有限空间下岩溶区地铁盾构隧道桩基拖换施工技术研究

有限空间下岩溶区地铁盾构隧道桩基拖
换施工技术研究
摘要：进入21世纪以来，城市轨道交通线网规划上，越来越多的线路、站
位与既有地下空间和地面建筑物相结合，形成新的城市空间。

在逐步发展土地立
体空间高效利用的理念下，轨道交通线路在穿越既有建（构）筑物地下基础时，
需同时满足线路敷设需求和建（构）筑筑使用功能要求。

因此，对建（构）筑物
基础原有受力工况进行改变和托换成为了未来轨道交通设计和施工研究的一个方向。

本文以深圳地铁某新线区间桩基托换工程为背景，系统总结了在岩溶强发育
区地层和有限空间条件下进行桩基托换设计和施工的一些要点，降低盾构下穿重要建（构）筑物过程中的风险，为后续类似工程提供一些经验。

关键词：地铁；桩基拖换；岩溶发育区；有限空间
1引言
随着城市轨道交通线网规划发展需要以及外部条件限制，地铁隧道与地面既
有建（构）筑物地下基础位置难免发生冲突或距离较近情况，为保障盾构隧道施
工有序开展以及既有建（构）筑物原有受力工况稳定性，应采用桩基拖换技术。

国内外对不同环境条件下的桩基拖换工程有不少研究，桩基拖换技术涉及地质、
结构力学等多学科。

2工程概况
深圳市城市轨道交通16号线工程双龙站～龙南站区间起于龙南站小里程端，止于双龙站大里程端。

区间右线全长859m,左线全长865m，采用盾构法施工。

龙岗立交桥位于深圳市龙岗境内，为G205深圳段上的一座立交桥，桥梁上部结构为预应力混凝土连续箱梁，下部为灌注桩，龙岗立交12号桥台下设6根1.2m钻孔灌注桩，直接支撑在微风化岩层上，桥台设两排桩，每桥墩设单排两根桩，支座形式为板式橡胶支座。

双龙站～龙南站区间在里程ZK21+974.2331下穿龙岗立
交12号桥台，平面交角约57°。

桩底标高14.5m，其中4根位于隧道开挖范围内，2根与隧道水平净距≤0.3m，隧道拱顶标高21.77m,桥桩桩底位于隧道底部以下1.07m。

由于龙岗立交12号桥台六根桩基侵入本区间隧道洞身范围，区间盾构法下穿桥台前需对龙岗立交桥台下桩基提前采取拖换施工。

区间下穿龙岗立交桥台区域地层主要为＜5-2-3＞粉质黏土、＜5-3-2＞中粗砂、＜31-4-12＞微风化灰岩。

地下水类型分别为松散岩类孔隙水和裂隙岩溶水。

3桩基拖换方案
根据前期调查已掌握龙岗立交桥相关图纸及现场建（构）筑物调查情况，采用midasGTSNX建立三维有限元模型分析，若不采用桩基拖换措施盾构直接下穿桥台，桥台支座最大下沉20.5mm，进而对上部桥梁原有受力工况造成损坏。

因此盾构施工前，需对龙岗立交桥台采取专项桩基托换措施。

3.1桩基拖换结构设计原则
桩基拖换结构应优先满足整体结构的耐久性及现状交通的需求条件，参与拖桩的主体结构设计使用年限100年。

基坑设计根据周边环境条件及基坑深度，确定基坑保护等级，对于龙岗立交桥现状交通情况，考虑被拖换桩基受力状态、拖换结构刚度、拖换位移情况。

桩基拖换过程中土体位移可能危害上部桥面及路基段结构，需提出安全、经济、技术合理的支护措施，满足结构要求及施工要求，明确拖换荷载及结构尺寸。

拟拖换场地范围的不良地质作用为岩溶，同时局部可能存在有害气体。

根据钻探揭露，场地内岩溶主要为覆盖型岩溶，发育类型主要有溶隙和溶洞，另土岩分界线起伏较大，局部基岩埋深较大的地段岩面附近分布有软塑状黏性土，为溶沟溶槽堆积物，推测灰岩表面溶沟和溶槽较发育，并被残积层黏性土充填。

拖换施工前应根据溶洞分布与处理范围总平面图对待处理的溶洞分布范围及溶洞形式大小进行探明并填充。

根据岩溶专项处理文件，不同深度、不同覆跨比的溶洞，采用充填或注浆方式处理。

3.2拖换结构设计总体思路
该工程拖换场地龙岗立交1号通道为一双向两车道通路，宽7m，通道净空3.5m，是该处300m范围内唯一南北通道，1号通道以西均为路基段，路基面高于地面4m，以东为上部主道立交桥桥梁结构。

鉴于拖换场地狭小，空间受限，结合原立交桥受力工况、结构荷载等情况，本次桩基拖换采用被动拖换施工技术。

本次桩基拖换总体思路是以空间连续悬挑拖换结构，通过4根新拖桩替换原有6根桥台桩基础的受力状态。

新托梁分为悬挑梁部分、简支梁和配重部分。

靠近桥台设两根直径1.8m桩基，远离桥台设两根直径1.2m桩基，桩底均进入微风化岩至少1m且低于隧道1m。

4桩基拖换施工
4.1拖换基坑及桩基施工
明挖基坑采用800mm直径冲孔桩+600mm直径桩间旋喷止水，对以下三处进行袖阀管注浆加固：一是新拖桩外扩1m范围，防止在砂层中成桩塌孔；二是基坑底部以下3.7m范围土体，提高5-2-3粉质黏土地基承载力，保证新托梁的沉降在允许范围内；三是盾构磨桩范围内土体，主要目的是改善提高穿越区5-2-3粉质黏土和5-3-2土体性能，保证盾构机安全顺利穿过。

以上注浆加固均采用双液浆，加固后土体无侧限抗压强度≥1Mpa。

明挖基坑靠近桥台侧不设置围护桩，布置2~3排旋喷桩。

鉴于拖换施工条件空间受限，在施工前将地面降低标高，钻孔桩采用1台改造后的ZC-50型冲孔桩机钻进，将冲孔桩机桅杆由7.5m改造成4m，以此满足冲孔作业需求。

表1钻孔桩成桩允许偏差表
项
检查项目规定值或允许偏差检查方法和频率次
1混凝土强度(mPa)在合格标准内
2桩位(mm)50用经纬仪检查纵、
横方向3钻孔倾斜度1%查灌注前记录4沉淀厚度(mm)不大于图纸规定(100mm)查灌注前记录
±50查灌注前记录5钢筋骨架底面高程
(mm)
4.2暗挖通道施工
暗挖通道用于施工桥桩托换梁，开挖断面尺寸10.05（宽）*4.3m（高）。

通
道长度5.2m，通道分二个导洞开挖，开挖方式为正台阶开挖法。

初期支护采用
0.5m间距22#工字钢+C25喷射混凝土，采用螺栓连接闭环。

开挖进洞前对掌子面
进行全断面注浆加固，注浆加固范围为开挖初支外扩2.0m，注浆沿横通道掘进方
向5.5m一循环段。

采用管棚+超前小导管超前预支护，大管棚采用φ108×4mm
的热轧钢管。

4.3拖换梁施工
在托换梁施工前，因地质勘探揭露盾构穿越区域岩溶发育明显，需提前进行
岩溶处理。

在暗挖通道内运用地质钻机布设探边孔，绘制溶洞包络图，采用充填、注浆进行溶洞处理。

水泥浆液比重检查，钻孔芯样编录、终孔检查，PQT全自动
灌浆流量仪实时监控注浆参数等手段对岩溶处理质量把控。

岩溶处理效果委托第
三方检测机构通过钻芯法（强度等级≥0.8Mpa）、压水试验（透水率应不大于
5x10-5/cm/s）进行检测，并出具检测报告。

严格控制地基及岩溶处理，拖梁施工缝位置应设置在结构受剪力较小且便于
施工部位，同时注意兼顾预埋结构完整性。

在新旧混凝土交界面处，凿毛原有混
凝土表面，要求全表面露出新鲜和未碳化的混凝土，凿毛不平整度大于10mm，保
证新旧混凝土有效结合，确保有效传递拖换荷载。

4.4基坑回填
托换梁施工完成，养护达到龄期并经检测强度达到设计要求后，回填暗挖通
道与基坑，盾构磨原桥台桩基推进。

结束语
随着城市轨道交通的发展,桩基拖换技术在地铁施工技术应用研究中发挥了
很大的作用。

在逐步发展土地立体空间高效利用的理念下，桩基拖换技术的研究
有助于解决地铁建设过程中因时序问题与既有建（构）筑物交叉重叠的问题，满
足工程设计要求和施工可行性要求，具有十分广阔的研究前景。

参考文献
[1]雷江松．地铁下穿高速公路大型桩基拖换技术[J]现代城市轨道交
通,2018(4):57-62.
[2]刘敏．地铁盾构区间下穿桥梁桩基拖换施工技术[J].国防交通工程与技术,2020,18（5）:32-35.。