衬砌结构托换群桩基础施工技术论文

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一、工程案例

地面河涌桥，桥宽42米，两向8车道，为城市主干道。桥两侧存在大量管线、管道。如采用地面托换方式，要交通疏解，管线改迁，河道断流，且存在跨河道的虹吸管，施工难度非常大。为降低施工成本，减少施工工期，采用矿山法隧道衬砌结构托换群桩基础施工技术进行施工。即先采用矿山法进行桩基托换处理，再采用盾构法进行剩余隧道施工。

二、施工技术原理

在地下采用矿山法开挖方式开挖出桩基托换空间，将侵入隧道或地下空间设施的既有桩基与新建地下衬砌结构相连接，然后待衬砌结构强度达到100%强度后，再将既有桩基沿衬砌结构面切断。利用新建的地下结构承受既有桩基传输向下的力，受力结构采用托换拱的形式。

三、施工工艺流程及操作要点

（一）施工工艺流程

隧道衬砌结构托换群桩基础施工工法施工流程主要有施工准备、矿山法施工及桩基保护--既有桩基钻孔、植筋--绑扎托换拱结构钢筋---混凝土浇筑--截桩施工。

（二）操作要点

1.施工准备

a.做好地质、管线调查，确定施工方法及方案；

b.组建施工班组、进行岗位培训、做好技术交底；

c.做好材料采购、设备选型与配置等准备工作；

d.托换桩基位置及附近布设监测点，监控桩基托换过程中的沉降情况。

2.矿山法施工

隧道衬砌结构托换群桩基础施工工法采用矿山法开挖露出桩基，矿山法开挖施工与常规的矿山法施工相同。需要注意以下几点要求：

a.根据现场地质情况

采用不同的施工方法。建议采用上下台阶或上中下3台阶法；地质围岩自稳能力相当差时，建议采用CD或CRD施工方法。

b、遭遇软卧地层

可采取超前小导管注浆方式进行超前加固。超前小导管长度2.5～3.0m，浆液采用水泥+水玻璃双液浆，浆液水灰比0.8～1.0，水玻璃波美度38。

c、根据地质情况采取不同的开挖方式

地质较硬时，可采取松动爆破的方式进行土方开挖；地质较软时，采用人工+机械开挖方式进行土方开挖。桩基周围采用人工开挖方式进行开挖，以减少对桩基的扰动。

d、土方开挖过程中

如果发生桩基沉降现象，必须对桩基周围进行注浆加固，待沉降得到控制后，再进行开挖施工。加固方式采用钢花管注浆加固方式进行。

3.桩基钻孔及植筋

a、钻孔

桩基全部露出后，在衬砌结构钢筋对应位置的桩基上钻孔，钻孔工具采用手持水钻或风钻。由于地下桩基直径一般较大，且隧道衬砌结构一般呈拱型，故钻孔采用两侧往中间对钻的方式进行施工，使钢筋以弧形的方式顺利穿孔通过。钻孔数量、孔径及角度应满足设计要求。为方便钢筋顺利穿过，钻孔孔径控制在结构钢筋主筋直径的1.5倍左右。一般分2种：外层钻孔供1根主筋穿过，钻孔孔径控制Φ50mm；内层钻孔供2根主筋穿过，钻孔直径控制Φ70mm。每处钻孔完成后，使用高压空气将钻孔内吹干净、吹干燥，然后利用砂浆泵对钻孔填充M15微膨胀水泥砂浆，砂浆稠度控制在60～80mm，砂采用中砂。钻孔充填密实后，将结构钢筋穿过钻孔，并进行密封处理。

4.托换梁钢筋绑扎

既有桩基的钻孔及植筋施工完成后，进行新建衬砌结构的钢筋绑扎施工。绑扎施工过程中，将桩基上的植筋锚入托换拱的钢筋中，形成整体。桩基中心两侧各750mm范围内结构钢筋应适当加强，增加箍筋设置。钢筋锚入的位置，不得有钢筋焊接接头存在.

5.托换梁混凝土浇筑a模板安装

由于桩基与隧道相对位置不固定，桩基段衬砌结构无法采用台车进行模板支护，衬砌结构模板采用55型1.2X0.3m定型组合钢模板，施工缝挡头模采用收口网封堵；模板主次梁楞分别采用预制工18工字钢楞及100X100mm方木；模板支架采用?48×3.0mm扣件式钢管脚手架满堂式布置；脚手架纵、横、竖向钢管之间采用直角扣件连接，与剪刀撑斜杠采用旋转扣件连接；脚手架立杆底部下垫10mm厚200X200mm钢板，立杆顶部及横向水平杆两端设置U型可调托撑。b混凝土浇筑衬砌结构混凝土采用商品混凝土，混凝土强度及抗渗等级根据设计要求确定。混凝土采用直接泵送入模方式进行混凝土浇筑施工，浇筑过程中同时进行振捣作业。衬砌模板安装过程中预留混凝土浇筑窗口，浇筑窗口布置形式为：于隧道两侧拱底、拱墙、拱顶分别预留3处窗口，于隧道拱顶设置混凝土浇筑管；浇筑窗口及浇筑管共设置3环，分别沿隧道纵向1/6、3/6和5/6浇筑长度处设置。混凝土浇筑窗口及浇筑管设置。

6.洞内截桩

托换的隧道衬砌结构混凝土达到设计强度的100%后，对侵入隧道净空内的桩基进行截除施工。桩基截除可采用绳锯或凿除等方式进行。截桩施工遵循“先截断，再外运，后破碎”的原则。为方便运输，每段桩基的截除长度控制在1.5m左右，通过龙门吊垂直运输至地面后采用油压炮机进行破碎。a截桩作业平台托换梁混凝土浇筑完成后，靠近桩基附近的2～3排脚手架暂时不拆除，进行加设剪刀撑、连接件、脚手板等必要的加固，以用作截桩施工的作业平台使用。b截桩施工为防止桩基截除过程中桩基倒塌，进而破坏作业平台，造成操作人员伤亡，桩基按照从下往上的顺序逐段进行截除施工。采用绳锯或人工手持风镐由下往上截除桩基。c断口处理桩基截断后，衬砌结构内的桩体断口必须及时沿二衬内轮廓打凿平整，然后使用砂浆找平、密封，避免断口部位处的衬砌钢筋以及桩基主筋长时间暴露而锈蚀。

7.测量与监测

确保工程建设安全的关键是全过程监测桩基的沉降情况，及时测量桩基的沉降情况，并与分析计算值比较，及时反馈指导设计和施工。（三）检测及结果隧道衬砌结构托换桩基基础施工过程处于安全、稳定、快速、优质的可控状态。托换过程中，对地面及桩基沉降进行了监测，实测最大沉降-15mm，小于设计的30mm沉降要求。

四、结束语

隧道衬砌结构托换群桩施工技术弥补了地面桩基托换的不足，利用矿山法开挖方式开挖出托换空间，将侵入隧道的受力桩基与衬砌结构相连接，然后截除既有桩基，使桩基所承受的力传输至衬砌结构上。隧道衬砌结构托换群桩施工技术将工程施工由地面转入地下，避免了地面的场地限制及管线、管道改迁工作，减少了对城市正常运行的影响。施工产生的振动、噪音、粉尘等公害也得到了最大限度的降低。工程建设时，地面构筑物可以正常使用。隧道衬砌结构托换群桩基础的成功，为以后城市地下工程在类似情况下的规划建设提供了可靠的决策依据和技术指导，新颖的施工技术将促进地下工程施工技术进步，社会效益和环境效益明显提高。

作者：李伟杰 单位：中铁二局股份有限公司