一种盾构隧道下穿建筑物的群梁主动托换方法与流程

本发明属于顶升控制技术领域，尤其涉及一种盾构隧道下穿建筑物的群梁主动托换方法。

背景技术：

在新建地铁的过程中势必会与已有的建筑物桩基发生冲突，且原有建筑物也必须保存其使用功能。因此可采取桩基托换的方法将原有桩基切断托换，既保留原有建筑物的功能，又使其不影响隧道的正常施工，并且施工期间以及施工后都要确保建筑物的安全使用。随着各个城市地下交通建设的快速发展，类似的问题会经常遇到，并且桩基托换施工难度大、要求高，在施工期间发生的安全事故概率比较高。因此，有必要研究更加可靠的顶升托换方法。

地铁盾构隧道施工与建筑物桩基的冲突问题越明显，则这类问题研究的重要性以及时效性就很明显了。现有类似工程问题的施工技术，举例如下：

(1)日本京都地铁车站托换工程，采用主动托换技术，其特点是托换桩的轴力较大，达到585t；在托换过程中对被托换桩进行了沉降监测，被托换桩的沉降控制标准为向上1.0mm、沉降3.0mm。

(2)采用主动托换技术的深圳地铁的百货广场桩基托换工程，该工程是典型的“二托一”托换结构，其特点是托换桩的轴力大(轴力达到1890t)。

(3)采用主动托换技术的深圳地铁的广深铁路桥梁桩基托换工程。按设计需要对广深铁路桥的三条线路上的21号、22号墩共6个承台的桩基进行托换。其中21号墩北侧为四跨连续梁的边跨，南侧为简支梁；22号墩的两侧均为简支梁。托换的新桩为挖孔桩，桩径2m，桩长25m，桩身为c30钢筋混凝土，嵌入微风化花岗岩地层不小于5m。

(4)广州机场西路隧道下穿北环路与机场高速公路等立交高架桥托换工程，该工程的主要特点是托换施工过程中桥梁不能中断交通，通过临时墩加固桥梁，而且包含了3种典型的桥梁墩柱托换形式：

一种是用托换结构体系全部取代既有的桥墩，即先用临时墩柱支撑上部结构，然后把既有的桥梁墩柱全部切除，再施工新的托换大梁和两根墩柱构成门架(横梁与墩柱整体现浇，一次形成刚架)，门架与箱梁保持固结；

第二种是保留支座、帽梁，切除几乎全部墩身，即先用临时墩柱支承上部结构，再新建门架墩(横梁与墩柱整体现浇，一次形成刚架)，门架的横梁包裹住现有的方柱(与帽梁下部的墩柱固结)，再沿横梁底面切除旧墩柱；

第三种是保留支座、帽梁和部分墩柱，即先临时支承上部结构，然后施工两根新的托换桩，再在既有桥墩承台的上方新建托换梁与被托换的墩柱固结，沿托换梁底面切除旧墩，最后用微膨胀混凝土将托换梁与新桩固结。

综上所述，现有技术存在的问题是：地面建筑物的结构复杂、自重大而且不均匀沉降要求高，托换施工中的变形不易控制，只有采取更先进灵活的桩基托换方法，才能保证建筑物的安全。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种盾构隧道下穿建筑物的群梁主动托换方法，旨在解决现有托换技术不能完全满足托换复杂结构的建筑物、不能有效灵活控制不均匀沉降量以及在托换建筑中不能保证安全的问题。

本发明是这样实现的，一种盾构隧道下穿建筑物的群梁主动托换方法，该方法包括以下步骤：

(1)在室内地底进行土方开挖、加固防水处理后，对桩基进行施工，再在桩基上制作主梁；

(2)在建筑物底部拟托换的地基立柱上嵌合次梁，所述次梁两端分别通过液压千斤架在一主梁上，由桩基、主梁以及次梁支撑受地铁隧道影响区域内的的建筑；

(3)实时监测立柱的沉降情况，若立柱发生沉降，则通过液压千斤顶调整主梁及房屋沉降；若立柱没有沉降或不再沉降，通过盾构机切割次梁下方房屋原立柱，隧道穿越房屋下方。

优选地，在步骤(1)中，所述加固防水处理具体为：在需要制作主梁及桩基四周利用旋喷桩做加固防水处理。

优选地，在步骤(1)中，所述桩基采用钻孔桩施工。

优选地，在步骤(2)中，所述立柱与次梁的嵌合方式为：将立柱需要与次梁结合处的混凝土接触面凿除，将立柱钢筋与次梁钢筋焊接，将立柱与次梁结合处通过混凝土浇筑固定；或，在立柱需要与次梁结合处的混凝土接触面进行植筋，将植筋与次梁钢筋焊接，将立柱与次梁结合处通过混凝土浇筑固定。

优选地，在步骤(3)中，通过静力水准仪对立柱的沉降情况进行监测。

相比于现有技术的缺点和不足，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明通过群梁托换，建筑物荷载分散在主、次梁上的方式，使得每根梁的尺寸较小，易于施工，此外，荷载的分散使得梁的受力和变形易于控制；

(2)本发明桩基产生的沉降和主梁、次梁的变形等通过对主、次梁之间的多个千斤顶的综合灵活调整，可以将建筑物的差异沉降控制在1mm以内。

附图说明

图1是本发明主梁、次梁、临时桩、框架柱和千斤顶之间的结构示意图；

图2是本发明主梁、次梁、框架柱、千斤顶及盾构隧道平面示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明是这样实现的，一种盾构隧道下穿建筑物的群梁主动托换方法，如图1～2所示，首先进行室内土方开挖，再在拟托换桩基四周利用旋喷桩做加固防水处理，旋喷桩施工完毕后进行临时桩基5施工，临时桩基5采用钻孔桩施工，在临时桩上制作主梁4(托换主梁)；其次，在原桩基5原有荷载保留的情况下，将次梁2(托换次梁)与房屋原立柱1嵌合在一起，再将次梁2与主梁4通过千斤顶3相连，将建筑物全部荷载通过次梁2、千斤顶3、主梁4传递给临时桩基5；再进行盾构施工隧道6。在盾构机切桩施工过程中，采用静力水准仪对托换结构及上部结构的变形进行实时监测，并运用plc液压同步控制系统进行动态调控，若发现某个立柱有沉降则利用液压千斤顶进行调整，若新桩基5没有沉降时，采用静力切割设备对原有立柱1进行切割。

为进一步说明本发明，以下通过具体施工工程为例。

广州市轨道交通十三号线一期工程鱼珠～丰乐路区间起于鱼珠站，与已建成的五号线鱼珠站十字换乘，出鱼珠站后下穿鱼珠综合市场及黄埔大道东等南行转东，下穿狮子桥涌、厂区、海员路进入丰乐路站。区间从11#盾构井南端引出约25m后，左线下穿了鱼珠煤厂宿舍a7楼(939大院)。鱼珠煤厂宿舍a7楼修建于1993年，框架结构，地面7层，地下室1层。地面首层为商铺，2～7层为居民住宅。基础为锤击式沉管灌注桩，桩长15m，桩径480mm，桩顶标高-1.6m。基础多为3桩或4桩一承台，建筑物结构平面呈v型不规则形状。区间左线下穿范围为里程zdk38+090～zdkzdk38+105之间，平面范围约15m。区间下穿了15根桩，1m影响范围内(含下穿)共有21根桩，9处承台。

第一步，土方开挖。室外采用机械配合人工进行开挖，室内采用人工进行开挖。在开挖过程中做好防水和支护工作。开挖深度至地面以下3m。

第二步，施作旋喷桩加固及防水处理。施工区域外围，采用两排d600@450双管旋喷桩对地基进行防水处理，旋喷桩深度为18米。施工区域内，采用d600@850双管旋喷桩对主动托换梁梁底标高以下的土层进行加固，桩长为18米。

第三步，施作托换主梁及次梁。主梁采用型钢混凝土，宽1.5m(0.9m)，高2m；次梁采用型钢混凝土，截面宽0.78m，高1m。为满足千斤顶顶升调整力的需求，使新浇筑的混凝土能与立柱结合牢固，应对原立柱混凝土接触面进行凿除。保护层凿除后，将原柱钢筋与次梁钢筋进行焊接，无法焊接处，在立柱上进行植筋，将植筋与次梁钢筋焊接。

第四步，千斤顶的选择和布置。该托换工程选用100吨液压千斤顶，该千斤顶顶身长度150mm，底座直径210mm，行程为40mm。该千斤顶的特点是外侧钢壁有螺旋丝扣，外套钢圈。在调整过程中时刻使千斤顶上的外钢圈与次梁紧密贴紧，防止突发情况发生时引起立柱突然下降。

千斤顶安装时应保证千斤顶的轴线垂直。每个次梁上布置4台千斤顶。每个立柱的千斤顶为一组，在单个立柱出现沉降时进行单独调整。

第五步，千斤顶预压及预顶升。为使荷载转换到托换桩前期沉降量趋于稳定，可以对托换桩实施预压，也采用逐级增大10％油源压力方式加压，预压到理论重力的100％，同时将该状态保持一定时间，直到监测托换桩的沉降趋于稳定时预压结束。

第六步，切桩。完全完成力的转换，新的桩基没有沉降时，采用静力切割设备对原有立柱进行切割。利用镶有金刚石的绳锯对准混凝土构件需要拆除的部位不断重复切割，利用金刚石超高的强度将钢筋混凝土切断，直至该部位切透为止。

第七步，托换桩沉降调整。在桩基进行截断时，原有桩基支承力随即下降，千斤顶上的钢圈及千斤顶同时受力，新桩基受力后会出现沉降，根据静力水准仪和常规水准仪监测的数据，利用液压控制系统控制千斤顶进行沉降调整，当调整至指定位置时，将千斤顶上的钢圈利用人工锁死。

随时收集各个立柱沉降信息，在个别立柱出现沉降时，进行单个立柱的调整。直至每个立柱不再发生沉降为止。

第八步，节点处理。托换工作全部完成后，按照要求进行监测一定时间后，建筑物无沉降变化时，即可按照设计要求进行主梁与次梁的连接工作。

主次梁连接施工：1、在主次梁施工时预留连接用的钢筋孔；2、按照千斤顶高度进行制作相应高度的钢垫块；3、千斤顶超顶1～2mm，将钢垫块放置在主次梁之间；4、千斤顶回落，使次梁荷载通过钢垫块传至主梁；5、将预留钢筋孔内进行注浆；6、连接点钢筋、模板施工；7、最后采用微膨胀混凝土进行浇筑。

本发明通过群梁托换，建筑物荷载分散在主、次梁上的方式，使得每根梁的尺寸较小，易于施工，此外，荷载的分散使得梁的受力和变形易于控制；本发明桩基产生的沉降和主梁、次梁的变形等通过对主、次梁之间的多个千斤顶的综合灵活调整，可以将建筑物的差异沉降控制在1mm以内。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。