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【摘 要】在地铁工程中会遇到大量的建筑设施冲突和干扰，一般采用的方案有 2種：一是拆改既有设施，二是对原设施进行托换或加固。本文通过实例介绍了地铁盾构隧道穿越桩基综合处理技术，仅供参考。
【关键词】地铁盾构隧道；矿山法；桥梁桩基；洞外支顶；洞内托换
一、工程概况
1、隧道概述
某地铁起点里程为Y（Z）DK9+518.900，终点设计里程为Y（Z）DK10+569.561。隧道中部ZDK9+706.621～ZDK10+301.621长595m，YDK9+717.241～YDK10+322.241长605m采用矿山法施工，盾构空推拼装管片，其余隧道两端均是盾构法施工。在YDK10+197.415处设7.0m×7.0m竖井1座，由竖井分别向两端开挖矿山法段隧道。竖井施工照片见图1。
2、隧道与桩基关系
景田站区间在YDK10+221.550处穿越某公园人行天桥，隧道采用矿山法施工初期支护+盾构空推拼管片通过的组合工法施工。根据《公园人行天桥竣工图》显示，本公园人行天桥①号桥墩位置2根桩基已侵入隧道，必须采取桩基托换处理。隧道与天桥桩基平面位置关系见图2，断面位置关系见图3。
本公园人行天桥上部结构为3跨预应力连续梁，天桥顶部为钢筋混凝土结构，下部结构为钢筋混凝土圆柱墩，天桥基础采用Ф800钻孔灌注桩。区间左右线分别正穿天桥0号桥墩和①号桥墩，隧道埋深约15.2m。天桥0号桥墩下2根桩基桩长20m，桩底距离隧道顶约2.3m，①号桥墩下2根桩基桩长17.2m，桩基已侵入隧道，侵入长度为3.37m和3.97m，桩基配筋段长度为13m，侵入隧道的为素桩部分，①号桥墩处需要进行桩基托换处理。
根据计算，①号桥墩单桩承载力为1154.3kN。根据天桥桩基竣工图，推断该处天桥桩基为端承摩擦桩。
二、施工方案
1、洞内拱顶预注浆加固、初期支护加强
1.1增加隧道拱顶预注浆加固
注浆加固范围为开挖轮廓线内侧1m至外侧2m，注浆段长度为9m，上半断面共布孔19个，注浆孔自掌子面沿开挖方向，以隧道中轴为中心呈伞状布置，环向间距1.0m。隧道拱顶预注浆加固见图4。
1.2初期支护加强
1）区间右线穿越本公园人行天桥①号桥墩段矿山法隧道位于Ⅴ级围岩中，标准段衬砌断面类型为B型。B型断面（Ⅴ级围岩）初期支护参数见表2。2）桩基托换段初期支护加强，初砌类型为E型。桩基托换段初期支护参数见表3。
通过对比表2和表3可知，桩基托换段矿山法隧道初期支护加强主要体现在初期支护钢架由格栅钢架调整为型钢拱架，同时边墙砂浆锚管、纵向连接筋布置参数也进行了加强。
2、地面支顶
区间右线穿越本公园人行天桥①号桥墩处，下方隧道开挖过程中在地面对天桥采取临时支撑措施，临时支撑结构采用Ф=609，t=14mm的钢管撑+型钢梁的形式，钢管撑之间采用L100mm×100mm的角钢互相连接形成整体，天桥与型钢梁之间设置4个110吨位的同步薄型自锁式千斤顶，钢管撑底部采用C30钢筋混凝土承台作为基础来承担上部荷载。
靠近景田路一侧临时钢管撑下方设一分阶承台，上阶尺寸为1.6m×4.5m×0.6m，下阶尺寸为3.2m×6.1m×0.4m，基础持力层为〈1-1〉素填土；
靠近景田路人行道一侧为避开Ф150的燃气管（距离1号桥墩约2.3m），临时钢管撑下方设一矩形承台，承台尺寸为1.6m×4.5m×1.0m，承台下方〈1-1〉素填土采用C20素混凝土换填，基础持力层为〈6-2〉硬塑状砾质黏土。地面钢管撑临时支顶设计见图5。
三、施工方法
1、地面支顶
1）隧道开挖面距天桥桩基10m时，对天桥进行地面临时支撑。
2）施工地面临时支撑承台前，对基础下方管线采取钢筋混凝土包封进行保护。
3）为保证新建地面承台1下方土体具有足够的承载力，施工承台前将承台范围内素填土采用C20素混凝土换填。
4）千斤顶采用110吨位的同步薄型自锁式千斤顶，千斤顶与桥梁底部须用钢楔块楔紧；千斤顶的最大预顶力设为400kN，分5级进行加载。
5）施工期间对桥梁变形及1号桥墩处桩基及地层沉降情况进行实时监测，根据监测结果及时调整千斤顶的顶升高度及顶力，确保1号桥墩及桩基沉降小于10mm。钢管撑地面支顶现场照片见图6。
图6钢管撑地面支顶现场照片
2、拱顶预注浆加固
1）隧道开挖掌子面距离加固范围5m时就开始对加固区进行加固，5m作为注浆止浆墙，注浆加固范围为开挖轮廓线内侧1m至外侧2m，至地层强度达到设计值后，方可进行隧道的开挖。2）注浆段长度为9m，上半断面共布孔19个，注浆孔自掌子面沿开挖方向，以隧道中轴为中心呈伞状布置，环向间距为1.0m。3）浆液理论扩散半径为1m，孔底间距不大于1.5m，开孔直径不小于110mm，终孔直径不小于90mm；孔口管采用Ф108mm，壁厚5mm的热轧无缝钢管，管长3m，孔口管应埋设牢固，并有良好的止浆措施，注浆工艺采用WSS二重管深孔注浆。4）钻孔和注浆顺序由内向外，同一圈孔间隔施工。注浆形式采用后退式注浆，岩层破碎带容易造成坍孔时，采用前进式注浆。5）注浆材料采用水泥-水玻璃双液浆，双液配比C∶S（体积比）=1∶1，注浆压力初拟为0.3～2MPa。6）单孔注浆压力达到设计终压并继续注浆10min以上，可结束本孔注浆，单孔注浆量与设计注浆量基本相同。隧道拱顶预注浆效果现场照片见图7。
图7隧道拱顶预注浆效果现场照片
3、隧道开挖初期支护
1）隧道施工严格遵循“管超前、严注浆、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的方针，充分利用“时空效应”原理进行施工。 2）施工流程：小导管超前支护—上台阶开挖，留核心土—上臺阶钢架架立、挂网、连接筋施工，喷射混凝土，锁脚锚管施工—开挖上断面核心土和下断面桩下土体开挖—下台阶钢架架立、挂网、连接筋施工，喷射混凝土。
3）桩基托换处隧道采用正台阶法施工，隧道开挖时桩基位置预留核心土，以便更好地控制桩基的沉降。
4）桩基托换处隧道开挖采用机械辅助人工开挖，减小振动，并应严格控制超挖。
5）隧道开挖每0.5m一个循环，初期支护钢架须与既有桩基有效连接，初期支护背后须预埋注浆管。隧道开挖初期支护现场照片见图8。
图8隧道开挖初期支护现场照片
4、截桩
托换施工工艺流程见图9。
图9托换施工工艺流程图
截桩为2根800钻孔灌注桩，桩长17.2m，桩底部分素桩长4.2m，截桩长度为侵入隧道部分分别是3.37m和3.97m。此段初期支护全部施工完成，且喷射混凝土强度达到设计值100%时方可进行截桩处理，由于侵入隧道的桩基为素桩，所以截桩较为容易，人工持风镐由上至下分层破除侵入隧道的桩基混凝土，注意只破除至隧道初期支护内轮廓线即可，严禁超挖。在桩底下部向上钻孔植入Ф22“L”型钢筋，一端锚入桩基35D即770mm，另一端预留15D（长330mm）待与二次衬砌钢筋有效焊接，植筋环向间距为200mm。截桩节点处理大样图见图11。
5、洞内二次衬砌施工
1）截桩完成后，及时施工二次衬砌钢筋混凝土结构。隧道断面较小，长度短，不使用模板台车施工，仅采用自制型钢骨架+组合钢模模板支撑体系，二次衬砌支架体系及混凝土浇筑后照片见图12。混凝土采用商品混凝土，混凝土输送泵入模，插入式振捣器捣固密实。2）泵送混凝土时，用砂浆润滑管路，并检查管路的接头密封是否良好。3）混凝土衬砌采用先浇筑仰拱而后进行墙、拱衬砌分2次施工，灌注时分层由低向高对称进行。4）沿拱部预留42检查孔，纵向检查孔间距1m，灌注时用锥形铁棒塞孔，待混凝土终凝前拔出，后期此孔作为回填注浆使用。5）二次衬砌封闭成环且混凝土强度达到设计强度后，将地面支撑系统进行卸载、拆除。
图10截桩节点处理大样图
图11二次衬砌支架体系及混凝土浇筑后照片
6、洞内三次衬砌补强
1）二次衬砌施工完成后，组织施工混凝土盾构导台，盾构空推时，拼装加强管片。2）管片背后填充豆砾石及回填注浆。3）桩基托换前后10m范围内，盾构管片必须进行二次注浆，保证管片与加强二次衬砌之间浇筑密实。
结束语
该地铁盾构隧道穿越人行天桥桩基综合处理技术，不仅顺利穿越了桩基，而且保证了人行天桥安全和地铁隧道的正常建设和使用。施工期间监控量测表明，天桥、地面、隧道等变形均在规范允许范围以内，充分说明该技术是成功的、可靠的。对于地铁盾构区间隧道采用矿山法施工或纯矿山法隧道施工时，遇桥梁桩基的处理具有指导及参考价值。存在的缺点是工人必须进入隧道内进行桩基截断、托换等人工处理，如何实现机械化处理或盾构法施工掘进机处理是下一步研究改进的方向。
参考文献：
[1]刘浩.盾构直接切削大直径桩基的刀具选型设计研究[D].北京交通大学，2014.
[2]刘承磊.地铁盾构隧道穿越现有建筑物地面变形控制技术研究[D].吉林大学，2014.
[3]刘承磊，代树林，李震，梅振宙.地铁盾构隧道穿越现有建筑物地面变形控制技术研究[J].中国水运（下半月），2014，01：261-262.
[4]刘斌.宁波城市轨道盾构法施工邻近构筑物沉降控制技术研究[D].重庆交通大学，2014.
【关键词】地铁盾构隧道；矿山法；桥梁桩基；洞外支顶；洞内托换
一、工程概况
1、隧道概述
某地铁起点里程为Y（Z）DK9+518.900，终点设计里程为Y（Z）DK10+569.561。隧道中部ZDK9+706.621～ZDK10+301.621长595m，YDK9+717.241～YDK10+322.241长605m采用矿山法施工，盾构空推拼装管片，其余隧道两端均是盾构法施工。在YDK10+197.415处设7.0m×7.0m竖井1座，由竖井分别向两端开挖矿山法段隧道。竖井施工照片见图1。
2、隧道与桩基关系
景田站区间在YDK10+221.550处穿越某公园人行天桥，隧道采用矿山法施工初期支护+盾构空推拼管片通过的组合工法施工。根据《公园人行天桥竣工图》显示，本公园人行天桥①号桥墩位置2根桩基已侵入隧道，必须采取桩基托换处理。隧道与天桥桩基平面位置关系见图2，断面位置关系见图3。
本公园人行天桥上部结构为3跨预应力连续梁，天桥顶部为钢筋混凝土结构，下部结构为钢筋混凝土圆柱墩，天桥基础采用Ф800钻孔灌注桩。区间左右线分别正穿天桥0号桥墩和①号桥墩，隧道埋深约15.2m。天桥0号桥墩下2根桩基桩长20m，桩底距离隧道顶约2.3m，①号桥墩下2根桩基桩长17.2m，桩基已侵入隧道，侵入长度为3.37m和3.97m，桩基配筋段长度为13m，侵入隧道的为素桩部分，①号桥墩处需要进行桩基托换处理。
根据计算，①号桥墩单桩承载力为1154.3kN。根据天桥桩基竣工图，推断该处天桥桩基为端承摩擦桩。
二、施工方案
1、洞内拱顶预注浆加固、初期支护加强
1.1增加隧道拱顶预注浆加固
注浆加固范围为开挖轮廓线内侧1m至外侧2m，注浆段长度为9m，上半断面共布孔19个，注浆孔自掌子面沿开挖方向，以隧道中轴为中心呈伞状布置，环向间距1.0m。隧道拱顶预注浆加固见图4。
1.2初期支护加强
1）区间右线穿越本公园人行天桥①号桥墩段矿山法隧道位于Ⅴ级围岩中，标准段衬砌断面类型为B型。B型断面（Ⅴ级围岩）初期支护参数见表2。2）桩基托换段初期支护加强，初砌类型为E型。桩基托换段初期支护参数见表3。
通过对比表2和表3可知，桩基托换段矿山法隧道初期支护加强主要体现在初期支护钢架由格栅钢架调整为型钢拱架，同时边墙砂浆锚管、纵向连接筋布置参数也进行了加强。
2、地面支顶
区间右线穿越本公园人行天桥①号桥墩处，下方隧道开挖过程中在地面对天桥采取临时支撑措施，临时支撑结构采用Ф=609，t=14mm的钢管撑+型钢梁的形式，钢管撑之间采用L100mm×100mm的角钢互相连接形成整体，天桥与型钢梁之间设置4个110吨位的同步薄型自锁式千斤顶，钢管撑底部采用C30钢筋混凝土承台作为基础来承担上部荷载。
靠近景田路一侧临时钢管撑下方设一分阶承台，上阶尺寸为1.6m×4.5m×0.6m，下阶尺寸为3.2m×6.1m×0.4m，基础持力层为〈1-1〉素填土；
靠近景田路人行道一侧为避开Ф150的燃气管（距离1号桥墩约2.3m），临时钢管撑下方设一矩形承台，承台尺寸为1.6m×4.5m×1.0m，承台下方〈1-1〉素填土采用C20素混凝土换填，基础持力层为〈6-2〉硬塑状砾质黏土。地面钢管撑临时支顶设计见图5。
三、施工方法
1、地面支顶
1）隧道开挖面距天桥桩基10m时，对天桥进行地面临时支撑。
2）施工地面临时支撑承台前，对基础下方管线采取钢筋混凝土包封进行保护。
3）为保证新建地面承台1下方土体具有足够的承载力，施工承台前将承台范围内素填土采用C20素混凝土换填。
4）千斤顶采用110吨位的同步薄型自锁式千斤顶，千斤顶与桥梁底部须用钢楔块楔紧；千斤顶的最大预顶力设为400kN，分5级进行加载。
5）施工期间对桥梁变形及1号桥墩处桩基及地层沉降情况进行实时监测，根据监测结果及时调整千斤顶的顶升高度及顶力，确保1号桥墩及桩基沉降小于10mm。钢管撑地面支顶现场照片见图6。
图6钢管撑地面支顶现场照片
2、拱顶预注浆加固
1）隧道开挖掌子面距离加固范围5m时就开始对加固区进行加固，5m作为注浆止浆墙，注浆加固范围为开挖轮廓线内侧1m至外侧2m，至地层强度达到设计值后，方可进行隧道的开挖。2）注浆段长度为9m，上半断面共布孔19个，注浆孔自掌子面沿开挖方向，以隧道中轴为中心呈伞状布置，环向间距为1.0m。3）浆液理论扩散半径为1m，孔底间距不大于1.5m，开孔直径不小于110mm，终孔直径不小于90mm；孔口管采用Ф108mm，壁厚5mm的热轧无缝钢管，管长3m，孔口管应埋设牢固，并有良好的止浆措施，注浆工艺采用WSS二重管深孔注浆。4）钻孔和注浆顺序由内向外，同一圈孔间隔施工。注浆形式采用后退式注浆，岩层破碎带容易造成坍孔时，采用前进式注浆。5）注浆材料采用水泥-水玻璃双液浆，双液配比C∶S（体积比）=1∶1，注浆压力初拟为0.3～2MPa。6）单孔注浆压力达到设计终压并继续注浆10min以上，可结束本孔注浆，单孔注浆量与设计注浆量基本相同。隧道拱顶预注浆效果现场照片见图7。
图7隧道拱顶预注浆效果现场照片
3、隧道开挖初期支护
1）隧道施工严格遵循“管超前、严注浆、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的方针，充分利用“时空效应”原理进行施工。 2）施工流程：小导管超前支护—上台阶开挖，留核心土—上臺阶钢架架立、挂网、连接筋施工，喷射混凝土，锁脚锚管施工—开挖上断面核心土和下断面桩下土体开挖—下台阶钢架架立、挂网、连接筋施工，喷射混凝土。
3）桩基托换处隧道采用正台阶法施工，隧道开挖时桩基位置预留核心土，以便更好地控制桩基的沉降。
4）桩基托换处隧道开挖采用机械辅助人工开挖，减小振动，并应严格控制超挖。
5）隧道开挖每0.5m一个循环，初期支护钢架须与既有桩基有效连接，初期支护背后须预埋注浆管。隧道开挖初期支护现场照片见图8。
图8隧道开挖初期支护现场照片
4、截桩
托换施工工艺流程见图9。
图9托换施工工艺流程图
截桩为2根800钻孔灌注桩，桩长17.2m，桩底部分素桩长4.2m，截桩长度为侵入隧道部分分别是3.37m和3.97m。此段初期支护全部施工完成，且喷射混凝土强度达到设计值100%时方可进行截桩处理，由于侵入隧道的桩基为素桩，所以截桩较为容易，人工持风镐由上至下分层破除侵入隧道的桩基混凝土，注意只破除至隧道初期支护内轮廓线即可，严禁超挖。在桩底下部向上钻孔植入Ф22“L”型钢筋，一端锚入桩基35D即770mm，另一端预留15D（长330mm）待与二次衬砌钢筋有效焊接，植筋环向间距为200mm。截桩节点处理大样图见图11。
5、洞内二次衬砌施工
1）截桩完成后，及时施工二次衬砌钢筋混凝土结构。隧道断面较小，长度短，不使用模板台车施工，仅采用自制型钢骨架+组合钢模模板支撑体系，二次衬砌支架体系及混凝土浇筑后照片见图12。混凝土采用商品混凝土，混凝土输送泵入模，插入式振捣器捣固密实。2）泵送混凝土时，用砂浆润滑管路，并检查管路的接头密封是否良好。3）混凝土衬砌采用先浇筑仰拱而后进行墙、拱衬砌分2次施工，灌注时分层由低向高对称进行。4）沿拱部预留42检查孔，纵向检查孔间距1m，灌注时用锥形铁棒塞孔，待混凝土终凝前拔出，后期此孔作为回填注浆使用。5）二次衬砌封闭成环且混凝土强度达到设计强度后，将地面支撑系统进行卸载、拆除。
图10截桩节点处理大样图
图11二次衬砌支架体系及混凝土浇筑后照片
6、洞内三次衬砌补强
1）二次衬砌施工完成后，组织施工混凝土盾构导台，盾构空推时，拼装加强管片。2）管片背后填充豆砾石及回填注浆。3）桩基托换前后10m范围内，盾构管片必须进行二次注浆，保证管片与加强二次衬砌之间浇筑密实。
结束语
该地铁盾构隧道穿越人行天桥桩基综合处理技术，不仅顺利穿越了桩基，而且保证了人行天桥安全和地铁隧道的正常建设和使用。施工期间监控量测表明，天桥、地面、隧道等变形均在规范允许范围以内，充分说明该技术是成功的、可靠的。对于地铁盾构区间隧道采用矿山法施工或纯矿山法隧道施工时，遇桥梁桩基的处理具有指导及参考价值。存在的缺点是工人必须进入隧道内进行桩基截断、托换等人工处理，如何实现机械化处理或盾构法施工掘进机处理是下一步研究改进的方向。
参考文献：
[1]刘浩.盾构直接切削大直径桩基的刀具选型设计研究[D].北京交通大学，2014.
[2]刘承磊.地铁盾构隧道穿越现有建筑物地面变形控制技术研究[D].吉林大学，2014.
[3]刘承磊，代树林，李震，梅振宙.地铁盾构隧道穿越现有建筑物地面变形控制技术研究[J].中国水运（下半月），2014，01：261-262.
[4]刘斌.宁波城市轨道盾构法施工邻近构筑物沉降控制技术研究[D].重庆交通大学，2014.