实例解说受地铁盾构影响下桥梁下部结构设计及防护措施

实例解说受地铁盾构影响下桥梁下部结构设计及防护措施

工程概况

海沽道规划为城市主干路，规划道路红线宽５０ｍ。本次工程范围为外环南路～东文南路，总长度约１０．３ｋｍ。沿线需跨越现状河道４处，新建４座桥梁跨越，分别为外环河中桥、洪泥河中桥、幸福河中桥、卫津河中桥。

由于规划地铁１号线线位与海沽道主线重合，受地铁盾构影响的有洪泥河中桥、幸福河中桥、卫津河中桥３座桥梁。因此桥梁下部结构设计中应充分考虑与轨道交通１号线之间的相对关系，满足地铁盾构施工过程中要求的最小安全距离；同时对桥梁桩基采取有效的防护措施，在施工过程中进行必要的施工监测，以保障本工程的安全实施和使用。本文以洪泥河中桥为例，介绍海沽道工程受地铁盾构影响下桥梁下部结构设计及防护措施。

2水文地质情况

洪泥河全长２５．８ｋｍ，设计流量５０ｍ３／ｓ，为区管二级河道，六级航道，性质为排水，规划上河口宽度为５０ｍ、下河口宽度为２５ｍ。现状洪泥河上河口宽度为４５ｍ、下河口宽度为２５ｍ、两侧放坡各１０ｍ；堤岸为土质边坡，边坡系数为１∶２．５。河底高程为－２．７ｍ，堤顶标高为３．２～３．６ｍ，洪泥河常水位为１．４ｍ，洪水位为２．５ｍ。根据区域地质资料和勘察，本工程所在场地为第四系全新

统（Ｑ４）海相、陆相及海陆交互沉积地层。

从上而下地层呈层状分布，按成因分为８层，按力学性质可进一步分成１５个亚层。该区域主要由杂填土、素填土、粘土、淤泥质土、粉质粘土、粉土组成，各层土水平方向上总体分布稳定，从上而下土质渐好。本工程特殊性岩土主要为人工填土及淤泥质土，填土土质松散，淤泥质土土质软对桥梁桩基施工有一定影响。

3地铁与海沽道线位相对位置关系及安全要求

３．１位置关系

海沽道道路红线宽５０ｍ，线位与洪泥河河道斜交，角度为１７。１号线地铁线位分为左右双线，在洪泥河处线位间距为１４．８ｍ，每条线位地铁盾构区间宽为６．２ｍ，地铁盾构区间净距为８．６ｍ，地铁盾构顶埋深标高为－９～－１５ｍ之间。洪泥河中桥处地铁与海沽道平面位置关系详见图１。

３．２地铁盾构安全距离要求

地铁１号线盾构隧道与跨河桥梁桩基相距较近，二者之间安全间距要求以及附近土层是否需要加固与施工工序有很大关系。为了尽量减小本工程拟建桥梁与地铁１号线之间的相互影响确保工程实施的可行性，经与地铁１号线设计单位多次沟通，由地铁１号线设计单位对地铁盾构施工

与桥梁桩基施工之间的安全距离提出具体要求。

（１）桩基先于盾构隧道施工（方案Ⅰ）：

①在此工况下，桥梁桩基础外边缘距离盾构结构外边缘的距离不得小于１．５ｍ，隧道穿越时，周边土体不需要加固；但桩基设计应考虑桩侧摩阻局部损失。

②为了保证桥梁桩基达到其设计强度，桥梁承台及桩基施工完成至盾构侧穿桩基的时间间隔应至少保证１个月。

（２）盾构隧道先于桩基施工（方案Ⅱ）。当盾构区间先行推进，桩基后施工，此种工况对区间隧道影响较大，桥梁桩基外边缘至盾构结构外边缘的最小距离不得小于４ｍ，且周边土体需要加固。方案Ⅰ对本工程桩基影响最小；方案Ⅱ对本工程桩基影响非常大，由于安全距离要求大，周边土体需要加固，直接导致桥梁工程桩基不能实施。由于地铁规划１号线线位与海沽道线位已定，不能调整。最终经各方面沟通协调确定桥梁工程按先于地铁盾构施工进行设计和施工，即满足方案Ⅰ中的要求即可。

4桥梁下部结构设计

４．１桥梁下部结构设计方案的确定

洪泥河中桥桥梁中心桩号为Ｋ２＋９４６．２７４，位于直线上，斜交角度为１７，采用分离式双幅桥，左幅桥宽为２５．５ｍ，右幅桥宽为２３．５ｍ，跨径为３２５ｍ，梁高１．４０ｍ，结构形式采用预应力混凝土简支变连续小箱梁结构。桥梁下部结构的设计为了尽量减少对河道的影响，减少阻水效果，通常采用排架墩。

由于地铁盾构的影响，与桩位有冲突，此桥不能采用排架墩，需特殊设计。经设计计算，采用较大跨径盖梁，盖梁下设双柱墩，墩底设承台及桩基，桩基之间预留地铁盾构空间，可以确保与地铁盾构之间安全距离大于１．５ｍ的要求，以此保证后期地铁施工的安全性。

地铁盾构间距内桩基１．５ｍ，地铁盾构外侧桩基１．２ｍ，立柱采用１．８ｍ的圆柱墩，以减少河流阻力。由于桥位与河道斜交角度较大为１７，立柱间距较大为１９．４２５ｍ／ｃｏｓ１７＝２０．３１３ｍ，导致盖梁截面较大，盖梁梁高２．５ｍ，顺桥向宽度为２．０ｍ，普通的钢筋混凝土结构已经不能满足计算要求，需要采用预应力混凝土结构进行设计。

４．２桥梁下部结构设计的特殊性及处理方法

由于地铁盾构的影响，通过下部结构特殊设计，可满足桩基边缘距盾构边缘距离大于１．５ｍ安全距离的要求；但地铁盾构施工过程中对周围土体产生扰动，引起土体水平位移和竖向位移以及桩基受力及变形发生

变化，仍有可能对桥梁桩基造成影响，因此设计及施工中采取以下措施：

（１）设计中不考虑盾构施工影响区域内土的桩侧正摩阻力，对桩长进行加长设计。

（２）设计中在位于地铁上下行之间的桥梁桩基盾构施工影响区域以上采用钢护筒进行防护，该钢护筒不拔出，作为永久性结构使用。

（３）根据地质报告本场地埋深约１０．００ｍ以上主要为欠固结软土，软土在自重及其它外荷载作用下将产生固结沉降，对桩侧产生负摩阻力。设计中在验算桩基承载力时，要充分考虑桩侧负摩阻力的影响。

（４）场地分布人工填土及淤泥质软土，填土土质松散，淤泥质土土质软，钻孔灌注桩桩身穿越填土及淤泥质软土时，须注意孔壁坍塌及缩颈现象，可采取埋设护筒、合理调配泥浆比重等措施。

（５）钻孔灌注桩桩身穿越厚层粉土、粉砂时，因钻进速度慢，钻孔施工时间长，易产生塌孔、桩身夹泥等不良现象，施工时应采取调节泥浆比重、成孔后加强清孔等措施防止塌孔、桩身夹泥等不良现象发生，确保成桩质量。

（６）在施工过程中，尚应进行必要的施工监测。检查施工引起的地表沉降是否超过允许范围，决定是否需要采取保护措施，并为确定经济、合理的保护措施提供依据，对桥梁的沉降及倾斜变形应进行相应的实时