地铁盾构隧道桩基托换施工技术研究

肖少荣

（中铁广州工程局集团第三工程有限公司，广东 肇庆 526000）

地铁隧道在实际施工过程中，与铁路和水工隧道工程等存在很大的不同性。在地铁隧道施工过程中，难免与建筑物产生联系，如何处理好既有建筑物与地铁隧道之间的相关关系，是整个安全施工的难点和重点所在。尤其是在隧道设计线路贯穿于既有建筑物的下部桩基础过程中，托换、加固处理等措施的实施显得尤为重要，以确保建筑物和地铁隧道建设不会受到任何影响。

1 地铁下穿建筑物基础托换工程概述

在基础托换操作实施过程中，主要是对已经建好的建筑物地基进行加固处理，或者在已经建好的建筑物基础附近修建地下工程。除此之外，在实际地铁盾构隧道施工过程中，需要确保整个工程结构不会受到任何因素影响。由于盾构隧道施工基础托换工程施工工期较长，而且在部分结构托换施工操作结束之后，便可以对另一部分基础进行托换操作，从而将实际工程可靠性提升。站在实际地铁盾构隧道施工角度来说，由于建筑物基础托换，很可能引发建筑物不稳定，考虑到施工经济合理性，只有确保在建筑物价值高于基础托换工程后，该项施工方式才可以被使用。一般来说，地铁盾构施工之中的建筑物基础托换过程复杂，而且施工难度也较大。当地铁盾构隧道施工路线与建筑物相交时，可以确保建筑物具备较高的安全性，此时坑式托换法得到进一步应用，最终实现建筑物基础的有效延伸，将荷载传递到实际地铁工程中的地基上，最终确保整个主体结构的全面构建。一般来说，整个地铁盾构隧道下穿建筑物基础托换工程，需要做到向下延伸，这也是地铁基坑挡土墙承受荷载能力的主要来源，最终将抗压基础水平土压力全面消除。

2 地铁盾构隧道施工中的桩基础托换技术类型

2.1 主动托换技术

在主动托换技术的作用下，整个工程结构变形控制将会变得更加主动。除此之外，在具体地铁盾构隧道施工主动托换技术施工工作开展之前，相关工作人员可以使用顶升装置，实现上部荷载以及变形的调整，并借助于新建桩和托换体系，确保荷载的全面控制。此外，部分建筑可以将结构长期变形效应消除。由于托换建筑物的托换荷载过高，对变形控制要求极为严格，而且整个被托换桩还会随着托换梁一直上升，让整个建筑物荷载全部转移到托换梁上，最终将新桩和托换结构全面消除，将其变形结构控制在最小范围内。

2.2 被动托换技术

以被动托换技术角度来说，主要的托换对象为荷载较小的建筑物，该项技术在地铁盾构隧道施工之中的安全性较低，而且被动托换技术在原桩上部结构荷载施工过程中，能够随着托换建筑变形而转移到新桩之中，但无法对建筑结构上部变形进行调控。当整个托换建筑物荷载变小后，可以将上部荷载直接托换到新桩上，这样一来，整个托换结构所承受的作用力能够对整个建筑物上部沉降进行全面控制，确保建筑物结构保持较高的稳定状态。

3 建筑物保护措施

3.1 隔断法

该种方式主要指在实际建筑物附近开展地下施工，施工人员可以在施工开掘面和附近建筑物之间建立一个隔断墙，在降低土体水平位移和沉降量。同时，避免工程施工出现破坏。在整个隔断墙制作过程中，主要涉及的形式有钢板桩、地下连续墙等，这些装置的主要作用就是对施工引起的侧向土压力进行承受和化解，避免建筑一侧土体出现滑移或者是沉降变形等问题。截止到目前，隔断法已经在建筑物保护上得到了应用，所展示出来的保护效果极为明显。

3.2 基础托换法

基础托换法主要是采用新的加固以及支撑体系，将具体的基础措施改变，进而达到建筑物在结构力以及稳定性等方面的平衡状态。目前，世界上很多国家纷纷开始对该种方法进行应用，避免在地铁隧道施工过程中，对城市中的建筑物造成破坏性影响，而且应用效果极为明显，得到了很多相关研究人员的认可[1]。

4 地铁盾构隧道桩基托换施工技术研究

4.1 桩基与隧道位置关系

以马来西亚MRT2期TU8 ERL桩基托换施工为例。首先，横跨隧道的ERL轻轨高架桥桩基的基础与隧道相近，其桩径规格为0.3 m，长度大约为30 m。站在实际施工角度来说，整个桩基端处于微风化石灰岩层之中。首先，在桩基础与隧道外轮廓线距离展示上，整体性距离保持在0.4 m左右，而且其桩底在设计过程中，可以与盾构隧道中的水平线保持一致。其次，在ERL高架桥桩基设计上，整个托换操作应该以高架桥墩基础桩为主，其原桩的桩径主要集中在0.6 m，桩长度为25 m。

4.2 施工准备

首先，根据具体施工影响，ERL场地内条件所限，在大马城南站南端设置临时施工场地，包括注浆泵站、材料存储区、办公区、休息区等。此外，还可以通过临时过道与水电线路的重新设计，将托换施工恢复到原来模样。其次，在实际施工工作开展之前，施工人员需要对地下管线布置情况进行合理调查，并制定出有有效的处理方式。具体处理原则如下：（1）在整个隧道施工上，需要将托换结构避开。（2）将具体内容埋在实际结构之中。（3）在梁中结构孔径预留上，决不能超过300 mm，而且上下地面之间的距离不应该低于300 mm[2]。

4.3 加固方案

进行ERL桩基托换结构施工图设计时，在西侧桩基础设计上，距离整个南线隧道的水平距离只有不到0.4 m，需充分考虑盾构机掘进对桩基造成的扰动影响。从具体施工结构图纸设计角度来说，其具体单桩承受竖向压力标准值不会超过500 kN，单桩竖向承载力特征值707 kN。在加固桩基设计上，采用对周围地层扰动较小的桩径300 mm的微型桩，设计深度为入岩2 m，通过包裹在永久护筒外壁上4.5 mm的沥青薄膜，并在永久护筒内外灌注水泥浆达到图层中微型桩与土体分离，充分消除盾构机掘进扰动对桩基造成的影响，避免造成桩基沉降现象。在具体施工空间和承载力方面的考量上，需要对实际加固方案进行全面处理，避免地层和变形沉降等问题出现。除此之外，在实际加固处理方式应用上，主要集中在承台周边2 m左右范围内，而且在竖向5 m范围内也要开展注浆操作，最终实现对整个下部土体的加固操作，避免由于相关因素出现引发地基沉降问题，为建筑物安全维护工作创造有利基础[3]。

4.4 托换梁以及托换桩施工方案

由于不同施工场地具备不同特点，相关工作人员需要根据具体的托换桩以及托换梁要求，以ERL桩基托换为例，借助于微型桩钻机成孔。从具体受力分析上可以看出，设计的300 mm微型桩为端承桩，并通过沥青薄膜包裹永久护筒，使桩体与土体分离，既保证桩基不会沉降，又将盾构机掘进扰动土体而对桩基造成的影响消除，避免上部桥梁结构质量受到影响。站在施工步骤角度来说，首先，相关人员采用机械开挖直到设计标高。其次，在具体托换桩施工工作开展上，当整个灌注混凝土达到基坑地面标高时，人们需要做好桩顶钢板的固定和预埋操作，之后对整个托换桩桩顶标高进行有效设计。再次，在水平大梁灌注上，当整个桩和梁均达到设计强度之后，工作人员便可以用千斤顶实施大梁的顶紧操作，进而将标准值全面测试出来。在具体上部结构监测上，一旦整个托换桩被抬至1 mm左右时，应立即停止作用力施加，之后利用钢管垫块和钢板烧焊到一起，以此来替换千斤顶。

5 地铁盾构隧道桩基托换施工技术的效果维护策略

5.1 桩基脱换施工监测

首先，在整个桩基脱换以及地层加固上，需要将房屋和桥梁基础沉降以及结构变形等问题进行全面监测，并制定出有效的监测措施。其次，在托换桩预定加载操作上，主要以分级加载原则的应用为主。在具体等级划分上，主要以十级为主，每层负荷的增加量上限大约在10%左右，单次加载不能加载到最大值，而且每级加载时间需要保持在10 min左右，等到整体结构稳定之后，方可进行后续荷载增加操作。除此之外，在整个监测托换梁裂缝产生和发展过程中，如果裂缝宽度超过0.18 mm，需要停止加载操作[4]。

5.2 施工中的注意事项

首先，在施工前应对被托换桩、托换桩进行坐标、高程的测量，并与设计图纸进行对比，当差异较大时，应立即通知设计、监理、业主等有关部门。其次，在施工前应进行建筑物、构筑物的鉴定，对既有裂缝等情况进行电子记录。再次，土方开挖中适当支护，土方开挖高差较大的地方应采取专门的支护措施。最后，托换施工时，应加强对地表下沉及建筑变形的监控，及时反馈信息，指导托换施工。另外，对高架桥下的各种地下管线，如水管、煤气管、电缆等，要加强保护和监测，维护具体施工操作不会受到任何影响[5]。

6 结语

综上所述，地铁盾构隧道桩基托换技术的应用，除了可以维护地铁施工进度，同时还能降低工程造价成本，减少由于拆迁出现的问题，避免为相关部门带来巨大的经济损失。为此，在现代城市地铁施工过程中，桩基脱换技术的实施显得尤为重要。