CN115897426A - 一种叠落隧道盾构安全穿越既有桥桩侵入隧道区施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种叠落隧道盾构安全穿越既有桥桩侵入隧道区施工方法，属于岩土工程施工技术领域，包括以下步骤：规划托换桩的具体位置，确定托换大梁的平面轮廓；计算托换大梁及托换桩的具体尺寸及数量，并打设托换桩；开挖基坑，基坑分两阶段开挖，第一阶段挖至托换大梁位置的底部，施工托换大梁，托换大梁置于托换桩顶部；第二阶段挖至托换桩的下方，将旧桩承受荷载转移至托换桩；在托换大梁下方截断旧桩，回填基坑；盾构在叠落隧道中两次磨桩通过既有桥桩侵入隧道区。该方法首先在地面架设临时支撑结构，控制桥墩的沉降及水平位移；托换桩打设后两阶段开挖基坑，开挖后将旧桩截断，从而降低叠落隧道两次磨断桩过程中对托换桩基的影响。

Description

一种叠落隧道盾构安全穿越既有桥桩侵入隧道区施工方法

技术领域

本发明属于岩土工程施工技术领域，具体涉及一种叠落隧道盾构安全穿越既有桥桩侵入隧道区施工方法。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

地面交通日益拥挤，地铁作为一种基本不占用地面资源的便捷交通运输方式，成了城市发展到一定程度的必然选择。盾构法也成了地铁兴建的主要施工方式。但是地铁的建设预示着城市发展达到了一定规模，地下布设各种管线、桩基，且地铁线路常需要沿道路线进行铺设，因此可利用地下空间资源被进一步压缩。特别是道路上方既有高架桥时，隧道线路设计需要考虑对桩基的保护，除此之外，桩基侵入线路且线路无法改线或考虑经济效益需对桥桩进行托换。

通常地铁线路分上下线平行铺设，但是随着地下空间可用资源越来越少，上下叠落形式的地铁线路设计不断涌现。叠落隧道施工风险系数高，对周边环境扰动大，更加注重对临近桩基的保护。现有方法在处理侵入隧道桩时，考虑将桩在隧道内进行截断，利用衬砌管片作为桩基的承力结构，这使得在具体实施的过程中存在一定风险，并且桩基的稳定性及衬砌管片的稳定性都难以保证。但叠落隧道在穿越高架桥桩时，需两次清除侵入隧道的桩基，使得这一方法不能够适用，且风险极大。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种叠落隧道盾构安全穿越既有桥桩侵入隧道区施工方法，该方法首先在地面架设临时支撑结构，严格控制桥墩的沉降及水平位移；托换桩打设后两阶段开挖基坑，二次基坑开挖后将旧桩截断，从而极大降低叠落隧道两次磨断桩过程中对托换桩基的影响。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明提供了一种叠落隧道盾构安全穿越既有桥桩侵入隧道区施工方法，包括以下步骤：

规划托换桩的具体位置，确定托换大梁的平面轮廓；

计算托换大梁及托换桩的具体尺寸及数量，并打设托换桩；

开挖基坑，基坑分两阶段开挖，第一阶段挖至托换大梁位置的底部，施工托换大梁，托换大梁置于托换桩顶部；第二阶段挖至托换桩的下方，将旧桩承受荷载转移至托换桩；

在托换大梁下方截断旧桩，回填基坑；

盾构在叠落隧道中两次磨桩通过既有桥桩侵入隧道区。

作为进一步的技术方案，托换桩施作之前，先对高架桥墩架设临时支撑保护，临时支撑顶部设置顶升结构。

作为进一步的技术方案，临时支撑架设于高架桥面和旧承台之间，旧承台作为下部的受力结构，临时支撑设置植筋嵌入旧承台内部；在高架桥墩上布设位移监测装置。

作为进一步的技术方案，托换桩分布在叠落隧道两侧，且与叠落隧道之间具有安全距离。

作为进一步的技术方案，基坑开挖之前，在基坑周边施作钢板桩作连续挡土墙，架设内支撑，内支撑与钢板桩之间设有腰梁，托换大梁架设于托换桩上部并完全包裹旧承台。

作为进一步的技术方案，架设内支撑时采用分层开挖，一层开挖至内支撑底部下方0.5～1m位置处，架设内支撑；随后浇筑托换大梁。

作为进一步的技术方案，二阶段开挖基坑时，在托换桩与托换大梁之间安装受力转换装置，将旧桩的荷载转移至托换桩。

作为进一步的技术方案，盾构先掘进下线隧道，再掘进上线隧道；下线隧道和上线隧道均磨桩通过既有桥桩侵入隧道区。

作为进一步的技术方案，下线隧道磨桩通过后，将隧道上部的桩端清理一段，使残留桩端与下线隧道之间具有距离；上线隧道磨桩通过后，清理残余桩端并回填原状土；盾构施工前将高架桥墩临时支撑拆除。

作为进一步的技术方案，在规划托换桩位置前，分析叠落隧道与桩基的相对位置关系，明确叠落两隧道的深度及隧道水平、竖向间距基本参数，判断隧道的叠落形式，由隧道的叠落形式确定托换桩的位置、托换大梁的平面轮廓。

上述本发明的有益效果如下：

本发明提供了一种施工简便，安全系数高的叠落隧道盾构安全穿越既有高架桥桩侵入隧道施工处置方法，由于叠落隧道施工自身风险高，地表沉降大，高架桥安全标准高，本发明首先在地面架设临时支撑结构，严格控制桥墩的沉降及水平位移；托换桩打设后两阶段开挖基坑，二次基坑开挖后将旧桩截断，从而极大降低叠落隧道两次磨断桩过程中对托换桩基的影响，以上措施可以最大限度保证高架桥运营安全。

本发明的施工方法，设计托换桩之前，分析隧道的位置关系及周边环境，保证托换桩的跨度要大，托换桩与隧道之间保持安全距离。

本发明的施工方法，下线磨桩通过后，管片拼装前，人工凿除部分夹层残余桩下部桩端，上线磨桩通过后及时处理夹层残余桩上部桩端，防止上线磨桩通过时两部分管片衬砌间相互影响。

本发明的施工方法，通过高架桥墩位移监测装置的设置，可以全过程监控桥墩位移变化，及时掌控风险。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明根据一个或多个实施方式的叠落隧道盾构安全穿越既有桥桩侵入隧道区施工方法流程图；

图2是本发明高架桥及桩基形式、位移监测点布设位置说明示意图；

图3是本发明临时支撑架设、托换桩打设说明示意图；

图4是本发明基坑一阶段开挖，托换大梁形式及挡土墙、腰梁、内支撑布设示意图；

图5是本发明基坑二阶段开挖、受力转换装置布设、截桩位置示意图；

图6是本发明基坑回填、盾构磨桩通过及残余桩端处理示意图；

图中：为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用；

其中，1-位移监测装置；2-高架桥墩；3-旧承台；4-旧桩；5-高架桥面；6-临时支撑；7-植筋；8-托换桩；9-千斤顶；10-托换大梁；11-钢板桩；12-内支撑；13-腰梁；14-受力转换装置；15-隧道下线；16-残余桩端下部；17-隧道上线；18-残余桩端上部。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

基于现有技术存在的问题，本发明先进行桩基托换，托换桩两侧跨度应足够大，保证托换桩距离隧道有一定的安全距离。同时，将旧桩承受荷载完全转移至新桩，然后截断旧桩。改造盾构刀盘，提高刀盘强度，上下线盾构均采用磨桩方式通过。最大限度保证高架桥行车安全性，将盾构穿越该区域引起的扰动降至最小。

本发明的一种典型的实施方式中，如图1所示，提出一种叠落隧道盾构安全穿越既有桥桩侵入隧道区施工方法，包括以下步骤：

S1、分析叠落隧道与桩基的相对位置关系，特别的，明确叠落两隧道的深度及隧道水平、竖向间距等基本参数，判断隧道的叠落形式：正叠落还是侧叠落。由于叠落形式不同，两隧道水平间距不同，根据隧道的叠落形式，规划托换桩的具体位置，应特别注意托换桩与两个隧道之间保证一定的间距，即跨度应足够大。根据周边环境位置关系，以及隧道的叠落形式，确定托换大梁的平面轮廓，计算托换大梁及托换桩的具体尺寸及数量，并打设托换桩。

S2、根据托换大梁的平面轮廓及周边环境影响开挖基坑，根据基坑深度确定基坑的具体支护方式。基坑分两阶段开挖，第一阶段挖至设计托换大梁的底部，施工托换大梁10，托换大梁10设置于托换桩8顶部；第二阶段挖至托换桩8的下方，露出托换桩8与托换大梁10的连接部位；将旧桩4承受荷载经顶升结构完全转移至托换桩8。

S3、在托换大梁垫层至垫层下0.5m完全截断旧桩，回填基坑。

S4、对盾构刀盘进行改进，更换抗冲击性、韧性及耐磨性高的刀盘。盾构在叠落隧道中两次磨桩通过既有桥桩侵入隧道区。优选的，盾构先掘进下线隧道，再掘进上线隧道；特别地，下线隧道磨桩通过后，将隧道上部的桩端人为清理一段，使残留桩端与下线隧道之间保持一定的距离，防止上线隧道磨桩时对下线隧道衬砌结构产生的可能损伤。

本实施例中，高架桥桩的形式为：旧桩4布设在地面下，旧桩4顶部设置旧承台3，旧承台3顶部架设高架桥墩2，高架桥墩2顶部架设高架桥面5。

其中，S2步骤托换桩具体实施之前，先对高架桥墩2架设临时支撑6保护，临时支撑6顶部设置顶升结构(可采用千斤顶9)，可以控制高架桥面5可能产生的沉降及水平位移。

具体的，将临时支撑6架设于高架桥面5和旧承台3之间，旧承台作为下部的受力结构。临时支撑6设置植筋7嵌入旧承台3内部。

施工前在高架桥墩上布设位移监测点，具体在高架桥墩2侧部设置位移监测装置1，在每一施工步施作的过程中实时监控高架桥墩的位移。将高架桥墩位移值与安全设计值实施对比，确保高架桥墩、高架桥面不产生过大沉降及水平位移。

其中，S3步骤中不仅考虑截断侵入隧道的桩基，为防止盾构掘进偏差，将距离隧道较近的旧桩一并截断。

在托换大梁下部截断旧桩的目的在于叠落隧道两次磨桩通过，若不在上部截断旧桩，对托换大梁及上部高架桥桩产生两次较大的扰动，会极大增大桥墩产生水平位移及不均匀沉降的风险。

具体的，截桩位置不宜紧贴托换大梁底部进行，以免破坏托换大梁结构。截桩方式宜人工凿除配合无齿锯等震动较小的方式进行，应特别注意截桩震动对上部高架桥墩的影响。

隧道的叠落形式影响单线磨桩或双线磨桩，正叠落时桩侵入两隧道，两隧道都需要磨桩；侧叠落时桩可能只侵入其中一条隧道，只对侵入隧道进行磨桩。

其中，S4步骤中，盾构在磨断侵入上线隧道的桩体后，应人工凿除一定长度的残桩并回填原状土，以防止管片拼装后产生不均匀沉降过程中桩头顶住管片产生较大错台。磨桩是盾构机直接利用刀盘通过挡住盾构机的旧桩体。

S4步骤施作前，将高架桥墩临时支撑结构拆除，加强桥墩沉降及水平位移的监测，使得桩基在盾构穿越过程中的变形协调。

S4步骤施作前，盾构刀盘改造后能够磨碎混凝土及钢筋，在通过该区域时刀盘转速及推进速度等参数应进行控制，避免盾构卡机。

盾构穿越侵入区填充材料采用克泥效，可以预防沉降、空洞、喷涌等危险情况，预防土体产生较大变形。

为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本申请的技术方案。

该施工方法的具体施工过程为：

(A)在高架桥桥墩2周边架设临时支撑6，临时支撑6采用钢结构形式，架设方便，拆卸灵活。临时支撑结构直接以旧承台3为受力结构，临时支撑与旧承台混凝土结构采用植筋7与螺栓连接。临时支撑6设置有千斤顶9，其优点在于当任何施工段致使桥墩、桥面产生过大位移或沉降时，能够及时做出调整，使高架桥面5复位。除此之外，以旧承台作为临时支撑的受力结构能够使桥墩、桥面与桩基协同变形，防止桥面与下部结构产生错位。

在高架桥墩2上布设位移监测点，在施工的任意阶段严密监测桥墩的变化。若发现位移过大的及时采取补救措施。

(B)调查现场桩基和隧道相对位置关系、周边环境及高架桥桩的结构形式，确定多根托换桩8及托换大梁7的结构形式，托换桩8分布在叠落隧道两侧，且留有约3m的安全距离。现场确定托换桩8的打设具体位置，放线精准定位打设托换桩8。

(C)第一阶段基坑开挖至设计托换大梁9的底部，开挖之前基坑周边施作凹凸钢板桩11作连续挡土墙，架设双拼工字型内支撑12。内支撑12与钢板桩11之间设有腰梁13，采用螺栓与焊接方式进行连接。架设内支撑12时仍采用分层开挖，一层开挖至内支撑12底部下方0.5～1m位置处，及时架设内支撑12。内支撑12的架设位置不能妨碍托换大梁10的浇筑，随后浇筑异形托换大梁10，托换大梁10架设于托换桩8上部并完全包裹旧承台3。托换大梁承受来自桥墩的力，并把力分散于托换桩。

(D)待托换大梁的强度达到设计要求时，二阶段开挖基坑，基坑开挖至托换大梁下方1m，托换桩8与托换大梁10之间安装受力转换装置14，将旧桩4上的荷载完全转移至托换桩8。将旧桩4在托换大梁10下方至0.5m处采用人工及线锯完全截除。为避免后续盾构穿越对高架桥桩基产生影响，旧桩4无论是否侵入隧道全部截除，采用原状土回填基坑。

由于托换桩与托换大梁分开浇筑，在浇筑前必须先由受力转换装置完成受力转换。受力转换装置主要采用顶升支座和千斤顶，其受力转换的主要过程如下：

在托换大梁与托换桩上利用锚筋固定垫板，垫板上设有排气孔，防止混凝土在力的转换过程中被压碎，受力转换完成后浇筑混凝土有排气孔更加密实。

在托换大梁与托换桩之间放入顶升支座与千斤顶，顶升支座与千斤顶设置于垫板，顶升支座与千斤顶的高度都可调节。首先顶升千斤顶，千斤顶承力，此时托换大梁所承担的力由旧桩转移至托换桩。调整顶升支座的高度并对称循环拧紧螺栓完全固定，此时千斤顶的力转移至顶升支座，取走千斤顶。完成托换大梁与托换桩的钢筋连接，浇筑微膨胀混凝土完成封桩，两者连为一体。

(E)改造盾构机刀盘，刀盘采用高强度、抗冲击材料制作。刀盘分布有贝壳刀、切刀和刮刀等，能够磨碎混凝土及磨断钢筋，磨桩时控制刀盘转速，刀盘转速控制在0.6～0.8r/min，推进速度控制在18mm/min左右，盾构机通过时保持匀速、平稳，及时清理残渣，避免盾构机磨桩时卡机。

(F)本实施例中，先施工下线15，盾构机磨桩通过后，在下线隧道管片拼装之前，将残余桩端下部16清理一部分，避免残余桩端与新拼管片之间的接触，防止上线磨桩时残桩移动破坏衬砌结构。

残余桩端是指夹层间旧桩体的残余部分。

(G)施工上线17时，盾构机磨桩通过，通过后，在上线隧道管片拼装之前，将残余桩端上部18清理一部分，并回填原状土，避免管片拼装后残余桩端顶住管片，同步注浆后，管片产生不均匀竖向位移从而产生错台现象。

(H)在整个施工流程中，应时刻监测分析高架桥墩的位移信息。在盾构未磨桩通过之前，高架桥墩2产生的过大位移通过临时支撑6进行纠偏，并采取补偿措施。盾构通过时使高架桥墩2产生过大位移应及时调整盾构掘进参数，如快速同步注浆、及时二次补浆、调整掌子面土压平衡力等方式。

由于该工程以砂层和粉质黏土为主的软土地层，盾构刀具可以采用贝壳刀作为切桩先行刀。盾构磨桩时以均匀速度掘进。

需要说明的是，本申请的实施例有较佳的实施性，施工后盾构安全通过该区域，并且高架桥墩2未产生过大位移，且未使用任何补救措施。因此并非是对本申请任何形式的限定。本申请实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。本申请优选实施方式的范围也可以包括另外的实现，且这应被本申请实施例所属技术领域的技术人员所理解。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (10)

1.一种叠落隧道盾构安全穿越既有桥桩侵入隧道区施工方法，其特征是，包括以下步骤：

规划托换桩的具体位置，确定托换大梁的平面轮廓；

计算托换大梁及托换桩的具体尺寸及数量，并打设托换桩；

开挖基坑，基坑分两阶段开挖，第一阶段挖至托换大梁位置的底部，施工托换大梁，托换大梁置于托换桩顶部；第二阶段挖至托换桩的下方，将旧桩承受荷载转移至托换桩；

在托换大梁下方截断旧桩，回填基坑；

盾构在叠落隧道中两次磨桩通过既有桥桩侵入隧道区。

2.如权利要求1所述的叠落隧道盾构安全穿越既有桥桩侵入隧道区施工方法，其特征是，托换桩施作之前，先对高架桥墩架设临时支撑保护，临时支撑顶部设置顶升结构。

3.如权利要求2所述的叠落隧道盾构安全穿越既有桥桩侵入隧道区施工方法，其特征是，临时支撑架设于高架桥面和旧承台之间，旧承台作为下部的受力结构，临时支撑设置植筋嵌入旧承台内部；在高架桥墩上布设位移监测装置。

4.如权利要求1所述的叠落隧道盾构安全穿越既有桥桩侵入隧道区施工方法，其特征是，托换桩分布在叠落隧道两侧，且与叠落隧道之间具有安全距离。

5.如权利要求1所述的叠落隧道盾构安全穿越既有桥桩侵入隧道区施工方法，其特征是，基坑开挖之前，在基坑周边施作钢板桩作连续挡土墙，架设内支撑，内支撑与钢板桩之间设有腰梁，托换大梁架设于托换桩上部并完全包裹旧承台。

6.如权利要求5所述的叠落隧道盾构安全穿越既有桥桩侵入隧道区施工方法，其特征是，架设内支撑时采用分层开挖，一层开挖至内支撑底部下方0.5～1m位置处，架设内支撑；随后浇筑托换大梁。

7.如权利要求1所述的叠落隧道盾构安全穿越既有桥桩侵入隧道区施工方法，其特征是，二阶段开挖基坑时，在托换桩与托换大梁之间安装受力转换装置，将旧桩的荷载转移至托换桩。

8.如权利要求1所述的叠落隧道盾构安全穿越既有桥桩侵入隧道区施工方法，其特征是，盾构先掘进下线隧道，再掘进上线隧道；下线隧道和上线隧道均磨桩通过既有桥桩侵入隧道区。

9.如权利要求1所述的叠落隧道盾构安全穿越既有桥桩侵入隧道区施工方法，其特征是，下线隧道磨桩通过后，将隧道上部的桩端清理一段，使残留桩端与下线隧道之间具有距离；上线隧道磨桩通过后，清理残余桩端并回填原状土；盾构施工前将高架桥墩临时支撑拆除。

10.如权利要求1所述的叠落隧道盾构安全穿越既有桥桩侵入隧道区施工方法，其特征是，在规划托换桩位置前，分析叠落隧道与桩基的相对位置关系，明确叠落两隧道的深度及隧道水平、竖向间距基本参数，判断隧道的叠落形式，由隧道的叠落形式确定托换桩的位置、托换大梁的平面轮廓。

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