— ｒｌ王 － 桥桩二次托换技术 在地铁工程中的应用 陈代秉 李德明 郭华胜 取主动与被动结合的二次托换方案。 摘要：在地铁设计与施工中，经常遇到地铁区间、车站需穿越城市既 有桥桩和房屋基础的情况，在改线和撤迁无果时就需要对既有桥桩或房 ２托换结构方案 在车站主体结构两侧按４．８ ｍ间 距各布置３根ｑ０１ ２００ ｍ ｍ摩擦型托换 桩，桩顶布置ｌ ２００１ＴｌＩｎ×２ ２００ＩｎＩＴＩ 屋基础进行加固或托换处理。此时，如何保障既有桥桩或房屋的安全与 正常使用是整个托换的根本。文章结合工程实际，提出了主动与被动相 结合的二次托换技术。 关键词：地铁；桥桩；二次托换；技术应用 托换系梁，托换大梁为对称布置的３ 根２ ８００ １１１ｍ×２ ２００ ＩＹｌ１ＴＩ钢筋混凝土 一高新大道站是成都地铁３号线 时间和变形控制的不同，托换分为 梁，大梁下方在距离坑侧约１／３处布 ２００ ｍｍ临时立柱，立柱上 期工程的中间站，为地下２层岛式 主动托换和被动托换２种。前者是在 置６根 １车站，站后设单存车线。车站位于 托换结构体系形成后在原有结构桩 端与托换大梁整体浇注。该方案待 环路与衣冠庙立交桥的十字交叉 截断前，利用顶升装置（油压千斤 基坑开挖至设计底板标高后截断桥 一桩，形成由６根临时立柱＋６根托换 路口，车站主体沿一环路呈东西向 顶）在托换结构体系与原有桩结构 布置。衣冠庙立交桥桥面为双向４车 之间施加反向作用力，使原有结构 桩的受力体系，此为一次临时被动 道，沥青混凝土路面，桥型为预制 和托换结构体系反向变形，造成原 托换，并完成对托换结构的静压；单箱单室简支梁桥，桥跨２０．７ ｍ， 有结构顶升，并同时使托换结构体 在主体结构顶板浇注完成后，进行 薄壁单墩布置，墩顶高５．５７ ｍ，墩 系预压达到托换后的静压效应，因 桥桩二次顶升并将桥桩荷载托换至 下钢筋混凝土承台尺寸９．０７ ｍ×２．５ 此，设计时往往根据托换结构体系 主体结构，最后截断６根临时立柱实 １１２×１．５ ｍ，承台下设置２根长ｌ５。５ 受压变形量来确定原有结构的顶升 现二次主动托换。该方案最大优点 在于工程风险最小，实现了托换过 １Ｔｔ、直径１．５ ｎｑ摩擦桩（桩中心距离 高度；被动托换是在托换结构体系 ６．５ ｍ），该桥建成于２００６年，至今 形成后进行截桩，这样原有结构与 程的双保险，即万一第一次托换失 使用良好。由于该站主体结构与衣冠 托换结构体系一起受力变形，同时原 败可以通过二次顶升补偿，同时托 庙立交桥６ 桥桩在平面位置上与车站 有结构荷载也被动地转移到托换结构 换桩及主体结构互为备份，但施工 冲突，需对该桥桩进行托换处理。 体系上，设计时往往利用托换结构体 麻烦，工程造价介于单纯的主动托 系的反向起拱来抵消或部分抵消原有 换与被动托换之间。托换结构方案 见图１、２。 １托换方式选择 托换结构荷载转换和变形控制 结构的竖向变形。 鉴于衣冠庙立交桥在城市交通中 托换施工顺序：基坑外侧托换 桩及坑内临时立柱施工一基坑开挖 是整个托换的关键，根据荷载转换 的重要性，经专家多次论证，最终采 陈代秉：中铁成都轨道交通设计院有限公司，总工程师，高级工程师，四川成都６１１ ７３ 坝代城市轨娼交厦５１２０１３ ＭＯＤＥＲＮＵＲＢＡＮ ＴＲＡＮＳＩＴ 上任 ＩＩ￣１， ／ 群 （）（）．（）（’） （） （） （） －ｆ ：） （）（） ） Ｉ／ＩＩ／／／／Ａ／／ＩＩＩ／Ｚ／ＩＩ／／Ｉ／￣ ， ， ， ｌｉｌ／／．，／．＂ｌ ，／／／， ，／Ｉ／Ｉ ，／，／／，，，／／／， ｌ／／／ 艘袭蓐十 院 ⑦ —— 盥龟 腿 ｆ 寸 ＞ 圆尸 ｝－＿ —— ＜ 皇 晨 卜 甘 —— ４ ７ｏｏ ４ ７００ 槭袭ｌＩ十州 ４．ｏ ￣／／／／／／／／ ＩＩ／／／Ｉ／Ｉ／１１１／／Ｉ， ＂／／Ｉ ｒ／ ＂／／／／／ ，，／， ／，／／， ，／ ，／，． ，， ／／／／，／，，／／／． ／，， （）（） （）（）（） （） 固 ＿∈ ｒ）（）（） ） ９ ０ｏＯ ６ ６００ ８ ７００ 图１ 托换结构布置平面图 （单位：ｍｍ） 图２托换结构布置立面图 （单位：ｍｍ） 至原桥桩承台地板下２ ｍ一原桥桩承 换大梁底板间安装千斤顶及钢锲块 台表面处理及植筋一托换梁混凝土 一截出主体结构顶板与托换大梁底 施工一基坑开挖至设计标高一截去 板间的桥桩一桥梁结构顶升一钢锲 托换大梁底部以下部分原桥桩，实 块撤除一主体结构与托换大梁底板 现桥梁荷载向托换桩基临时立柱的 间混凝支撑墩施工一千斤顶撤出、 转移（一次被动托换）一车站主体 临时立柱截断，实现桥梁荷载向托 结构施工完成一主体结构顶板与托 换结构转移的第二次主动托换。 ＠ＭＯＤＥＲＮＵＲＢＡＮＴＲＡＮＳＩＴ ５１２０１３坝代城市轨厦交通 ３托换结构计算分析 根据托换施工顺序，其计算分 为如下２个阶段： （１）阶段１，被动托换阶段。基 坑开挖到坑底设计深度并截断承台下 部桥桩后的第一次托换，桥桩荷载托 换到临时立柱和坑外托换桩上； （２）阶段２，主动托换阶段。车 站主体结构完成后，拆除临时立柱并 主动托换至车站结构的第二次托换。 ３．１阶段１计算 计算采用ＳＡＰ８４Ｖ６．５有限元软 件，按荷载结构模式，三维模拟 托换结构体系的受力情况；土体与 桩基的相互作用采用只压弹簧单元 模拟，托换梁采用梁单元模拟，边 界采用位移边界条件，其空间实体 计算模型如图３。根据分析可知，车 站基坑开挖至设计基底后且桥桩第 一次截断前，为托换体系最不利受 力阶段。由于托换桩按摩擦型桩设 计，进入密实卵石层较深，因此， 本模型未计算桩底土层压缩沉降， 只考虑桩身压缩变形、约束桩端竖 向位移、围护桩承受侧土压力。桩 端压缩变形单独计算，后计入托换 结构总位移。 承台梁 图３结构空间计算模型图 上任 ３．１．１模型输入荷载参数 的轴压力很小。其中，临时立柱所 受轴心压力最大，为ｌ２ ６３０ ｋＮ， 根据调查资料，衣冠庙立交桥 按城Ａ级设计，双向４车道布置， 基坑外侧托换桩轴心压力最小为 ７ ４３０ｋＮ（图５）； 根据现行规范其车道均布荷载标准 值 为３７．５ ｋＮ／ｍ，所加集中荷载Ｐ 为１４０ ｋＮ，其计算墩底反力如下： （１）恒载作用下，墩底竖向反 （４）该阶段临时立柱最大竖向变 形极小，仅为２ ｍｉＴＩ（图６），远小于 ＣＪ Ｊｌｌ ２００１ 城市桥梁设计准则》 力 ＝５ ３２７．９ ｋＮ； （２）活载作用下，墩底竖向反 力Ｆ ４ ７６４．８ ｋＮ，墩底水平反力 Ｆ ＝３２０ ｋＮ，由于支座偏心及桥面 荷载偏心引起的墩底弯矩帆 ４ ｌ５２ ｋＮ・ｉＴＩ。 盖挖施工时托换梁上方铺设的 临时路面超载取３７．５ ｋＰａ，盖板传递 至托换梁的线荷载为８４．４ ｋＮ／ｍ， 托换段桩侧加权土体侧压力系数为 ０．２７，则可计算出桩顶、底的侧向 压力分别为： （１）桩顶侧向土压力 ＝０ ｋＮ， 桩底侧向土压力 １８３．６ ｋＮ； （２）桩顶地面超载侧向压力Ｆ¨ ＝５．４ ｋＮ，桩底地面超载侧向压力 ２＝５．４ ｋＮ。 ３．１．２模型输入土弹簧刚度 根据地勘资料，模型输入土弹簧 刚度参数分别为，桩身上端３．２ ＩＩ１段 土体水平弹簧刚度为２４ ０００ ｋ Ｎ／ｍ， ３．２—５．２ ｍ段土体水平弹簧刚度为 ４４ ０００ ｋＮ／ｍ，５．２～８．４ ｍ段土 体水平弹簧刚度为６０ ０００ ｋＮ／ｍ， ８．４～２２．８ ｉＴＩ段弹簧刚度为９０ ０００ ｋＮ／ｍ。 ３．１．３计算结果 阶段ｌ结构计算结果如下： （１）由于托换梁与托换桩和临 时立柱间的线刚度相差悬殊，托换 桩和临时立柱上分配的弯矩极小。 其中，中间的托换梁在桥墩处的最 大正弯矩为ｌ１ ７６０ ｋＮ・ｎｑ，支座负弯 规定值。 ３．２阶段２计算 图４第一次托换时结构弯矩示意图 根据对阶段ｌ的计算分析，坑外 托换桩分担的荷载很小，因此，在 进行阶段２的计算分析时，假定桥梁 荷载全部转移到主体结构上，坑外 托换桩所分担的内力仅作为安全储 备；同时，在进行三维结构初步计 算分析时发现，２０及２ｌ轴中柱附近 顶、底板变形和应力都较大，底板 有发生冲切破坏的风险，因此，在 正式进行主体结构设计时，为提高 主体结构空间刚度、协调变形和加 强底板的抗冲切能力，在结构布置 图５第一次托换时结构轴力示意图 时做了如下处理：①在桥桩所在的 ２０和２ｌ轴线上（也就是托换完成后 的支墩位置）的顶、底板分别布置 横向次梁及侧墙暗柱，形成横向框 架体系；②纵向框架体系与常规设 计基本无异，只是在２０和２１轴线处 的结构中柱截面有所加大，并同时 增大顶、底纵梁截面高度。其计算 实体模型如图７。 阶段２计算结果可以看出： 图６第一次托换时结构变形示意图 矩６ ８６１ ｋＮ・１３７１（图４），计算裂缝宽 度０．０１ ｍｍ； （２）托换梁在跨中桥桩下及临 时立柱处弯矩最大，属受弯梁构件 （图４）； （３）结构竖向荷载主要由临时 （单位：ｋＮ） 立柱承担，基坑外侧的托换桩分配 图７二次托换实体计算模型图 碗代堪市辄厦交厘 ５１２０１３ ＭＯＤＥＲＮＵＲＢＡＮ ＴＲＡＮＳＩＴ 上任 家论证意见，风道沉降控制值为３０ 技术［Ｍ］．北京：人民交通出版社， ２０１０ 穿既有地铁构筑物施工技术研究 ［Ｄ】．北京交通大学，２００５． ｍｍ，差异沉降控制值为１０ ｍｍ。根 据“分区、分级、分阶段”管理的 ［２］崔玖江，崔晓青．隧道与地下工程 ［５］杨会军．深埋长大隧道涌水突 原则将施工过程中监测点的预警状 注浆技术［Ｍ］．北京：中国建筑工 业出版社，２０１０． 水预报技术［Ｊ】．铁道工程学报， ２００５（３）． 态按严重程度由小到大分为３级：黄 色监测预警、橙色监测预警和红色 ［３］王梦恕．隧道工程浅埋暗挖法施工 监测预警。 要点［Ｊ］．隧道建设，２００６（５）． ［４］姚海波．大断面隧道浅埋暗挖法下 收稿日期２０１３－０３—１３ 责任编辑朱开明 （１）黄色监测预警。“双控” 指标均超过监控量测控制值的７０％ 时，或“双控”指标之一超过监控 量测控制值得８５％时。 （２）橙色监测预警。“双控” 指标均超过监控量测控制值的８５％ 时，或“双控”指标之一超过监控 量测控制值时。 （３）红色监测预警。 “双控” 指标均超过监控量测控制值，且实 测变化速率出现急剧增长时。 Ｒｉｓｋ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｆｏｒ Ｍｅｔｒｏ Ｌａｒｇｅ Ｓｅｅｔｉｏｎ Ｄｕｃｔｓ ｂｅｎｅａｔｈ Ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ Ｗｅｎ Ｇｕｉｑｉｏｎｇ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｔｈｅ Ｍｉｌｉｔａｒｙ Ｍｕｓｅｕｍ ｓｔａｔｉｏｎ ｏｆ Ｂｅｉｊ ｉｎｇ ｍｅｔｒｏ ｌｉｎｅ ９． ｗｈｅｒｅ ｔｈｅｒｅ ｉＳ ａ ｗｉｎｄ ｔｕｎｎｅｌ ｂｅｎｅａｔｈ Ｙａｎｇｆａｎｇｄｉａｎ ｒｏａｄ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｕｎｄｅｒｐａｓｓ．Ｔｈｅ ｗｉｎｄ ｔｕｎｎｅｌ ｉＳ ｏｆ ａ ｌａｒｇｅ ｓｅｃｔｉｏｎ．ｗｉｔｈ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｓｔｅｐｓ．ａｎｄ ｈｉｇｈ ｒｉｓｋｓ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｃｏｎｔｒｏ１ ｌａｎｄ ｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅ ａｎｄ ｅｎｓｕｒｅ ｕｎｄｅｒｐａｓｓ ｓａｆｅｔｙ，ｔｈｅ ｐｒｏｊｅｃｔ ａｄｏｐｔｅｄ ａｄｖａｎｃｅｄ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｒａｐｉｄ ｃｌｏｓｕｒｅ．ｄｉｖｉｄｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ ａｎｄ ｕｓｅｄ ｒｅｐｅａｔｅｄ ｂａｃｋｆｉｌｌｉｎｇ ｏｔ ｇｒｏｕｔｉｎｇ，ｃｏｍｐｅｎｓａｔａｏｎ ｇｒｏｕｔｉｎｇ，ｇｒｏｕｎｄ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｔｏ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｅ ｒｉｓｋｓ．Ｆｏｒ ａｌ１ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｍｅｎｔｉｏｎｅｄ ａｂｏｖｅ，ｔｈｅ ｓｅｃｕｒｉｔｙ ｏｆ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｐａｓｓ ｉｓ ｅｎｓｕｒｅｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍｅｔｒｏ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｄｕｃｔ，ｂｅｎｅａｔｈ ｂｕｉｌｄｉｎｇ．ｒｉｓｋ ｃｏｎｔｒｏｌ 参考文献 ［１】王梦恕．中国隧道及地下工程修建 （上接第５２页）立交桥桥桩托换施 ２００３（５）． ［Ｓ］．北京：中国建筑工业出版社， ２０１１． 工已ＪＩ￣，Ｎ完成，其中第一次托换结 ［４］谢婉丽，洪，阮莉．地基处理 束时桥面下沉２ ｍｍ，第二次托换 结束时桥面下沉５ ｍｍ，累计下沉７ 中的托换技术及应用［Ｊ］．昆明理 工大学学报，２００１（２）． 收稿日期２０１３－０５—０３ 责任编辑朱开明 ｍｍ，已通过顶升使桥面恢复到原来 ［５］ＣＪＪ１ １—２０１ １城市桥梁设计规范 位置，整个施工过程没有影响桥面 行车安全。 Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｅｃｏｎｄ Ｕｎｄｅｒｐｉｎｎｉｎｇ ｉｎ Ｂｒｉｄｇｅ Ｐｉｅｒｓ ｉｎ Ｍｅｔｒｏ Ｐｒｏｊｅｃｔｓ 参考文献 ［１］冯卫星，曹全文．地铁施工中的桩 基托换技术［Ｊ］．石家庄铁道学院 Ｃｈｅｎ Ｄａｉｂｉｎｇ，Ｌｉ Ｄｅｍｉｎｇ，Ｇｕｏ Ｈｕａｓｈｅｎｇ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｍｅｔｒｏ ｔｕｎｎｅｌｓ ｏｒ ｓｔａｔｉｏｎｓ ａｒｅ ０ｆｔｅｎ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ａｎｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ ａｃｒｏｓｓ ｂｒｉｄｇｅ ｐｉｅｒｓ ａｎｄ ｈｏｕｓｅ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｓ ｗｉｔｈｉｎ ｃｉｔｉｅｓ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｃａｓｅ， 学报，２０００（３）． ［２】殷红伟，黄志军，董建刚．桩基托 换在广州地铁三号线中的应用 ［Ｊ］．山西建筑，２００５（１２）． ［３】彭芳乐，孙德新，袁大军，等．地 下托换技术［Ｊ］．岩土工程界， ｉｔ ｉＳ ｎｅｃｅｓｓａｒｙ ｔｏ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅ ｏｒ ｃｈａｎｇｅ ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｗｏｒｋｓ ｗｈｅｎ ｍｅｔｒｏ ｌｉｎｅ ｃｈａｎｇｅ ｏｒ ｒｅｌｏｃａｔｉｏｎ ｆａｉｌ．ＨＯＷ ｔｏ ｐｒｏｔｅｃｔ ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｂｒｉｄｇｅ ｐｉｌｅｓ ｏｒ ｈｏｕｓｉｎｇ ｓｅｃｕｒｉｔｙ ａｎｄ ｅｎｓｕｒｅ ｎｏｒｍａｌ ｕｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｕｎｄｅｒｐｉｎｎｉｎｇ ｉｓ ｏｆ ｇｒｅａｔ ｉｍｐｏｒｔａｎｃｅ．Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｄｒａｗｓ ｏｎ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｐｒａｃｔｉｃｅ ｔｏ ｐｒｏｐｏｓｅ ａ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ａｃｔｉｖｅ ａｎｄ ｐａｓｓｉｖｅ ｓｅｃｏｎｄ ｕｎｄｅｒｐｉｎｎｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍｅｔｒｏ，ｂｒｉｄｇｅ ｐｉｅｒ，ｓｅｃｏｎｄ ｕｎｄｅｒｐｉｎｎｉｎｇ，ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ０ ＭＯＤＥＲＮＵＲＢＡＮ ＴＲＡＮＳＩＴ ５１２０１３ ｌ贝代城市轨厦交迥
