周瑞鋒

（中鐵四院集團(tuán)西南勘察設(shè)計有限公司，昆明 650200）

0 引言

發(fā)達(dá)的地鐵網(wǎng)絡(luò)和深入地下的樁基礎(chǔ)不可避免的會發(fā)生交叉干擾，受地面環(huán)境及選線因素的影響，導(dǎo)致某些交叉點需進(jìn)行樁基托換，樁基托換技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，國內(nèi)外學(xué)者對此開展了大量的研究工作。陳子全等［1］提出盾構(gòu)隧道穿越橋梁樁基群的樁基托換技術(shù)；徐前衛(wèi)等［2］提出了擴(kuò)大板式基礎(chǔ)托換以及盾構(gòu)直接切樁的施工技術(shù)；王莉平［3］針對大跨度梁氏托換工程的設(shè)計及其優(yōu)化進(jìn)行了探討；張文強［4］研究重疊隧道施工對樁基托換區(qū)的沉降影響。

目前涉及樁基托換主要為簡支梁-樁體系進(jìn)行托換，對于無條件進(jìn)行洞外托換時，如何在隧道洞內(nèi)利用自身結(jié)構(gòu)進(jìn)行樁基托換研究較少，需要專項設(shè)計。文中主要以地鐵區(qū)間隧道在下穿建筑物樁基時，通過隧道襯砌結(jié)構(gòu)進(jìn)行樁基托換，通過對托換方案對比分析，提出了型鋼混凝土套拱進(jìn)行樁基托換，并針對隧道洞內(nèi)樁基托換過程出現(xiàn)相關(guān)問題進(jìn)行分析并提出相應(yīng)的解決措施，可為類似工程提供參考。

1 工程概況

成都地鐵11號線麓山大道站-沈陽路站礦山法區(qū)間隧道為單洞雙線分離式隧道，下穿中國移動分公司汽車坡道，區(qū)間隧道正穿三根汽車坡道樁基，平面位置關(guān)系如圖1所示。

圖1 區(qū)間隧道與汽車坡道樁基平面位置關(guān)系

根據(jù)本區(qū)間鉆孔接示，場地范圍內(nèi)上覆第四系人工填土層Q4ml；其下為第四系全新統(tǒng)殘破積Q4al+pl黏土，下伏基巖為白堊系下統(tǒng)天馬山組K1t泥巖和砂巖。下穿樁基段礦山法隧道主要位于強風(fēng)化、中風(fēng)化泥巖，拱頂及上部主要位于強風(fēng)化泥巖及黏土層，具體地勘參數(shù)見表1。

表1 地鐵礦山法區(qū)間下穿汽車坡道段地層的物理力學(xué)性能參數(shù)

2 樁基托換結(jié)構(gòu)設(shè)計方案

樁基托換的關(guān)鍵就是原樁和托換結(jié)構(gòu)之間的荷載轉(zhuǎn)換，由于施工場地條件的不同以及建筑物安全等級不同，要求在托換過程中，變形的控制標(biāo)準(zhǔn)也不同，根據(jù)不同的施工條件選擇合適的托換方法至關(guān)重要，目前的樁基托換技術(shù)主要有兩種類型，即主動托換技術(shù)和被動托換技術(shù)［5，6］。文中在洞外無條件進(jìn)行托換時，需在隧道洞內(nèi)尋找合適的設(shè)計方案，利用自身結(jié)構(gòu)進(jìn)行樁基托換。

2.1 重難點分析

成都地鐵11#線礦山法隧道下穿中國移動公司汽車坡道樁基托換方案存在以下重難點：

（1） 汽車坡道結(jié)構(gòu)保護(hù)難度大。汽車坡道結(jié)構(gòu)采用樁基礎(chǔ)的形式，樁基托換、隧道開挖及結(jié)構(gòu)施工對汽車坡道產(chǎn)生較大影響，施工期間汽車坡道正常運營，施工風(fēng)險大。

（2） 隧道擴(kuò)挖風(fēng)險高。洞內(nèi)施工托換套拱，需擴(kuò)挖隧道斷面，隧道拱頂位于黏土軟弱層，擴(kuò)挖存在風(fēng)險。

（3） 樁基托換中樁基出露、穿樁及截樁受力過程復(fù)雜，施工控制難度大。

（4） 隧道內(nèi)施工空間條件困難，傳統(tǒng)鋼筋混凝土套拱面臨樁基植筋問題，工序繁瑣，工期長，提高施工風(fēng)險。

2.2 方案1：初支+鋼筋混凝土套拱+二襯結(jié)構(gòu)進(jìn)行樁基托換

圖2 方案1托換結(jié)構(gòu)橫斷面設(shè)計

在隧道拱頂增設(shè)鋼筋混凝土套拱進(jìn)行樁基托換。鋼筋混凝土托換套拱考慮承受全部靜水壓力，并應(yīng)按使用期間發(fā)生最不利情況的水壓力、樁基荷載、土壓力組合對托換套拱進(jìn)行驗算配筋。托換套拱應(yīng)考慮在長期使用過程中，因初期支護(hù)材料性能退化和剛度下降時，外部荷載向托換結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)移［7］。

2.3 方案2：初支+二襯結(jié)構(gòu)進(jìn)行樁基托換

圖3 方案2托換結(jié)構(gòu)橫斷面設(shè)計

托換結(jié)構(gòu)采用復(fù)合式襯砌，施工階段通過初期結(jié)構(gòu)承受全部土荷載及樁基荷載，托換結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)考慮在長期使用過程中，因初期支護(hù)材料性能退化和剛度下降時，外部荷載向襯砌結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)移，考慮二次襯砌鋼筋混凝土梁承擔(dān)全部的水土壓力和樁基荷載。

2.4 方案3：初支+型鋼混凝土套拱+二襯進(jìn)行樁基托換

圖4 方案3托換結(jié)構(gòu)橫斷面設(shè)計圖

圖5 方案3托換結(jié)構(gòu)縱斷面設(shè)計

現(xiàn)有技術(shù)的隧道的托換結(jié)構(gòu)通常為鋼筋網(wǎng)加混凝土，剛度余量不大，需要仔細(xì)計算所承受荷載，否則長期在超負(fù)荷作用下托換結(jié)構(gòu)易發(fā)生變形，從而導(dǎo)致既有結(jié)構(gòu)產(chǎn)生沉降?；谝陨显颍捎眯弯摴羌芘c混凝土結(jié)合的方式，增強托換結(jié)構(gòu)剛度，以達(dá)到減小結(jié)構(gòu)變形沉降的目的。

采用的型鋼混凝土套拱樁基托換結(jié)構(gòu)的主要理論設(shè)計及工作原理如下：

（1） 利用型鋼良好的可焊接性能，通過多段型鋼骨架可沿隧道初期支護(hù)內(nèi)側(cè)焊接形成完整的型鋼拱形骨架。同時型鋼骨架也可與樁基進(jìn)行穩(wěn)定焊接，增強托換結(jié)構(gòu)與樁基的連接強度。

（2） 沿隧道縱向設(shè)置多個型鋼拱形骨架，并采用連接結(jié)構(gòu)進(jìn)行串聯(lián)，形成沿隧道橫向及縱向的具有極強整體性的型鋼套拱。

（3） 通過澆筑混凝土，最終形成型鋼混凝土套拱結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提高了托換結(jié)構(gòu)的承載能力。

2.5 托換方案的確定

（1） 方案1：在隧道拱頂增設(shè)鋼筋混凝土套拱，傳統(tǒng)鋼筋混凝土套拱穿樁施工難度較大，且套拱厚度大，增加拱頂擴(kuò)挖風(fēng)險。

（2） 方案2：施工階段采用初支襯砌承受土壓及全部樁基荷載，后期通過二襯梁結(jié)構(gòu)承受全部水土壓力以及樁基荷載，托換結(jié)構(gòu)簡單，施工方便，但整體結(jié)構(gòu)剛度較小，對于較大樁基荷載存在局限性。

（3） 方案3：采用型鋼混凝土套拱，利用型鋼良好的可焊接性能，通過多段型鋼骨架可沿隧道初期支護(hù)內(nèi)側(cè)焊接形成完整的型鋼拱形骨架，型鋼骨架也可與樁基進(jìn)行穩(wěn)定焊接，增強托換結(jié)構(gòu)與樁基的連接強度，相比于樁基穿鋼筋，施工簡易，剛度大［6］，同時型鋼混凝土剛度大，可減小隧道擴(kuò)挖厚度，減小隧道拱頂施工風(fēng)險。

綜合方案比選，工程推薦使用方案3，采用型鋼混凝土套拱進(jìn)行樁基托換。

3 樁基托換施工工藝

3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)

中國移動公司汽車坡道侵入地鐵隧道結(jié)構(gòu)處，采用800mm 厚型鋼混凝土襯砌對樁進(jìn)行托換。托換襯砌的外襯為300mm初期支護(hù)，由網(wǎng)噴支護(hù)與鋼拱架組成，隧道二襯為400mm 厚鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，托換襯砌與隧道二襯之間鋪設(shè)防水層。

樁基托換段采用臺階法施工。隧道開挖前采用超前小短管超前支護(hù)，在汽車坡道地面預(yù)留袖閥管，依據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測情況及時跟蹤注漿加固。

3.2 樁基托換施工工藝

樁基托換的主要施工步驟：

步驟1：樁基托換前需對上部軟弱地層進(jìn)行袖閥管地面注漿預(yù)加固，同時在洞內(nèi)擴(kuò)挖部分采取超前小導(dǎo)管進(jìn)行超前支護(hù)，提高隧道拱頂剛度。

步驟2：隧道開挖至受影響的第一根樁時，為便于架設(shè)鋼架，沿初支及套拱外邊緣對樁進(jìn)行第一次局部鑿槽，破除寬度約600mm，樁鑿槽后應(yīng)確保樁的主筋與初支、套拱型鋼鋼架焊接牢固，形成整體，施工過程中鋼架與樁槽之間的空隙采用鋼鍥鍥進(jìn)，并對初支背后及初支與套拱的空隙應(yīng)及時注漿充填密實。

步驟3：待第一部分初支及套拱達(dá)到強度后，對隧道初噴后繼續(xù)開挖至樁的另外一側(cè)邊緣，沿初支及套拱外邊緣對樁進(jìn)行第二次局部鑿槽，破除寬度約600mm，樁鑿槽應(yīng)確保樁的主筋與初支、套拱型鋼鋼架焊接牢固，形成一個整體，施工過程中鋼架與樁槽之間的空隙采用鋼鍥鍥進(jìn)，并對初支背后及初支與套拱的空隙及時注漿充填密實。

步驟4：待初支達(dá)到設(shè)計強度后，破除剩余的樁體，初支及套拱及時封閉成環(huán)，并及時施作隧道二襯結(jié)構(gòu)。

圖6 樁基托換施工步序

4 托換過程數(shù)值分析

4.1 計算模型

根據(jù)區(qū)間隧道建筑物樁基的設(shè)計資料及區(qū)間隧道設(shè)計資料，采用MidasGTS 三維有限元軟件建立了三維數(shù)值計算模型如圖7 所示。在該計算模型中，采用實體單元模擬地層、二襯結(jié)構(gòu)和其他實體基礎(chǔ)，采用梁單元模擬樁基，采用板單元模擬初期支護(hù)，忽略錨桿等的補強作用。二襯和實體基礎(chǔ)的破壞符合彈性本構(gòu)關(guān)系，巖土體破壞遵循摩爾-庫倫屈服準(zhǔn)則。

圖7 礦山法隧道洞內(nèi)樁基托換模型

4.2 數(shù)值計算結(jié)果

從圖8 可以看到，礦山法隧道已全部通過坡道范圍，3根樁基已全部托換完成，侵入隧道內(nèi)的樁身已全部鑿除。此時坡道主體結(jié)構(gòu)最大沉降位于拐角處，位移為24.2mm；坡道主體結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)整體下沉。從圖9來看樁基軸力整體呈受壓狀態(tài)，隨著隧道開挖，樁基軸力逐漸增大，樁基出露時，樁基軸力達(dá)到最大值，最大軸力值為2398kN 小于設(shè)計值3200kN。從結(jié)果來看，由于對侵入隧道內(nèi)的樁基進(jìn)行了洞內(nèi)樁基托換，即便破除了侵入礦山法隧道內(nèi)的樁身混凝土結(jié)構(gòu)，坡道主體結(jié)構(gòu)和樁基的沉降都不超過30mm。由此可知該工程洞內(nèi)樁基托換相對來說是較為安全可靠的。

圖8 礦山法隧道洞內(nèi)樁基托換模型剖面

圖9 汽車坡道結(jié)構(gòu)、樁基、隧道豎向位移

圖10 汽車坡道樁基軸力

4.3 數(shù)值計算與監(jiān)測結(jié)果對比

為監(jiān)測隧道施工時上部建筑物變形情況，現(xiàn)場于中國移動公司汽車坡道主體布置了沉降測點，測點平面布置如圖11所示，文中數(shù)值模擬計算中樁基上部汽車坡道地面對應(yīng)圖中測點30。通過提取數(shù)值模擬各階段汽車坡道主體沉降值，與現(xiàn)場實測值進(jìn)行對比，繪制計算值與實測值對比曲線圖如圖12所示。

圖11 監(jiān)測平面

圖12 數(shù)值計算與實測沉降值對比曲線

由圖12所示，數(shù)值計算所得結(jié)構(gòu)沉降值比實際測量值要小。分析可知施工中，由于現(xiàn)場超前注漿加固造成了前期的地層隆起，隨著注漿消散作用，地層及結(jié)構(gòu)也會產(chǎn)生一個相對沉降值，數(shù)值模擬計算中未考慮注漿效應(yīng)，同時與現(xiàn)場在樁基托換中施工質(zhì)量也息息相關(guān)。計算所得汽車坡道沉降最大值為26.0mm與實際檢測值相差較小，且變形規(guī)律與實測值一致，故模擬結(jié)果與實際情況較為吻合。

5 結(jié)語

（1） 文中結(jié)合暗挖隧道下穿樁基段實際工況，確定暗挖隧道下穿建筑物段采用初支+型鋼混凝土套拱+二襯混凝土托換保護(hù)方案，這是一種安全、經(jīng)濟(jì)、快速、可操作性強的實施方案。

（2） 通過有限元分析結(jié)果來看，樁基暴露側(cè)摩阻力損失大，該段時間點地面沉降達(dá)到最大值為24.3mm，因此在樁體暴露以前，應(yīng)對樁基底部進(jìn)行補注漿加固，并保證施工期間樁底圍巖密實、不受擾動，保證樁基托換過程中的安全。

（3） 根據(jù)實測結(jié)果，汽車坡道最大地面沉降為26.2mm，汽車坡道的變形值在允許范圍以內(nèi)，說明樁基托換的設(shè)計方案是合理可行的。

實行綠色施工 體現(xiàn)精細(xì)設(shè)計——海南發(fā)布裝配式內(nèi)裝修技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)走筆

裝配式內(nèi)裝修作為裝配式建筑技術(shù)要求的重要組成部分，是建筑領(lǐng)域高質(zhì)量發(fā)展的必由之路，也是裝配式建筑推廣的重要一環(huán)。為規(guī)范民用建筑裝配式內(nèi)裝修工程的實施，提高裝配式內(nèi)裝修性能品質(zhì)和工程質(zhì)量，促進(jìn)建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級，海南省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳日前發(fā)布《海南省裝配式內(nèi)裝修技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（以下簡稱《標(biāo)準(zhǔn)》），自2022年8月1日起實施。

《標(biāo)準(zhǔn)》共分總則、術(shù)語、基本規(guī)定、設(shè)計、制造與運輸、施工安裝、工程質(zhì)量驗收、使用維護(hù)8個章節(jié)。以裝配式內(nèi)裝修部品部件設(shè)計、生產(chǎn)運輸、安裝、驗收、維護(hù)的工序分章節(jié)編制。

相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，《標(biāo)準(zhǔn)》充分考慮海南省地域性特點和裝配式內(nèi)裝修發(fā)展現(xiàn)狀及目標(biāo)，指導(dǎo)解決海南省裝配式內(nèi)裝修工程應(yīng)用中的系統(tǒng)一體化設(shè)計、消除質(zhì)量通病、綠色健康、高性能、智能化與信息化五大需求。

在系統(tǒng)一體化設(shè)計方面，《標(biāo)準(zhǔn)》貫徹了裝配式內(nèi)裝修系統(tǒng)化、集成化、一體化設(shè)計理念，協(xié)調(diào)各專業(yè)要求，統(tǒng)籌各階段需求，依托BIM（建筑信息模型）技術(shù)，實現(xiàn)全過程的信息化管理和專業(yè)協(xié)同。在消除質(zhì)量通病方面，《標(biāo)準(zhǔn)》要求現(xiàn)場采用干作業(yè)施工工藝的建造方法，解決傳統(tǒng)施工現(xiàn)場濕作業(yè)多、施工精度差、工序復(fù)雜、建造周期長、依賴現(xiàn)場工人水平和施工質(zhì)量難以保證等問題，在設(shè)計、制造與運輸、施工安裝、工程質(zhì)量驗收、使用維護(hù)各階段均強調(diào)對質(zhì)量的要求，同時要求采用BIM技術(shù)，保證部品部件及工程信息傳遞的準(zhǔn)確性與質(zhì)量可追溯性。在綠色健康方面，《標(biāo)準(zhǔn)》要求通過采用節(jié)能綠色環(huán)保材料與部品部件，采取有效措施改善和提升室內(nèi)熱環(huán)境、光環(huán)境、聲環(huán)境和空氣環(huán)境的質(zhì)量，降低不良環(huán)境對建筑的影響，實行綠色施工等措施實現(xiàn)綠色健康要求。在高性能方面，《標(biāo)準(zhǔn)》對裝配式內(nèi)裝部品和設(shè)備管線等主要材料的性能指標(biāo)，以及建筑結(jié)構(gòu)受力、防火、節(jié)能、隔聲、衛(wèi)生防疫等均提出設(shè)計施工方法和品質(zhì)要求，并在“工程質(zhì)量驗收”章節(jié)中提出了相應(yīng)性能要求的檢驗方法，兼具指導(dǎo)性和落地性。在智能化與信息化方面，《標(biāo)準(zhǔn)》在設(shè)計、制造與運輸、施工安裝、工程質(zhì)量驗收、使用維護(hù)階段的條文中均要求采用BIM技術(shù)，并考慮智能化專業(yè)應(yīng)用，實現(xiàn)一體化精細(xì)化設(shè)計、部品質(zhì)量及生產(chǎn)相關(guān)信息可管理追溯、施工全過程模擬、指導(dǎo)及管理、BIM設(shè)計文件和電子化文件審核、交付和接收、建立內(nèi)裝部品使用維護(hù)數(shù)據(jù)庫等要求，貫徹裝配式內(nèi)裝修“信息化管理和智能化應(yīng)用”的原則。

據(jù)了解，該標(biāo)準(zhǔn)是海南省首部裝配式內(nèi)裝修專用標(biāo)準(zhǔn)，內(nèi)容翔實，明確了裝配式內(nèi)裝修在設(shè)計、部品制造運輸、施工安裝、工程質(zhì)量驗收及使用維護(hù)階段的要求，兼具前瞻性、規(guī)范性、實用性。實施發(fā)布后將對海南省裝配式內(nèi)裝修的推廣與應(yīng)用起到指導(dǎo)作用，也將進(jìn)一步助力海南省裝配式建筑標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)，推動裝配式建筑全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展。海南省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳將通過廣泛宣傳、宣貫培訓(xùn)、發(fā)布配套政策文件等途徑促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)的落地實施。（瓊建軒）

來源：中國建設(shè)新聞網(wǎng)