深圳地铁截桩工程概况
1．1 概述
深圳地铁一期工程由一号线西段和四号线南段组成，一号线从罗湖站至世界之窗站，线路长17.387km，四号线从皇岗站至少年宫站，线路长3.39km ，共包括19个车站，工程总概算为115.5亿元人民币。
深圳地铁一期工程环境条件极为复杂，深圳地铁公司在规划设计一开始就十分重视以人为本的设计理念，以方便乘客出行为宗旨，改传统的“怎么好建怎么建”为“怎么好用怎么建”。因此，在建设中遇到了很多技术难题。如：一号线罗湖至大剧院站穿过深圳老商业区、高楼林立，空间狭窄，为了满足在老街设站的规划要求，为了减少拆迁、节省工程投资，我们不得不采用重叠隧道方案。国贸?老街区间单洞双层隧道直接穿过百货广场22层楼，需要进行六根桩基托换。该桩基托换工程的最大托换轴力达1890 吨，是目前世界上托换建筑层数最多、单桩托换荷载最大的工程。如果不能攻克大轴力桩基托换技术难题，地铁一期工程1号线将不得不改变线路，加大拆迁，不仅会增加工程投资，降低服务标准。为此，深圳地铁公司组织各方力量，克服困难，精心策划。多次组织有关专家进行深入研究、经过技术经济比较，反复论证，最终决定实施百货大楼桩基托换工程。
通过调研，百货广场大轴力桩基托换工程具有三大技术难题：1、迄今为止，国内外地铁、地下工程中的桩基托换工程最大轴力仅为585吨。而百货广场所需托换轴力在1200吨-1890吨之间；而且，由于线路走向的限制，导致托换梁-柱斜交、偏载接头受力复杂；因此，必须首先解决托换梁与被托换柱之间的接头型式设计；2、大轴力桩基托换工程难度大、技术要求高、工序复杂、毫厘的偏差，就可能引起灾难性后果；因此，必须制定严密的施工工艺、施工技术参数和监测方案，充分实现信息化施工；3、工程地质复杂及地下水位高，且托换工程处在地下室三层，操作空间狭小，托换新桩（人工挖孔桩）施工难度大。
深圳地铁公司通过严格招标程序，组建了科研、设计、施工的联合攻关小组，中国铁道科学研究院以其雄厚的技术力量，铁道第二设计院以丰富的地下工程设计经验，中铁隧道局和鲁班公司联合体以精湛的施工技能承担了该项目的联合科研功关任务。主要研究内容：
1、采用1/4模型试验研究，分析不同类型梁?柱接头的受力特征，确定梁?柱接头型式和构造细节，用于托换结构设计。再通过1/2模型试验检验模型比例的尺寸效应。模拟桩基托换过程中托换结构的受力变形特征及荷载分配关系，确定托换施工参数和施工工艺。以便解决梁柱-接头技术难题。
2、如何制定施工过程中的沉降控制标准，是致关重要的。经过详细研究和计算分析。在桩基托换过程中被托换柱须控制在上升不超过1毫米、沉降不超过3毫米为正常工作范围内；在重叠暗挖隧道开挖过程中，最大沉降控制在8毫米以内。
3、采用现场原位试验研究，确定双液化学注浆参数及截水效果。在高承压水状态下施作人工挖孔桩等关键问题。
4、为了严格控制结构柱的变形、确保建筑物安全，决定采用主动托换技术进行桩基托换。
1．2 实施过程
1999年10月铁道第二设计院的初步设计通过评审，为了验证托换结构设计，北京铁科院根据设计方案进行1/4梁-柱接头模型试验；初步确定采用 “企口+锚筋+预应力”梁-柱接头型式。2001年2月至5月，地铁公司再次组织进行了1/2梁柱节点强度模型试验和1/4整体模型试验，从而解决了梁柱接头技术难题。同时，在托换工程开始前，在百货广场桩基托换工程现场进行的双液化学注浆截水帷幕原位试验研究取得了成功，从而解决了人工挖孔桩截水帷幕难题。
深圳地铁公司对工程的实施进行了精心策划，组织铁道第二勘察设计院、铁道部科学研究院、中铁隧道集团联合鲁班公司的众多专家、技术人员对每一个计算模式、分析结果、施工工艺、操作细节等逐一研究论证，为百货广场桩基托换工程的顺利进行打下了坚实的基础。为了确保桩基托换工程的万无一失，针对主动托换技术特点，各方面积极采取相应措施。
在实施过程中建立了第三方监测制度，即除施工方进行施工监测外，科研单位将采用国际先进的、高精度的实时监测设备和仪器，对桩基托换全过程主要构件的应力及变形、桩柱沉降及环境状态变化情况进行了24小时实时监测，获取了科学、客观、真实的数据，全面推行信息化施工。
地铁公司、设计、监理、科研和施工等单位抽调技术骨干，成立了百货广场桩基托换技术功关小组，及时准确的分析监测信息并指导下一步工序施工。专家组对桩基托换各项技术参数进行了充分的论证，并对《桩基托换实施方案、监测方案》进行了严格评审，对监控和操作等所有参加本项工程人员进行了充分的、细致的技术交底和技术培训工作，在正式截桩前，对监测仪表、千斤顶和托换单元结构进行了严格的检查。
2002年3月5日，在地铁公司的领导组织下，在中国国际咨询公司、铁道第二勘察设计院、铁道部科学院、中铁隧道集团联合??广州鲁班公司联合体及相关单位的密切配合下，开始了科研示范桩（第一根桩）顶升加载工作，在每一道工序结束后，专家组立即在现场对监测信息进行分析，研究和指导下一道工序施工。2002年3月12日，第一根桩即示范桩被顺利截断，这标志着大轴力桩基托换技术在深圳地铁取得初步成功，百货大楼桩基托换进入全面施工阶段，其主要施工步骤如下：
第一步、采用双液化学注浆法实施截水帷幕工程，消除新桩施工工程受到高压水的影响，建立沉降观测点并进行测检；
第二步、在暗挖隧道两侧，各施工一根托换新桩，直径为2.0米、深25米的人工挖孔桩，施工桩顶扩大梁帽；
第三步、在被托换柱与设计的托换大梁结合部加工企口槽，植入钢筋，采用（企口+钢筋+双向预应力）梁柱节点型式，将被托换柱“包死固接”。
第四步、在托换新桩顶上方一定位置施工现浇一根混泥土预应力托换大梁，梁高2.2米、宽3.2米；
第五步、在新桩桩帽和托换大梁之间安置千斤顶，利用千斤顶对托换大梁进行多级加载至1~1.2倍的托换轴力，目的是使新桩在短时间内完成沉降并可初步检验柱节点强度。当新桩完成沉降后，逐步卸载至40%左右托换轴力，顶升力及卸载终止根据实时监测数据信息可做调整；
第六步、然后逐步截桩，使被托换柱的轴力逐步转换到新桩上。
在以上六个步骤的桩基托换施工中，柱顶沉降及托换大梁的应力状态及其周边环境的影响，全在预测、可控范围内根据监测信息，即时调整施工技术参数，充分实现信息化施工。
为了确保后续5根桩托换成功，深圳地铁公司又组织专家对铁科院深圳研究设计院提出的研究示范桩技术总结报告中的技术参数进行分析论证。紧接着TZ77、TA38、TZ58、TZ39四根桩基依次完成了截桩施工。4月25日，百货广场桩基托换工程第6根桩，也就是最大达1890吨的桩基TZ59也顺利的截断，在6根桩基托换过程中，各被托换柱及周边所有柱的沉降均控制在+1~-3mm范围内，在暗挖隧道通过后，百货广场既有结构柱发生了约7毫米的沉降，而主动托换的新桩只发生了约2.7mm的沉降，原桩和新桩之间最大沉降差为4毫米，主动托换的新桩均被控制在允许标准以内，确保了托换结构和既有建筑物的安全。桩基托换宣告成功。
