地铁盾构区间下穿桥梁桩基托换施工技术

国防交通工程与技术 ２
０２０年９月　１８，（０５） 收稿日期：
２０２０ ０５ １３ 作者简介：刘　敏（１９８３—），男，助理工程师，主要从事隧道工程施工技术管理工作。

地铁盾构区间下穿桥梁桩基托换施工技术
刘　敏
（中铁十八局集团第五工程有限公司，天津３００４５９
）摘　要：沈阳地铁１０号线中～松盾构区间下穿跨河桥，隧道与桥梁竖向距离近，为保证北塔桥正常使用，对该桥部分桩基进行桩基托换。

桩基托换施工工序复杂、工序转换频繁，通过围堰施工、导水管安装、基坑开挖、托换板施工、河道恢复等关键环节施工，成功的完成了新开河北塔桥的受力转换，降低了盾构机下穿新开河北塔桥过程中的风险。

关键词：盾构下穿跨河桥；围堰施工；导水管安装；基坑开挖；托换板施工犇犗犐：１０．１３２１９／ｊ．ｇｊｇｙ
ａｔ．２０２０．０５．００７中图分类号：Ｕ４４５．５５１　文献标识码：Ｂ　文章编号：１６７２ ３９５３（２０２０）０５ ００３２ ００４
１　工程概况
１．１　工程概况
沈阳地铁１０号线中～松区间左、右线在里程Ｋ１０＋８９０～Ｋ１０＋９７０段下穿北塔桥（见图１），区间与南侧旧桥顺行，区间左线隧道顶与南侧旧桥桩基竖向净距约０．９１５ｍ（
见图２）。

北塔桥位于崇山东路与新开河交汇处，旧桥１９８４年建成，基础采用桩基础，桩长１５ｍ、桩径０．８
图１　沈阳地铁１０号线盾构区间下穿北塔桥平面图
7000（ ）
45.86m 42.00m
800
29.5m 26.664m
20.292m
6000
23.725m
6000915
6000
23.725m
6000915
16.960m
20.660m
21.660m
23.960m
34.060m
35.660m
38.260m
44.360m
图２　中～松区间隧道与北塔桥垂直关系示意图（单位：犿犿）
ｍ，钻孔灌注桩；北塔桥新桥２０１２年建成，桩长１７．７６
ｍ，桩径１．２ｍ，钻孔灌注桩。

简支梁板结构共５跨，跨径最大为８．７ｍ，其机动车道宽４３．５ｍ，
在河的边侧设置桥台及护坡。

北塔桥与新开河斜交４２°，桥梁底至河底净空２．８５ｍ（
见图２）。

为保证北塔桥在盾构下穿施工过程中正常使用，
对该桥部分桩基采取桩基托换措施。

北塔桥桩基托换板为平行四边形钢筋混凝土结构，东西边长３０．０２９ｍ、南北边长１６．５ｍ，厚１．５ｍ。

实例 分析
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０２０年９月　１８，（０５）１．２　地质情况
中～松区间隧道主要在① ０ ０杂填土、③ １ ０粉质粘土、③ ３ ０中粗砂、③ ４ ０砾砂、③ ５ ０圆砾、④ １ ０粉质粘土、④ ３ ０中粗砂、④ ４ ０砾砂、④ ５ ０圆砾、⑤ ３ ０中粗砂、⑤ ４ ０砾砂、⑤ ４ １粉质粘土、⑤ ４ ３中粗砂、⑦ ０ ０泥砾中通过；北塔桥段地层主要为① ０ ０杂填土、③ ３ ０中粗砂层、③ ４ ０砾砂层。

地下水埋深为８．５～９．６ｍ，标高３６．４７～３７．２７ｍ，含水层厚度约２１ｍ。

１．３　水文地质
新开河位于沈阳城北部主城区，是全长约２７
ｋｍ、平均宽度２８ｍ、最大流量４８ｍ３
／ｓ的人工河。

新开河北塔桥托换板的施工时间挑选在冬季枯水
期。

施工前对新开河上下游进行水位、水源调查，发现冬季河道上游闸坝关闭，无河水流入；但托换板施工上游１．５ｋｍ处有市政管线排水接入，
注水量为８０ｍ３
／ｄ；托换板施工上游２０ｍ处有地铁施工降水
排入，注水量为２４０ｍ３
／ｄ。

２　桩基托换方案
桩基托换施工总体分为围堰、导流管施工、托板
结构施工、河道恢复施工等部分，具体方案如下［１
］：
（１）现场采用３道围堰（见图３）对河道进行截流，在围堰１和围堰２施工合拢后，安装导流管对上游河水进行疏导；导水管安装完成开始河水疏导后，进行围堰３施工，并采用大功率混合泵配合高压水枪将托换板施工范围内的河道淤泥清理干净。

图３　围堰设计平面示意图
（２
）基槽采用挖掘机进行开挖，人工清底、修坡；边坡打入６ｍ长、 ２０ｍｍ的锚杆，梅花型布置，水平及竖向间距１．２ｍ，同水平线夹角为１５°
；坡面挂 ８ｍｍ＠１５０ｍｍ×１５０ｍｍ
钢筋网与土钉连接牢
固，喷射１００ｍｍ厚的Ｃ２０混凝土喷层，基槽底板浇筑２０ｍｍ厚Ｃ２０Ｐ１０混凝土垫层。

基槽施工完成后进行被加固桩间凿毛及企口凿除施工，同步完成新旧混凝土交接面清洗和界面剂涂刷；随后进行植
筋及钢筋绑扎、模板及混凝土浇筑施工。

（３
）混凝土养护完成进行河道、边坡恢复施工，随后进行导水管拆除及围堰拆除，恢复河道通流。

３　关键施工技术
施工前对北塔桥及新开河河堤进行拍照、记录，便于后期原貌恢复；在桥桩及桥面上布设监测点，进行初始数据采集，用图表、照片详细记录。

３．１　围堰施工
围堰１截面呈梯形，高出水面１．５ｍ、底宽７．５ｍ、顶宽３．５ｍ；
围堰２和围堰３截面呈梯形，高出水面０．５ｍ、底宽１．５ｍ、顶宽０．５ｍ。

北塔桥南北两侧的围堰尽量靠近北塔桥设置，南侧围堰１同时满足小型机械从围堰进入桥下。

３．２　导水管施工
３．２．１　导水管选择原则
通过调查上游来水总量为３２０ｍ３
／ｄ
，经过理论计算 ８００ｍｍ的管即可满足导水需求。

为验证理论计算可否满足实际施工需求，
首先在第１道围堰上安装一根 ８００ｍｍ的钢管进行导水试验；并在围堰上游设置一水位监测站点，
安排专人每间隔２ｈ对水位进行一次观测。

通过５ｄ６０次的观测数据分析，
未发现水位出现明显上升趋势；但是导水管过水量已饱和，一旦上游来水量增大， ８００ｍｍ的导水管将无法满足排水需求。

通过现场实际测量观察，综合考虑冬季钢管焊接困难、上游来水量可能增大等因素，为降低导水管的安装难度系数，增加导水管的过水量，决定放弃使用 ８００ｍｍ的钢质导水管，改用 １２００ｍｍ的玻璃钢夹砂承插管。

３．２．２　导管安装
疏水导管采用长６ｍ、 １２００ｍｍ的玻璃钢夹砂承插管。

为保证导水管安装顺利，减少河水及淤泥对导水管安装施工的影响：首先将围堰１和围堰２封闭、
合拢，采用６台大功率水泵将围堰１上游的水疏导至围堰２下游，并采用２台大功率水泵将围堰１与围堰２内的残水排干。

其次在北塔桥中间一跨采用钢管、方木及模板搭设导水管安装临时平台（见图４）。

临时平台采用 ３２ｍｍ、长１．５ｍ的钢管设置２排立桩，其间距为１．５ｍ；立桩纵向间距不大于０．５ｍ；采用 ３２ｍｍ的钢管及扣件将２排立桩纵向连接，同时每间隔１．５ｍ设一道横向连杆，使其形成整体平台框架。

框架上方每隔０．３ｍ铺设一
３３·实例分析· 地铁盾构区间下穿桥梁桩基托换施工技术　刘　敏
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０２０年９月　１８，（０５）根截面１０ｍｍ×１０ｍｍ的方木，在方木上铺设１．５ｃｍ厚的竹胶板。

临时安装平台施工时按１００∶１的比例向下游顺坡，保证导水管水流畅通。

导水管在临时安装平台上连接完成后，随即开始固定施工。

其固定的方式为桥桩固定牛腿＋工字钢钢梁＋钢丝绳悬吊（
见图５）。

具体步骤如下
：　图４　导水管安装平台 图５　导水管固定
（１）牛腿安装。

在导水管临近两侧桥桩上安装牛腿，牛腿采用 ８０角钢制作，并用 ２５ｍｍ膨胀螺
栓与桥桩固定［２］。

（２）钢梁固定。

钢梁采用Ｉ２５工字钢施作，
工字钢安放于牛腿上方，采用焊接方式进行固定，并在钢
梁三分之一处焊设 ８０角钢斜撑［３］。

（３
）导水管悬吊。

导水管采用钢丝绳悬吊固定，每节导水管吊点不少于２个；为防止钢丝绳直接和玻璃钢夹砂管接触使应力集中导致管体损坏，特在钢丝绳与导水管接触位置加装长１ｍ、厚５０ｍｍ的木板进行应力分散。

为防止导水管受外力影响晃动，用钢丝绳将导水管同两侧相邻的桥桩进行连接
固定［４］。

导水管固定完成后，将上下游的闸口打开进行河水试疏导。

导水管连续试用３ｄ，通过监测、观察未发现水位上涨、
管体变形、管体漏水等情况，方可拆除导水管安装平台，进行下一步施工。

３．３　基槽施工
３．３．１　淤泥清理
河水疏导成功后当即进行围堰３施工，减少河道清淤施工量。

围堰３施工完成后使用大功率混合泵配合高压水枪，将围堰１至围堰３范围内的淤泥抽排到围堰２下游。

３．３．２　基槽开挖
托换板基槽深度２ｍ左右，基槽３∶１放坡，并采用土钉、网片喷射混凝土进行围护。

基槽采用机械开挖、人工修边、清底，因北塔桥桥底距基槽底仅有４．５ｍ，排水管底（河道底）距基槽底仅有２．２ｍ（见图６）。

现场选用“５０”型挖掘机一台、“８５”型挖掘机一台、“１３５
”型挖掘机一台，根据现场净空高度、实际情况相互配合完成基槽土方开挖及倒运。

42.00m
42.00m
41.3m 39.8m
200
150
C15
1500700
2364
图６　托换板与北塔桥垂直位置关系图（单位：犿犿）
托换板基槽开挖完成后，当即核对、检查平面位置、几何尺寸和标高，核查无误后进行下一步施工。

３．４　托换板施工
北塔桥需加固基础桩１２根（见图１），扩大基础与被加固桩间连接采用锚筋加企口型式（
见图７）。

(a)
(b)
图７　被加固桩锚筋与企口型式示意图（单位：犿犿）
３．４．１　混凝土接触面处理
为保证托换板和既有桩可靠连接，新旧混凝土接触面应进行凿毛、
清洗、涂抹界面剂等工序，同时施作宽度为１２０ｍｍ的环行企口［４］
（
见图７）。

３．４．２　钢筋锚固措施
被加固桩直径８００ｍｍ，托换板高度为１．５ｍ；锚筋直径为３２ｍｍ，锚入既有桥桩结构内长度不小于２００ｍｍ，每根被加固桩锚筋设有８排、每排有１８根，共有１４４根。

通过计算植筋水平间距小于１４０ｍｍ，竖向排距小于１３０ｍｍ；被加固桥桩中钢筋间距不足１２０ｍｍ，植筋钻孔时需对桥桩内钢筋进行避让。

在植筋钻孔施工过程中如操作稍有不当，将造成穿孔、废孔等问题，对被加固桥桩产生不可逆的损坏。

为避免损坏风险、植筋施工采用跳作施工，先进行单排的单号和双排的双号的钢筋植锚施工，达到设计强度后，再进行单排的双号和双排的单号的钢筋植锚施工，从而避免植筋钻孔过程中出现穿孔、
废孔等问题，有效降低被加固桥桩的破坏风险［５］。

３．４．３　钢筋绑扎施工
为便于钢筋锚固、绑扎施工、避免施工时对北塔桥产生过大影响，特将桩基加固托换板结构的钢筋施工分段进行，具体施工顺序为：梁①→梁②→梁③→
３４·实例分析· 地铁盾构区间下穿桥梁桩基托换施工技术　刘　敏
梁④→梁⑤（见图１）。

３．４．４　模板、混凝土施工
托换板结构为现浇混凝土结构，采用１．５ｃｍ厚竹胶板立模，在托换板结构外侧钢筋上绑扎垫块以确保保护层的厚度及模板的位置正确。

混凝土分层分段浇筑，振捣充分，及时压实、收浆、抹面［６］。

３．５　河道恢复
托换板混凝土浇筑施工完成后，根据预先测量的数据、拍摄照片进行河道、护坡原貌恢复。

托换板及河道恢复施工完成后，将 １２００ｍｍ导水管在上游进行封堵，将围堰内导水管拆除，围堰１下的导水管与围堰１同步拆除［７］。

围堰采用挖掘机进行拆除施工，首先将围堰３进行拆除，其次将下游的围堰２拆除，最后进行围堰１拆除，使新开河河水恢复通流。

４　结束语
新开河北塔桥桩基托换工序复杂、场地狭窄、技术要求高、工序转换频繁、施工困难多，但通过围堰施工、导水管安装、基坑开挖、托换板施工、河道恢复等各项施工环节，成功的完成了施工任务，经济与社会效益良好，极大的降低了盾构机在下穿新开河北塔桥施工过程中的风险。

参考文献
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犜犺犲犝狀犱犲狉狆犻狀狀犻狀犵犆狅狀狊狋狉狌犮狋犻狅狀犜犲犮犺狀犻狇狌犲狊犳狅狉犪犕犲狋狉狅犛犺犻犲犾犱狋狅犝狀犱犲狉 犆狉狅狊狊狋犺犲犘犻犾犲犉狅狌狀犱犪狋犻狅狀狅犳犪犅狉犻犱犵犲
犔犐犝犕犻狀
（ＴｈｅＦｉｆｔｈＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏ．Ｌｔｄ．ｏｆｔｈｅ１８ｔｈＢｕｒｅａｕＧｒｏｕｐｏｆＣｈｉｎａＲａｉｌｗａｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ３００４５９，Ｃｈｉｎａ）
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犓犲狔狑狅狉犱狊：ｓｈｉｅｌｄｕｎｄｅｒ ｃｒｏｓｓｉｎｇａｒｉｖｅｒ ｓｐａｎｎｉｎｇｂｒｉｄｇｅ；ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆａｃｏｆｆｅｒｄａｍ；ｉｎｓｔａｌｌａｑｕｅｄｕｃｔｓｅｓ；ｅｘｃａｖａｔｉｏｎｏｆａｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｐｉｔ；ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｕｎｄｅｒｐｉｎｎｉｎｇｂｏａｒｄｓ
（上接第２１页）ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ，ａｎａｌｙｚｅｄｉｎｔｈｅｐｒｅｓｅｎｔｐａｐｅｒａｒｅｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｂｏｔｈｔｈｅｉｎｔｅｒｎａｌｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｃｏｍ ｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅｏｆａｂｏｘｇｉｒｄｅｒ，ｗｉｔｈｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｉｎｄｉｃａｔｏｒｓｏｆｔｈｅｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎｃａｒｃｌａｒｉｆｉｅｄ，ａｎｄｔｈｅｄｅｓｉｇｎｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｅａｃｈｃｏｍｐｏｎｅｎｔｏｆｔｈｅｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎｃａｒｓｕｃｈａｓｔｈｅｏｖｅｒａｌｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｔｈｅｌａｙｏｕｔｏｆｉｔｓｃｈａｓｓｉｓ，ｔｈｅｄｒｉｖｅｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅｓａｆｅｔｙｓｙｓｔｅｍａｎｄｔｈｅｄｅｆｅｃｔｄｅｔｅｃｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｅｌａｂｏｒａｔｅｄｉｎｄｅｔａｉｌ．Ｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｅｄｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎｃａｒｓｍｏｏｔｈｌｙｐａｓｓｅｓｖａｒｉｏｕｓｔｅｓｔｓａｎｄｉｓｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙａｐｐｌｉｅｄｔｏｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｐｒａｃｔｉｃｅ．Ｔｈｅｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｈｅｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎｃａｒｐｒｏｖｉｄｅｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｔｈｅｄｅｓｉｇｎａｎｄｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆａｕｔｏｍａｔｉｃｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎｏｆｓｕｒｆａｃｅｄｅｆｅｃｔｓｏｆｂｏｘｇｉｒｄｅｒｓ．
犓犲狔狑狅狉犱狊：ｍａｃｈｉｎｅｖｉｓｉｏｎ；ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ ｔｙｐｅｍｏｎｏｒａｉｌｔｒａｎｓｉｔ；ｔｒａｃｋｂｅａｍ；ｄｅｆｅｃｔｄｅｔｅｃｔｉｏｎ；ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎｃａｒ
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