轨道交通盾构区间城市桥梁拆复设计特点

王高科

（宁波市城建设计研究院有限公司，浙江宁波 430012）

0 引言

轨道交通位于道路下方，为确保盾构顺利掘进，需要将盾构掘进过程中碰到的老桥提前进行改造。以宁波市为例，地下线盾构施工与沿线道路多座桥梁相冲突，为此，需先对地面道路进行交通导改，将盾构掘进过程中碰撞的桥桩先拔除，然后在合适的位置重新打入钻孔灌注桩基础，对桥梁进行恢复施工。

1 设计思路

1.1 设计思路

（1）老桥拆除前详细勘察现场，摸清桥梁基础及地上、地下管线情况。

（2）设计合理的施工期间交通组织方案，将桥梁施工对道路通行的影响降到最低。

（3）设计合理的拆桥及重建方案，合理选择桩型、桩位及盖梁形式，避免重建后对盾构施工的影响。

（4）桥梁在拆除重建过程中的管线改移方案满足相关产权单位和管理部门的要求。

（5）老桥拆除过程中全程跟踪，对所掌握的桥梁基础及地下管线资料进行复核，明确拆桥方案及重建桥梁方案。

（6）老桥重建时考虑远期规划，避免重复建设。

（7）坚持科学态度，积极采用新工艺、新材料、新技术。

（8）认真贯彻精心设计、合理布局、符合实际的原则，减少废弃工程，节省投资。

（9）工程方案应尽可能满足快速施工要求，并在施工期间尽可能较少对周边环境影响，注重环境保护。

图1为拆复桥设计流程图。

图1 拆复桥设计流程图

1.2 桥梁拆除方案流程

图2为桥梁拆除方案流程图。

图2 桥梁拆除方案流程图

2 老桥桩基拔除关键问题研究及对策

在该工程拆除重建过程中，拔桩是最为关键和复杂的。设计出正确合理的拔桩方案并顺利实施后，才能确保后续工程的顺利进行；在清桩过程中及清除后，还应保证不对周围建筑物产生较大影响。下面着重对拔桩方案的设计思路进行阐述。

2.1 拔桩工艺选择

该工程需拔除的桩基均为钻孔灌注桩，钻孔灌注桩的钢筋不是通长，而桩周土的摩擦力较大，一般不能直接拔除，需采取技术手段破坏桩周土，然后采用起重设备吊起桩。现有的各种拔桩工艺的差别主要是破坏桩周土的方式不同，有空气幕沉井技术、正循环泥浆护壁钻进技术（套钻）、旋喷高压泥浆技术、空心冲击成孔技术、人工挖孔技术，各种技术的特点如表1所示。

表1 破坏桩周土的不同方法优缺点

适用于宁波软土地基破坏桩侧摩阻力的施工方法主要是正循环泥浆护壁钻进技术，其原理是先下钢护管，然后在护管内进行桩侧土体摩阻力的破坏。该方法的最大优点在于清除侧阻力的施工在护管内完成，因此对周围土体基本无影响；其缺点主要是在下钢护管和拔出的过程中对周围土体产生扰动。根据工程实际情况，可考虑采用切削钻进式钢套管方案，即利用全回转设备产生的下压力和扭矩，驱动钢套管转动，利用管口的高强刀头对土体的切削作用和高压水体的冲刷作用，将套管钻入地下，去除套管与桩体之间的土体，减小桩侧摩阻力。图3为套管法拔桩示意图。

2.2 拔桩施工要点

2.2.1 拔桩设备

（1）全回转动力设备

图3 套管法拔桩示意图

全回转动力设备主要是为套管360°回转、刀头切割障碍物提供动力，包括上下抱箍夹紧系统和一套竖向顶升系统。

（2）套管

套管有两方面功能：一方面将顶部驱动设备提供的扭矩和压力传递给刀头，同时在钻进的过程中还起到支护孔壁、防止孔壁坍塌的作用。套管为钢制桶式结构，根据需要钻进的深度情况分长度不同的若干节，在管口布置刀头。

先将回旋转机固定在钻孔桩中心上方，再将钻机和动力箱、操作室相连接，然后安装反力架，反力架的另一头停置一部吊车，该吊车履带压住反力架，反力架的作用是当钻机全回旋钻进过程中防止机器发生扭动，吊车同时可用作安装钢套筒和清障配合。图4为套管安装照片。

图4 套管安装照片

2.2.2 钢套管钻进施工

灌注桩桩顶混凝土暴露后，清除桩侧周围垃圾，回旋钻机就位，将钢套管与灌注桩同心压入。由于钢套管是全回旋钻进的，且端部刀头配置了负载控制装置，可以确保刀头的负载在最合适的范围内，且钻机在钻进的过程中可任意调节套管的回转扭矩、回转速度、压入力以及夹紧力等的最高值，并且可以设定发动机的高速、中速和低速，所以可以根据地质和障碍物情况进行高效施工。每沉完一节钢管，吊装上另一节钢管，直至钢套管底部达到预定标高。

2.2.3 高压水减摩

减少钻入钢套筒时的摩阻力，钻入钢套筒时管内插高压水管液化管内泥土，边冲边下沉，以减少钢套管内侧摩阻力。

采用高压水破坏土体时需严格控制水枪插入深度，插入深度小于钢管插入深度2 m以上，以确保管内底部土塞效应，防止套管外侧土体进入管内，引起地面沉降。废泥浆采用泥浆泵抽出，通过泥浆管路输送到泥浆池中，初步沉淀后用槽罐车外运。

2.2.4 拔桩

当钢套管钻到桩底标高后，将桩顶钢筋接长到地面并和锁口管底部焊接牢固，随后利用全回旋自身顶拔力将连带桩的锁口管拔起。图5为拔桩过程照片。

图5 拔桩过程照片

在已经埋设的注浆管内不断注入膨润土浆液，同时起拔锁口管，并连带着桩逐步上拔。当桩拔到一定高度，无法利用锁口管进行拔桩，同时吊车又无法将桩拎出的时候，将已经拔出的桩切断，重新焊接锁口管后拔起。为防止在拔除过程中桩底留出的空隙涌入流沙，给周围环境带来影响，在整个拔桩过程中注浆不停止，现场配备泥浆箱作为注浆泥浆循环回收箱，确保膨润土浆液始终能充填锁口管的底部空隙。

在拔桩过程中，如起拔力过大，无法将桩拔出，则在钢套管内可采取继续用高压水枪冲刷的方法减摩，直到将桩全部拔除。

2.2.5 桩孔回填

桩孔填充是该工程重要的一个施工环节。桩孔填充质量的好坏将直接影响到周边土体后期的沉降情况和盾构工程的正常施工。

桩孔回填材料分为两部分，盾构区间内采用黄砂回填，盾构区以外采用C5细石混凝土回填。桩孔回填材料详见图6。

图6 桩孔回填示意图

2.3 拔桩注意事项

（1）桩基属于隐蔽工程，桩体形态存在不确定性，拔桩前需做好预案，对可能遇到的情况提出切实可行的解决方案。

（2）正式拔桩前应进行试拔，以确定机械的正常工作状态和工作条件。

（3）桩体可整体拔除，也可部分拔除，但必须保证盾构区间畅通。

（4）一旦桩体未拔除足够深度，可采用静力分节爆破后下人直接凿除，如需下人操作需对下侧土体进行加固，防止管底涌水。

（5）不被拔除的桥桩与地铁结构距离很近，如有必要，需对近桩周围土体进行加固。

（6）按照同类工程的设计施工经验和有关法规的要求，应在地铁施工过程中制定专项施工方案，加强监测工作，根据检测指标的分析判断结果采用相应的地层加固手段。设计采用自地表跟踪注浆的加固措施，具体工艺标准和材料配比须待施工条件成熟后，根据现场实际情况结果进行确定。

（7）新桥桩基距离设计隧道结构边线的距离按不小于1 m控制，保证盾构隧道掘进时可以畅通无阻。

3 施工期间的交通组织

因桥梁拆除修复期间不得中断地面道路交通，因此需要进行合理的交通导改与组织。

萧皋碶桥2004年建成，桥跨布置为三跨13 m+18 m+13 m，桥宽68.5 m，为简支板梁桥。桥梁上部采用预制空心板梁，桥梁下部为盖梁式桥台，采用单排Φ80 cm钻孔灌注桩基础，桩间距3.7～4.3 m，桩底标高约为-47.2 m，已侵入隧道；盖梁式桥墩，采用单排Φ100 cm钻孔灌注桩基础，桩间距3.7～4.3 m，桩底标高约为-49.3 m，已侵入隧道。图7为萧皋碶桥现场照片。

图7 萧皋碶桥现场照片

根据盾构位置，萧皋碶桥中央分隔带南侧桥幅需全部拆除，老桥拆除面积1 620 m2，拆除情况见图8。

图8 萧皋碶桥拆除平面图

桥梁拆除期间利用保留桥幅做好交通组织工作，根据桥梁情况，桥位处重新划为7车道，交通组织见图9。

图9 萧皋碶桥拆复期间交通组织图

4 桥梁设计

4.1 设计指导原则

（1）坚持科学态度，注重实地调查，认真贯彻精心设计、合理布局、切中实际的原则。

（2）方案符合国家相关规范和标准，做到功能适用、技术可行、经济合理。

（3）老桥拆复后为沿线盾构施工提供安全的施工空间。根据1、2号线拆复桥经验，新建桥梁桩基与盾构外壁净距按不小于1 m控制。

（4）减少老桥拆复对周边道路交通的影响，保证交通不中断。

（5）减少老桥拆复对周边居民出行、生活的影响，并减少对周边已建小区环境的影响。

（6）拆除桥梁处道路纵坡按照与既有道路，特别是交叉口处现有标高接顺，以现场实测标高为准进行道路纵断面设计。

（7）迁移既有桥位处相关管线，迁移管线满足安全、经济、便于施工的原则。

（8）工程具备良好的经济效益、社会效益，全面采用新技术、新材料及新工艺，加强技术创新，提高工程质量和耐久性。

（9）设计方案充分考虑建设进度的要求，便于实施，确保施工方案符合招标工期的要求。

4.2 设计标准

一般轨道交通沿线有多座桥梁需要拆除重建，根据老桥桩基与盾构的相对关系，其中部分桥梁半幅拆除重建，部分桥梁全幅拆除重建。由于各桥梁建造年份不同，因此老梁的设计荷载等级、设计合理使用年限等均有所不同。

根据新建及改建工程设计标准不低于原桥设计标准的原则，并根据现行设计规范，拆除重建部分桥梁按以下标准设计：桥梁设计荷载主干路、次干路桥梁采用城－A级，支路桥梁采用城－B级，人群荷载4.5 kN/m2。

4.3 桥梁重建设计

现状萧皋碶桥跨径布置为三跨13 m+18 m+13 m，桥宽68.5 m，为简支板梁桥。隧道与南半幅桥梁桩基冲突。盾构隧道与桥梁的相对位置详见图10。

图10 隧道与现状萧皋碶桥南半幅桥台横断面关系图

萧皋碶桥重建部分跨径布置13 m+22 m+13 m，桥梁下部盖梁式墩台均采用φ120 cm钻孔桩基础，桥梁上部13 m跨采用70 c m厚先张法预应力混凝土板梁，22 m跨采用95 c m厚先张法预应力混凝土板梁，盖梁采用预应力钢筋混凝土盖梁。重建桥梁方案详见图11。

图11 萧皋碶桥南半幅恢复后桥台横断面图

5 结语

5.1 项目特点

（1）轨道交通的地理位置决定了工程的复杂性，故该工程实施时需由较多部门协调，各部门的相互协调对工程的顺利开展有着极为重要的作用。

（2）老桥拆复的进度直接影响到主体结构的开工时间，虽然老桥拆复只是轨道3号线所有工程中的一小部分，但其重要性应引起相关部门的重视。

（3）本次老桥拆复对周边小区居民日常生活带来一定影响，故本次设计充分考虑这些因素，进行优化设计。

（4）老桥拆复过程中对宁波市域交通带来影响，故管线迁移尽量选择同步进行，避免穿插进行对交通的干扰。

（5）为避免老桩拔除对周围管线及建筑物产生不良影响，施工前需对相关方案进行充分的论证，施工中应做好相关监测工作。

（6）由于老桥拆复牵涉面较大，故工程实施前需通过各种途径发布公告，以减少影响。

5.2 关键技术问题对策

（1）部分桥梁半幅拆除重建，重建部分与老桥的纵向接缝宜采用可伸缩式，以满足新、老桥的变形和不协调。

（2）为了避开盾构区间，重建桥梁的盖梁跨度较大，设计的盖梁部分采用后张法预应力盖梁。由于预应力张拉需要操作空间，因此需做好盖梁施工节段的划分。

（3）为了避免新老桥梁的不均匀沉降，新建桥梁的桩基持力层尽量与老桥位于同一地层中。

（4）老桩拔除工艺比较复杂，且在拔除过程中不可预计问题较多，按照同类工程的设计施工经验，应在施工前制定专项施工方案，加强监测工作，根据检测指标不断对拔桩工艺进行优化。

（5）各种管线接割需有一个明确的计划，通过协调，减少对周边的影响。

（6）电力管线（110 kV）、通讯管线（长途）属于比较重要的管线，管线迁移前应有一个详细的迁移计划，以确保不对其它管线迁移存在影响。