洞内托换施工在地铁设计的应用分析

洞内托换施工在地铁设计的应用分析

林龙

佛山市顺德区地铁有限公司528300

摘要：地铁逐渐成为了各大城市的重要公共交通，不仅可以提高运输效率，同时还具有较高安全性，在高新技术的支持下，近年来发展迅速。但是对于地铁工程来讲，多为地下施工作业，环境条件特殊，甚至会因为处于市区繁华区域在一定程度上对地上工程带来影响。因此为达到最佳施工效果，就务必要提前做好设计规划，选择与现场条件最为适应的技术工艺，争取最大程度上来降低施工难度，且保证不会对地上工程造成影响。本文主要就洞内拖换施工在地铁设计中的应用要点进行了简单分析。

关键词：洞内托换；地铁设计；桩基托换

桩基托换即通过桩基形式来对工程基础进行托换处理，适用于松散砂土、软弱黏性土、饱和黄土、失陷性黄土等特殊地质条件，也可用于素填土与杂填土基础施工。桩基托换技术应用十分广泛，目前在铁路、公路以及城市轨道交通等方面已经取得了良好的成果，技术越来越成熟。对于地铁设计来讲，为保证基础施工良好效果，便可以选择应用洞内托换技术，不但可以更好的适应作业环境，同时还可以保证良好的施工效果。

一、洞内托换施工在地铁设计中应用

桩基托换技术虽然应比较成熟，但是并不适用于地铁地下施工环境，其多应用于地面、建筑物首层以及地下室，面对地铁特殊的施工环境，就可以在其基础上来应用洞内托换形式，并结合现场实际条件来进行设计。以某地铁首期工程为例，全程共长35km，其中包含28.79km的地下线路与2km的高架线路，另外还有0.21km的路基或路堑线路[1]。其中，存在部分车站处于市区繁华区域，地面交通系统复杂，为避免对地上工程造成影响，选择应用盾构法施工。且区间隧道在右线里程YDK13+780.0~+850.0、左线里程约ZDK13+840.0~+880.0处穿过一4层框架结构工程，其桩基础与区间隧道产生冲突，必须要进行托换施工。

二、基于洞内托换施工地铁设计分析

1.工程概况分析

施工区间地面比较平坦，地面标高为7.40~8.75m，隧道穿越土层包括由冲-洪积黏性土层、可塑状积土粉质黏土层、硬塑-坚硬状风化残积粉质黏土层与岩石全强风化层。与隧道产生冲突的地上建筑，其桩基全部采用的人工挖孔桩，桩径为1200m，桩长超过20m，桩中心最大净距和最小净距分别为18.5m与8.25m。共有6根桩基侵入到区间隧道，承载力均设计为9000kN[2]。因为区间应用的为盾构法施工，这样在进行地铁设计时，就需要对该区间桩基础进行处理。

2.地铁设计思路

施工区间所处区域地上交通繁忙，存在大量的地下管线，现场调研后发现不存在地面施工条件。并且与地上建筑产生冲突，区间隧道无避让可能性，为避免对区间地面建筑物造成影响，提高施工安全性，最终确定采用盾构法施工。但是桩基托换多基于地面条件施工，并不完全适用于本工程，怎样才能够通过设计做到桩基托换就成为了核心。其中，现场综合考察后发现，与该施工区间相距70m处有一市政绿地，面积大约1500㎡，考虑可通过该绿地设计一施工竖井，将其作为地下通道完成桩基托换施工。

三、地铁工程洞内托换设计要点

1.施工竖井设计

在市政绿地区域设计一临时施工竖井结构，采用锚喷支护形式为主，锚杆+钢筋网+喷射混凝土+格栅钢架组合联合支护为辅的方式处理，确保结构具有较高强度与稳定性。此部分设计内容主要包括井口、井身、井窝以及马头门几部分。

2.暗挖托换通道

托换通道设计的为超前小导管+锚杆+钢筋网+喷射混凝土+格栅网架联合支护形式，保证结构的稳定性。为降低施工难度，确定托换通道断面尺寸宽度为2~4.5m，高度为3.5~6.7m，全程长180m，综合隧道实际情况和施工要求，最终确定应用全断面法与上部留核心土体台阶法施工。

3.桩基托换设计

3.1原桩与托换梁连接

对于托换梁与被托换桩以及承台抗剪设计均是依靠其相互咬合、界面处理以及植筋来实现，即要对被托换桩、承台与托换梁接触的部位进行凿毛处理，控制处理深度在10~20mm，并做好界面处理[3]。同时，还要沿着被托换桩和承台的周围来植埋钢筋，并应用强植筋胶来充填钢筋与桩之间的缝隙，确保新旧混凝土可以牢固连接。其中技术要点主要包括：①对新旧混凝土界面进行处理，为新旧结构共同协调作用创造良好条件。②对就混凝土表面做凿毛处理，控制深度在10~20mm即可。③凿毛后需要用清水进行清洗，并在新结构混凝土浇捣前4h对界面涂刷处理剂。④界面凿毛的过程中如果发现结构存在裂缝等质量病害，需要及时采取措施进行加固，且将信息反馈给设计人员，做好下一步的处理工作。

3.2托换作业

托换作业设计要点主要为预顶、截桩与封桩等多个作业流程。①预顶方法。需要在托换新桩顶部与托换梁之间预留一定空隙，将千斤顶放入其中，以此来控制桩与梁之间的作用力大小。②预顶目的。将托换新桩变形对托换体系带来的不良影响消除，能够有效预防新桩沉降导致的地面建筑沉降，并且还能够对托换体系承载力做进一步的检验。③分级加载。托换预定加载共分为10级，每级荷载增量为千斤顶加载上限的10%，且各级持续加载10min，确定结构稳定后可继续进行次级加载。④预定位移。在预定时需要对千斤顶顶升力以及托换梁两端向上的位移进行控制，确保每项均不会超过设计控制值，如果控制不当超出后需要及时与设计单位联系，以便就设计参数作出相应调整[4]。⑤截桩作业。预定结束后对沉降变形状态进行观测，确定稳定性后就可组织进行截桩作业。截断被托换桩时，需要分批跳开进行，且要随机观测见沉降状态，根据实际情况来对千斤顶进行调节，保证将桩的沉降量控制在设计范围内。⑥封桩作业。原桩截除后需要对钢筋进行全面检查，清除后就可以应用纯水泥浆对截桩作业孔进行密实处理。I最后按照桩芯混凝土浇筑、养护、拆除千斤顶、灌注空隙混凝土的顺序进行封桩作业。

3.3回填设计

本工程所设计的竖井与暗挖托换通道全部为临时性结构，这就决定了待完成桩基托换工程，且区间隧道盾构机到达之前对两部分进行回填处理。即采用夯实土来对施工竖井进行回填，暗挖托换通道下部可应用黏土回填，上部则是应用片石混凝土封堵固结处理。并且为保证良好的回填效果，需要在正式回填前取样测定，获得最大干容重和最佳含水量，另外还要见做压实试验，确定所用填料的含水量在设计范围内。同时，回填过程还要针对铺土厚度以及压实遍数等参数进行控制，保证可以达到良好的施工效果。

4.设计施工要点

整个施工过程均需要按照设计方案来进行，通过规范施工来降低对地面以及原桩沉降的影响。因为设计的临时施工竖井与托换隧道周围存在管线项目，为避免施工时造成损坏，需要对其进行监控量测，全过程做好监控。同时，各项设计参数需要根据实际情况进行灵活调整，保证施工作业的安全性。

结束语

洞内托换施工在地铁设计中的应用可以更好的解决地上工程桩基与隧道之间的冲突，基于现场实际条件，完成各结构参数的设计，为安全施工创造有利条件，在不影响地上建筑结构稳定性的情况下完成地铁隧道施工。

参考文献：

[1]宋南涛.地铁隧道洞内托换跨河桥梁桩基的应用及设计施工关键技术[J].现代隧道技术，2013，50（04）：164-169+175.

[2]刘启峰.洞内托换施工在地铁设计的应用[J].隧道建设，2009，29（03）：295-300.

[3]王守慧.地铁施工中对地面桥梁桩基的洞内托换[J].现代隧道技术，2008（02）：79-84.

[4]杨治东，杜建华，骆宪龙.洞内桩基托换施工有限元模拟[J].石家庄铁路职业技术学院学报，2007（02）：38-41.