徐树斌，万 送

（武汉市政工程设计研究院有限责任公司，湖北 武汉 430023）

0 引 言

城市轨道交通是现代大都市交通的发展方向，发展轨道交通是解决大都市病的有效途径，也是建设绿色城市、智能城市的有效途径，城市轨道交通的大发展已成为趋势。由于城市轨道交通工程在城市中建设，地表建（构）筑物、地面交通、地下管线等周边环境复杂，盾构隧道因对地面环境影响小、受地面条件限制少、费用低等优点而被广泛应用于地铁区间。地铁盾构隧道在建设过程中有时受条件限制，需穿越少量地下障碍物，比如人行天桥钢筋混凝土桩基。盾构隧道施工时，既要清除隧道范围内的桩基，又要确保人行天桥的正常使用，这就需要我们进行设计创新，采取特殊的设计措施满足工程需要。以下结合某地铁盾构区间对侵入盾构范围的钢筋混凝土桩基的处理设计进行阐述。

1 工程概况

1.1 区间概况

区间隧道长约1 434 双线米，采用盾构法施工，管片外径为6.2 m，内径为5.5 m，管片厚度为0.35 m，采用C50 钢筋混凝土。区间左线隧道在车站接收工作井外约70 m 处下穿一处人行天桥，人行天桥主跨中墩桩基侵入盾构隧道范围，盾构隧道与桩基相互关系如图1、图2 所示。人行天桥主跨采用两跨（24.0 m+23.0 m）钢箱梁，人行天桥桥面净宽4.0 m。主跨中墩采用桩柱式基础，桩基为摩擦端承桩，桩直径为1.0 m，采用C30 水下钢筋混凝土，主筋采用18根25 钢筋，中墩位于快速路中央分隔带。

图1 盾构隧道与桩基关系平面图（单位：m）

图2 盾构隧道与桩基关系剖面图（单位：m）

人行天桥跨越的快速路为双向六车道（主路）+三车道（辅路），地面车流量大，前期地铁车站施工导致快速路在1.2 km 范围内仅有此一处过街通道。故此天桥需保持行人过街功能，不得拆除，且尽可能减小施工期间对快速路的影响。经多次方案比选，采用地面扩大基础托换桩基+ 盾构管片加强设计+ 盾构切削桩基[1]+地面临时托架的设计方案。

1.2 工程地质及水文地质概况

场地为武汉市三级阶地剥蚀堆积平原区向湖泊堆积平原过渡，从上往下依次为1-1 杂填土（Qml）、1-2 素填土（Qml）、黏土（Ql）、6-2 黏土（Qal+pl）、10-2黏土（Qal+pl2-3）、14 弱胶结黏土岩（N）。场地地下水主要为上层滞水、层间水、基岩裂隙水及岩溶水。

武汉地区的建筑抗震设防烈度为6 度，设计基本地震加速度值为0.05g，所属设计地震分组为第一组。地震作用按6 度考虑，应按7 度加强其抗震措施。

2 桩基托换设计

由于快速路仅允许临时封闭两股车道（双向各一车道），为减小桩基托换施工时对快速路的影响，同时考虑施工条件、工期影响，经方案比较后，天桥主跨中墩桩基采用扩大基础进行被动托换，同时设置临时顶升支架控制托换及盾构施工中主梁沉降及倾斜。

地表以下6.5 m 范围依次为1-1 杂填土、1-2 素填土、1-5 黏土，扩大基础底天然地基承载力不满足要求，对扩大基础底部采用ϕ150@550 松木桩进行地基加固，如图3、图4 所示。

图3 桩基托换横剖面图（单位：m）

图4 桩基托换剖面图（单位：m）

桩基托换施工过程如下：施工打围，管线迁改→打入钢板桩，基坑开挖施工→施工松木桩→架立临时支架（用千斤顶向上顶升3 mm 并维持状态恒定）→凿除桩基表面的混凝土露出桩基主筋，将桩基主筋与扩大基础主筋牢靠焊接，绑扎承台钢筋，浇筑扩大基础混凝土→扩大基础混凝土强度达到要求后，利用预埋的混凝土锯切断桩基与承台连接→回填基坑，恢复路面，拆除临时支撑，现场施工如图5、图6所示。

图5 现场临时支架图

图6 扩大基础钢筋施工图

2.1 扩大基础设计

根据计算结果，扩大基础竖向荷载设计值为1 132.3 kN。结合人行天桥荷载、扩大基础底土层条件、地面施工场地等，扩大基础采用C30 钢筋混凝土扩大基础，基础平面尺寸为2.6 m×6.0 m，厚1.5 m，埋深约2.2 m。基础底部设置30 cm 厚碎石+20 cm厚C20 素混凝土垫层。扩大基础基坑深度约3.0 m，采用Ⅳ型拉森钢板桩支护，由于天桥主梁底净高仅5.1 m，钢板桩按3 m 一截打设，采用鱼尾钢板连接。扩大基础通过设置放射性抗剪钢筋与桩基钢筋连接，增强抗剪。扩大基础设计如图7、图8 所示。

图7 扩大基础剖面图（单位：m）

图8 扩大基础抗剪钢筋布置图（单位：m）

2.2 扩大基础基底处理

扩大基础底位于1-2 黏土，天然地基不满足要求，需对基底进行加固处理。由于桥底净高5.1 m，且地面施工场地狭小，经研究、比较，采用松木桩复合地基。ϕ150@550 松木桩，正三角形布置，有效桩长4.8 m。

3 管片设计

根据详勘报告，该区间天桥段位于长江三级阶段，隧道洞身覆土约10.02 m，判定为浅埋隧道。

3.1 天桥托换扩大基础附加荷载计算

文秀街天桥托换扩大基础平面尺寸为2.6 m×6.0 m，采用C30 钢筋混凝土基础，扩大基础底部采用0.5 m 垫层（0.2 mC20 素混凝土+0.3 m 碎石），基底采用ϕ150@550 松木桩进行加固，松木桩进入6-2 黏土层，桩长4.8 m（不含桩尖），参照《建筑桩基技术规范》（JGJ 94—2008）第5.4.1 条[2]，基底的附加应力为153.1 kPa（扩大基础顶的竖向荷载设计值为1 130 kN，弯矩为544.4 kN·m）。

盾构下穿前，原有桩基已与扩大基础断开（通过预埋混凝土锯，将原桩基锯断），桥梁扩大基础底的附加荷载分为两种工况：

工况1：扩大基础仅承受竖向荷载（无桥墩弯矩），扩大基底附加荷载为矩形布置，附加荷载为80.0 kPa，换算为管片顶附加荷载为46.8 kPa。

工况2：扩大基础承受竖向荷载及桥墩弯矩作用，扩大基底附加荷载为三角形布置，最大附加荷载为153.1 kPa；换算为管片顶最大附加荷载为89.78 kPa。

3.2 水土压力及地表活载计算

浅埋隧道垂直土压按全土柱高度取值，水土合算计算荷载，取无水最不利工况计算。

3.3 管片内力计算结果及配筋

盾构隧道采用修正惯用计算法进行计算[4]，地层弹簧设置为只受压弹簧，刚度按详勘报告选取。管片的刚度折减系数η=0.75，管片错缝拼装的弯矩增大系数ζ=0.3。

盾构管片采用C50 混凝土，外径为6.2 m，壁厚0.35 m，均分6 块，错缝拼装，计算模型如图9 所示。

图9 计算模型

采用SAP84 进行有限元计算，内力结果见表1。

表1 管片内力值表

3.4 螺栓选用

经核算管片纵、环向连接螺栓采用8.8 级普通螺栓不能满足受拉要求，采用机械性能等级10.9 级高强螺栓替代8.8 级普通螺栓。

4 结 论

（1）在软弱土层中采用扩大基础对人行天桥桩基进行被动托换，通过对基底土层进行预加固（松木桩加固）后，能满足天桥的承载力及变形的要求。

（2）采用适当增大配筋的管片及10.9 级高强度螺栓，可提高管片的承载力，替代钢管片。

（3）盾构穿越桩基时，应将桩基与扩大基础提前断开；盾构慢速推进时(推进时速不大于5 mm/min），可切削人行天桥桩基中25 钢筋。

（4）目前隧道已经贯通，人行天桥及管片监测均满足正常，后期在运营期间仍需加强监测。

（5）人行天桥多采用桩柱式基础，对地下空间应用的影响较大，建议人行天桥多采用扩大基础，减少对地下空间的占用。

地铁盾构隧道下穿软弱土层既有人行天桥钢筋混凝土桩基，可通过扩大基础进行被动托换，但需做好扩大基础沉降、盾构管片受力、盾构施工控制、地面临时支架等措施。目前盾构管片较少采用10.9 级高强螺栓，仍需在今后的工程设计中不断地总结。