深圳地鐵截樁工程概況
1．1 概述
深圳地鐵一期工程由一號線西段和四號線南段組成，一號線從羅湖站至世界之窗站，線路長17.387km，四號線從皇崗站至少年宮站，線路長3.39km ，共包括19個車站，工程總概算為115.5億元人民幣。
深圳地鐵一期工程環境條件極為復雜，深圳地鐵公司在規劃設計一開始就十分重視以人為本的設計理念，以方便乘客出行為宗旨，改傳統的“怎么好建怎么建”為“怎么好用怎么建”。因此，在建設中遇到了很多技術難題。如：一號線羅湖至大劇院站穿過深圳老商業區、高樓林立，空間狹窄，為了滿足在老街設站的規劃要求，為了減少拆遷、節省工程投資，我們不得不采用重疊隧道方案。國貿?老街區間單洞雙層隧道直接穿過百貨廣場22層樓，需要進行六根樁基托換。該樁基托換工程的最大托換軸力達1890 噸，是目前世界上托換建筑層數最多、單樁托換荷載最大的工程。如果不能攻克大軸力樁基托換技術難題，地鐵一期工程1號線將不得不改變線路，加大拆遷，不僅會增加工程投資，降低服務標準。為此，深圳地鐵公司組織各方力量，克服困難，精心策劃。多次組織有關專家進行深入研究、經過技術經濟比較，反復論證，最終決定實施百貨大樓樁基托換工程。
通過調研，百貨廣場大軸力樁基托換工程具有三大技術難題：1、迄今為止，國內外地鐵、地下工程中的樁基托換工程最大軸力僅為585噸。而百貨廣場所需托換軸力在1200噸-1890噸之間；而且，由于線路走向的限制，導致托換梁-柱斜交、偏載接頭受力復雜；因此，必須首先解決托換梁與被托換柱之間的接頭型式設計；2、大軸力樁基托換工程難度大、技術要求高、工序復雜、毫厘的偏差，就可能引起災難性后果；因此，必須制定嚴密的施工工藝、施工技術參數和監測方案，充分實現信息化施工；3、工程地質復雜及地下水位高，且托換工程處在地下室三層，操作空間狹小，托換新樁（人工挖孔樁）施工難度大。
深圳地鐵公司通過嚴格招標程序，組建了科研、設計、施工的聯合攻關小組，中國鐵道科學研究院以其雄厚的技術力量，鐵道第二設計院以豐富的地下工程設計經驗，中鐵隧道局和魯班公司聯合體以精湛的施工技能承擔了該項目的聯合科研功關任務。主要研究內容：
1、采用1/4模型試驗研究，分析不同類型梁?柱接頭的受力特征，確定梁?柱接頭型式和構造細節，用于托換結構設計。再通過1/2模型試驗檢驗模型比例的尺寸效應。模擬樁基托換過程中托換結構的受力變形特征及荷載分配關系，確定托換施工參數和施工工藝。以便解決梁柱-接頭技術難題。
2、如何制定施工過程中的沉降控制標準，是致關重要的。經過詳細研究和計算分析。在樁基托換過程中被托換柱須控制在上升不超過1毫米、沉降不超過3毫米為正常工作范圍內；在重疊暗挖隧道開挖過程中，最大沉降控制在8毫米以內。
3、采用現場原位試驗研究，確定雙液化學注漿參數及截水效果。在高承壓水狀態下施作人工挖孔樁等關鍵問題。
4、為了嚴格控制結構柱的變形、確保建筑物安全，決定采用主動托換技術進行樁基托換。
1．2 實施過程
1999年10月鐵道第二設計院的初步設計通過評審，為了驗證托換結構設計，北京鐵科院根據設計方案進行1/4梁-柱接頭模型試驗；初步確定采用 “企口+錨筋+預應力”梁-柱接頭型式。2001年2月至5月，地鐵公司再次組織進行了1/2梁柱節點強度模型試驗和1/4整體模型試驗，從而解決了梁柱接頭技術難題。同時，在托換工程開始前，在百貨廣場樁基托換工程現場進行的雙液化學注漿截水帷幕原位試驗研究取得了成功，從而解決了人工挖孔樁截水帷幕難題。
深圳地鐵公司對工程的實施進行了精心策劃，組織鐵道第二勘察設計院、鐵道部科學研究院、中鐵隧道集團聯合魯班公司的眾多專家、技術人員對每一個計算模式、分析結果、施工工藝、操作細節等逐一研究論證，為百貨廣場樁基托換工程的順利進行打下了堅實的基礎。為了確保樁基托換工程的萬無一失，針對主動托換技術特點，各方面積極采取相應措施。
在實施過程中建立了第三方監測制度，即除施工方進行施工監測外，科研單位將采用國際先進的、高精度的實時監測設備和儀器，對樁基托換全過程主要構件的應力及變形、樁柱沉降及環境狀態變化情況進行了24小時實時監測，獲取了科學、客觀、真實的數據，全面推行信息化施工。
地鐵公司、設計、監理、科研和施工等單位抽調技術骨干，成立了百貨廣場樁基托換技術功關小組，及時準確的分析監測信息并指導下一步工序施工。專家組對樁基托換各項技術參數進行了充分的論證，并對《樁基托換實施方案、監測方案》進行了嚴格評審，對監控和操作等所有參加本項工程人員進行了充分的、細致的技術交底和技術培訓工作，在正式截樁前，對監測儀表、千斤頂和托換單元結構進行了嚴格的檢查。
2002年3月5日，在地鐵公司的領導組織下，在中國國際咨詢公司、鐵道第二勘察設計院、鐵道部科學院、中鐵隧道集團聯合??廣州魯班公司聯合體及相關單位的密切配合下，開始了科研示范樁（第一根樁）頂升加載工作，在每一道工序結束后，專家組立即在現場對監測信息進行分析，研究和指導下一道工序施工。2002年3月12日，第一根樁即示范樁被順利截斷，這標志著大軸力樁基托換技術在深圳地鐵取得初步成功，百貨大樓樁基托換進入全面施工階段，其主要施工步驟如下：
第一步、采用雙液化學注漿法實施截水帷幕工程，消除新樁施工工程受到高壓水的影響，建立沉降觀測點并進行測檢；
第二步、在暗挖隧道兩側，各施工一根托換新樁，直徑為2.0米、深25米的人工挖孔樁，施工樁頂擴大梁帽；
第三步、在被托換柱與設計的托換大梁結合部加工企口槽，植入鋼筋，采用（企口+鋼筋+雙向預應力）梁柱節點型式，將被托換柱“包死固接”。
第四步、在托換新樁頂上方一定位置施工現澆一根混泥土預應力托換大梁，梁高2.2米、寬3.2米；
第五步、在新樁樁帽和托換大梁之間安置千斤頂，利用千斤頂對托換大梁進行多級加載至1~1.2倍的托換軸力，目的是使新樁在短時間內完成沉降并可初步檢驗柱節點強度。當新樁完成沉降后，逐步卸載至40%左右托換軸力，頂升力及卸載終止根據實時監測數據信息可做調整；
第六步、然后逐步截樁，使被托換柱的軸力逐步轉換到新樁上。
在以上六個步驟的樁基托換施工中，柱頂沉降及托換大梁的應力狀態及其周邊環境的影響，全在預測、可控范圍內根據監測信息，即時調整施工技術參數，充分實現信息化施工。
為了確保后續5根樁托換成功，深圳地鐵公司又組織專家對鐵科院深圳研究設計院提出的研究示范樁技術總結報告中的技術參數進行分析論證。緊接著TZ77、TA38、TZ58、TZ39四根樁基依次完成了截樁施工。4月25日，百貨廣場樁基托換工程第6根樁，也就是最大達1890噸的樁基TZ59也順利的截斷，在6根樁基托換過程中，各被托換柱及周邊所有柱的沉降均控制在+1~-3mm范圍內，在暗挖隧道通過后，百貨廣場既有結構柱發生了約7毫米的沉降，而主動托換的新樁只發生了約2.7mm的沉降，原樁和新樁之間最大沉降差為4毫米，主動托換的新樁均被控制在允許標準以內，確保了托換結構和既有建筑物的安全。樁基托換宣告成功。
