高架车站基础与新建地铁交叉施工技术

李检平

(中铁六局集团天津铁路建设有限公司，天津 300141)

1 工程概况

北京铁路枢纽既有丰台站位于北京市丰台镇正阳大街南侧，紧邻西四环南路正阳桥。场地内及线路两侧既有建筑物密布，北侧为既有丰台站及既有线，南侧为站段房屋及地方居住建筑。由于线路需求，丰台特大桥高架车场与地铁十六号线存在交叉施工情况。根据统计，丰台特大桥高架车场4轴8#承台、2轴8#承台和2轴7#承台分别含有6根钻孔桩与地铁十六号线存在交叉施工情况(见图1)。其中：

图1 钻孔桩与地铁十六号线位置关系(单位：m)

(1)4轴8#承台1#、3#、5#钻孔桩外径与建成的地铁16号线停车线初衬水平距离为1.5 m，与未施工的地铁16号线右线初衬水平距离为1.5 m；2#、4#、6#钻孔桩外径与未施工的地铁16号线右线初衬水平距离为0.7 m。桩长65.0 m、桩径2.0 m。

(2)2轴8#承台1#、3#、5#钻孔桩外径与建成的地铁16号线停车线初衬水平距离为1.12 m，与建成的地铁16号线左线初衬水平距离为1.88 m；2#、4#、6#钻孔桩外径与未施工的地铁16号线右线初衬水平距离为2.02 m，与建成的地铁16号线停车线初衬水平距离为0.98 m。桩长85.0 m、桩径2.0 m。

(3)2轴7#承台1#、3#、5#钻孔桩外径与未施工的地铁16号线右线初衬水平距离为3.18 m；2#、4#、6#钻孔桩外径与未施工的地铁16号线右线初衬水平距离为0.83 m。桩长52.0 m、桩径2.0 m。

该区域为粗圆砾土，土质较为松散。根据以往该地区、该地质的施工经验，旋挖钻施工过程中容易出现扩孔、塌孔、泥浆外漏等事故，对已经开挖的地铁16号线可能造成安全风险。

2 钻孔桩施工方案

经过分析研究决定采用长护筒跟进方案：在地铁结构顶面2.0 m以上采用旋挖钻干钻施工，到达位置后使用10.0 m+3.0 m+3.0 m的钢护筒进行护壁。跟进钢护筒安装完成后，每施工3.0 m后，跟进3.0 m钢护筒，护筒与护筒之间采用焊接连接。当到达地铁底板以下1.0 m位置后，不再使用钢护筒护壁，采用泥浆护壁成孔的方式向下施工，直到设计桩底标高。此方法优点对地铁结构产生的扰动小，减少钻孔过程中塌孔、扩孔等情况出现。已经开挖地铁16号线停车线、左线在钻孔桩施工30 m范围内尽快完成二衬施工，对开挖隧道进行加固；钻孔桩施工过程中加强对地铁隧道的监控量测。

采用该施工方案，顺利完成钻孔桩施工，孔径、孔深、孔型符合设计要求。

3 有限元数值分析

3.1 建立模型

为了明确钻孔灌注桩交叉施工对既有结构的不利响应，选取4轴8#承台桩基典型结构进行建模计算，工况示意如图2所示。模型选取桩基范围内未施工的地铁右线以及距离最近的已建成地铁停车线，考虑到地铁已进行二衬防护以及有限元软件的运算速度，对于距离较远的地铁左线不予考虑。本构模型剖面如图3所示。

图2 4轴8#承台交叉施工工况 图3 桩基模型剖面图

根据现场地质情况，将土层划分为杂填土、粗圆砾土、泥岩、砾岩，各部分物理性能参数如表1所示。

表1 承台钻孔桩模型材料参数

3.2 计算结果分析

对钻孔灌注桩施工的仿真模拟过程如下：先进行初始地应力的平衡，获得施工之前的结构应力位移数据，如图4所示。

在钻挖施工后，将桩基承台导入，并对承台顶部设置压强以模拟施工最后回填土的附加应力，通过对已经开挖的地铁洞口进行运算，并选取模型纵向的中间部分进行分析，并通过系数放大2E+5倍，观察地铁洞口的受力变形，图5为地铁隧道的应力位移云图。

其中，已开挖地铁洞口处的应力和位移在桩基施工之后都有所增大，距离桩基最近和最远的两个洞口侧壁位置、洞口顶处和洞口底部位置的应力和位移变化如表2所示。

图4 结构计算结果

图5 地铁洞口计算结果

表2 不同位置处的结构响应变化

由表2计算结果可以看出，在施工之后位置1处的应力增量和位移增量最大，分别为83.5 kPa、3.15 mm；其次为位置3。由洞口的计算云图可以看出，在深厚土层中，地铁顶部拱形结构对抵抗围岩压力发挥了作用。此外，由于各个位置的应力位移变化率均较小，结合实际工程，说明在地铁与桩基交叉施工的环境下，在地铁二衬防护之后，采用钢护筒跟进旋挖钻施工的方法，结构对于既有地铁的响应变化在合理安全的范围之内。

4 结束语

实际工程实践与数值模拟结果均说明，在地铁与桩基交叉施工的环境下，在地铁二衬防护之后，采用钢护筒跟进旋挖钻施工的方法，成桩质量符合要求，结构对于既有地铁的响应变化在合理安全的范围之内。