不影响桥下拔桩施工的托换结构体系，且桩基托换结构为地铁盾构区间预留安全下穿通道，为实现桥下拔桩施工和为地铁盾构预留安全下穿通道的目的，其对桩基托换系统及托换方法进行了特殊设计，托换系统的托换梁采用井字型大跨度钢筋混凝土结构，为二次受力转换结构体系，目的是预留下部施工空间，每处托换位置共设置4根托换桩，托换桩设置在盾构隧道两侧，并预留一定的安全距离，以确保后期地铁盾构安全、顺利下穿；共采用两次托换，第一次采用上部（桥梁盖梁底部）托换，为下部拔桩提供施工空间；第二次为下部（河道河底以下）托换，确保不影响远期河道通航，两次托换均采用主动托换，托换结构基本一致，共用托换桩基础。

采用上述方法后，本发明的有益效果是：本发明提供了盾构隧道安全下穿市政桥梁桩基托换系统及其施工方法，其能保证上部桥梁交通的正常通行，避免了由桥梁拆复建所引起巨大的经济损失，又能有效的清除地铁施工的工程障碍，降低地铁盾构下穿的风险，大大减少了地铁施工的工程费用；同时，还尽最大可能地保留原市政桥梁或高架桥的功能需求。

附图说明：

图1是本发明施工平面图。

图2是本发明施工剖面图。

图3是本发明步骤一的施工图。

图4是本发明步骤二中进行第一次托换施工的施工图。

图5是本发明步骤三中完成上部托换结构体系的施工图。

图6是本发明步骤四中进行第二次托换施工的施工图。

图7是本发明步骤五中完成下部托换结构体系的施工图。

图8是本发明完成施工后的状态图。

图9是本发明中步骤二进行主动托换立面施工图。

图10是本发明中步骤二进行主动托换平面施工图。

图11是本发明中三重钢管垫块的结构示意图。

图12是本发明中三重钢管垫块的立面图。

附图标记说明：

工作平台1、托换桩2、预顶承台3、被托换桩4、临时支护5、盖梁6、上部托换结构梁7、地铁盾构区间8、千斤顶9、三重钢管垫块10、河底标高11、下部托换结构梁12、托换墙13、围堰14、市政桥梁15。

具体实施方式：

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-图2所示，本具体实施方式采用如下技术方案：它的施工步骤如下：

步骤一、河道围堰14，设置临时基坑，为施工提供工作平台1，如图3所示，基坑开挖前需对桥梁桩基附近土体进行注浆加固，补偿因基坑开挖产生的摩阻力损失；

步骤二、在工作平台1上施工托换桩2，托换桩2顶部设置预顶承台3，每两根被托换桩4由四根托换桩2进行托换，设置临时支架5，在桥梁的盖梁6底部施作大跨度、井字形上部托换结构梁7，该上部托换结构梁7与盖梁6可靠连接，待上部托换结构梁7混凝土达到强度后，进行第一次托换施工，将桥梁需要托换部分的上部荷载转换至新施工的托换体系上，如图4所示，上部托换结构梁7与市政桥梁15的盖梁6以及桥桩通过植筋方式可靠连接；托换桩2位置需设置在地铁盾构区间8范围外，并预留一定的安全下穿距离；托换施工采用主动托换的方式，如图9-图12所示，即在割除被托换桩4之前对托换桩2和上部托换结构梁7间通过千斤顶9和液压同步系统预先施加荷载，使托换桩2和托换结构梁7在上顶力的作用下，预先完成可能存在的变形，最终达到通过预加载消除部分托换桩2和上部托换结构梁7的变形，使托换桩2和上部托换结构梁7的变形控制在较小的范围；由于上部托换结构梁7受力体系存在二次受力转换，受力及变形均较为复杂，因此，顶升力加载过程应按设计顶升力分级进行，并同步监测上部结构的沉降量，达到要求后锁紧安全自锁装置，放置三重钢管垫块10，完成受力转换过程；

步骤三、绳锯法割除被托换桩4至工作平台1部分，采用补偿收缩混凝土浇筑上部托换结构梁7至托换桩2间部分，完成上部托换结构体系；然后采用全套筒、全回转钻机拔除影响地铁盾构施工范围内的桩基，如图5所示，被托换桩4切割应由表及里逐层切割，并应在监测指导下进行，如实时监测的沉降量大于预先的设定沉降量，则应根据实际情况对顶升力进行调整，拔桩孔采用性状接近或稍强于原状土的回填土密实回填，如粘性土或灰土，以满足后期盾构穿越的各项要求；

步骤四、利用被托换桩4在河底标高11以下施工大跨度、井字形下部托换结构梁12，然后施工托换墙13至上部托换结构梁7的下部，待下部托换结构梁12混凝土达到强度后，进行第二次托换施工，将桥梁托换部分的上部荷载转换至河底新施工的托换体系上，如图6所示，为进一步控制上部结构的沉降变形，二次托换施工也应采用主动托换的方式，托换桩2施工时应为下部托换结构梁12预留钢筋接驳器，以避免二次托换施工时造成托换桩结构损伤；

步骤五、绳锯法自上而下割除上部托换结构梁7多余部分、河底以上托换桩2部分，采用补偿收缩混凝土浇筑托换墙13至上部托换结构梁7间部分，完成下部托换结构体系，然后回填至河底标高11，如图7所示，割除过程应在监测指导下进行，如实时监测的沉降量大于预先的设定沉降量，则应根据实际情况对顶升力进行调整；

步骤六、临时支护5回收，拆除河道围堰，恢复河道，如图8所示。

本具体实施方式的工作原理：采用桩基托换方案，确保上部交通基本正常通行；施工期间进行短期围堰，远期工况下将托换结构设置在河底以下，保证河道正常通航； 河道内设置临时基坑，提供施工条件；采用不影响桥下拔桩施工的托换结构体系，且桩基托换结构为地铁盾构区间预留安全下穿通道，为实现桥下拔桩施工和为地铁盾构预留安全下穿通道的目的，其对桩基托换系统及托换方法进行了特殊设计，托换系统的托换梁采用井字型大跨度钢筋混凝土结构，为二次受力转换结构体系，目的是预留下部施工空间，每处托换位置共设置4根托换桩，托换桩设置在盾构隧道两侧，并预留一定的安全距离，以确保后期地铁盾构安全、顺利下穿；共采用两次托换，第一次采用上部（桥梁盖梁底部）托换，为下部拔桩提供施工空间；第二次为下部（河道河底以下）托换，确保不影响远期河道通航，两次托换均采用主动托换，托换结构基本一致，共用托换桩基础。

采用上述方法后，本具体实施方式的有益效果是：本具体实施方式提供了盾构隧道安全下穿市政桥梁桩基托换系统及其施工方法，其能保证上部桥梁交通的正常通行，避免了由桥梁拆复建所引起巨大的经济损失，又能有效的清除地铁施工的工程障碍，降低地铁盾构下穿的风险，大大减少了地铁施工的工程费用；同时，还尽最大可能地保留原市政桥梁或高架桥的功能需求。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.盾构隧道安全下穿市政桥梁桩基托换系统及其施工方法，其特征在于：它的施工步骤如下：

步骤（一）、河道围堰，设置临时基坑，为施工提供工作平台；

步骤（二）、在工作平台上施工托换桩，托换桩顶部设置预顶承台，设置临时支架，在桥梁的盖梁底部施作大跨度、井字形上部托换结构梁，该上部托换结构梁与盖梁可靠连接，待上部托换结构梁混凝土达到强度后，进行第一次托换施工，将桥梁需要托换部分的上部荷载转换至新施工的托换体系上，上部托换结构梁与市政桥梁的盖梁以及桥桩通过植筋方式可靠连接；托换桩位置需设置在地铁盾构区间范围外，并预留一定的安全下穿距离；托换施工采用主动托换的方式，即在割除被托换桩之前对托换桩和上部托换结构梁间通过千斤顶和液压同步系统预先施加荷载，使托换桩和托换结构梁在上顶力的作用下，预先完成可能存在的变形，最终达到通过预加载消除部分托换桩和上部托换结构梁的变形，使托换桩和上部托换结构梁的变形控制在较小的范围；由于上部托换结构梁受力体系存在二次受力转换，受力及变形均较为复杂，因此，顶升力加载过程应按设计顶升力分级进行，并同步监测上部结构的沉降量，达到要求后锁紧安全自锁装置，放置垫块，完成受力转换过程；

步骤（三）、绳锯法割除被托换桩至工作平台部分，采用补偿收缩混凝土浇筑上部托换结构梁至托换桩间部分，完成上部托换结构体系；然后采用全套筒、全回转钻机拔除影响地铁盾构施工范围内的桩基；

步骤（四）、利用被托换桩在河底标高以下施工大跨度、井字形下部托换结构梁，然后施工托换墙至上部托换结构梁的下部，待下部托换结构梁混凝土达到强度后，进行第二次托换施工，将桥梁托换部分的上部荷载转换至河底新施工的托换体系上，为进一步控制上部结构的沉降变形，二次托换施工也应采用主动托换的方式，托换桩施工时应为下部托换结构梁预留钢筋接驳器，以避免二次托换施工时造成托换桩结构损伤；

步骤（五）、绳锯法自上而下割除上部托换结构梁多余部分、河底以上托换桩部分，采用补偿收缩混凝土浇筑托换墙至上部托换结构梁间部分，完成下部托换结构体系，然后回填至河底标高；

步骤（六）、支护结构回收，拆除河道围堰，恢复河道。

2.根据权利要求1所述的盾构隧道安全下穿市政桥梁桩基托换系统及其施工方法，其特征在于：所述的步骤（一）中基坑开挖前需对桥梁桩基附近土体进行注浆加固，补偿因基坑开挖产生的摩阻力损失。

3.根据权利要求1所述的盾构隧道安全下穿市政桥梁桩基托换系统及其施工方法，其特征在于：所述的步骤（二）中每两根被托换桩由四根托换桩进行托换。

4.根据权利要求1所述的盾构隧道安全下穿市政桥梁桩基托换系统及其施工方法，其特征在于：所述的步骤（三）中被托换桩切割应由表及里逐层切割，并应在监测指导下进行，如实时监测的沉降量大于预先的设定沉降量，则应根据实际情况对顶升力进行调整,拔桩孔采用性状接近或稍强于原状土的回填土密实回填，如粘性土或灰土，以满足后期盾构穿越的各项要求。

5.根据权利要求1所述的盾构隧道安全下穿市政桥梁桩基托换系统及其施工方法，其特征在于：所述的步骤（五）中割除过程应在监测指导下进行，如实时监测的沉降量大于预先的设定沉降量，则应根据实际情况对顶升力进行调整。

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