緊鄰地鐵隧道高頻免共振液壓錘沉樁施工技術(shù)

施耀鋒（上海隧道工程有限公司，上海 200032）

在緊鄰地鐵隧道周邊進(jìn)行樁基工程，根據(jù)以往的施工經(jīng)驗，一般首選鉆孔灌注樁，因其對隧道的影響較小。但是鉆孔灌注樁需要采用泥漿護(hù)壁進(jìn)行鉆孔成樁，施工過程中產(chǎn)生大量廢漿，并且成樁后需要一定的養(yǎng)護(hù)期[1]。結(jié)合綠色施工理念，考慮采用鋼管樁取代傳統(tǒng)的鉆孔灌注樁，因其具有自重輕、高強(qiáng)、抗水平荷載強(qiáng)等特性，并且施工工期短[2]。在緊鄰地鐵隧道進(jìn)行鋼管樁施工時，應(yīng)考慮沉樁對地鐵的振動影響，采用荷蘭ICE公司的高頻免共振液壓錘可以滿足振動控制要求。

1 高頻免共振液壓錘工藝

1.1 工作原理

高頻免共振液壓錘配置 8 個可變偏心力矩，通過動力系統(tǒng)加壓，偏心塊的工作轉(zhuǎn)速可以從 0 直接到 2300 r/min，躍過土壤或物體的固有頻率，消除在開啟和關(guān)閉時刻的振動影響。在經(jīng)過土壤頻率區(qū)域后，偏心塊自動調(diào)節(jié)，偏心塊同步后產(chǎn)生偏心力矩形成振動頻率。在沉樁過程中對周邊環(huán)境影響非常小，離開樁體 2～3 m 距離振動基本完全衰減[3-4]。高頻免共振液壓錘及動力系統(tǒng)，見圖1、圖2。

圖1 高頻免共振液壓錘

圖2 高頻免共振液壓錘動力系統(tǒng)

1.2 主要特點

（1）振動小。液壓振動錘的高頻振動設(shè)計避免了與周邊建筑的共振，減少對周圍土壤造成破壞。

（2）效率高。在同樣的施工條件下，液壓振動錘的施工效率基本是傳統(tǒng)樁工機(jī)械 6～10 倍，沉樁速度一般在4～7 m/min，在土壤條件比較好的情況下沉樁速度超過10 m/min。

（3）適用范圍廣。高頻液壓振動錘可以沉拔鋼管樁、混凝土預(yù)制管（PHC）樁和各類型鋼板樁，并且可以進(jìn)行地表壓實、深層壓實等工程施工。

（4）安全性高。高頻液壓振動錘有機(jī)控、線控和遙控，最常用的遙控可以讓操作人員站在視野開闊、較為安全的位置進(jìn)行操作。

（5）更環(huán)保。液壓振動錘的動力箱采用封閉降噪設(shè)計，液壓系統(tǒng)驅(qū)動齒輪箱高頻振動，具有噪聲小、振感低等優(yōu)點，適宜在城市核心區(qū)敏感環(huán)境中施工。

2 高頻免共振液壓錘工藝工程運用

2.1 工程背景

上海市北橫通道新建工程 II 標(biāo)篩網(wǎng)廠明挖段北側(cè)為運營中的軌道交通 13 號線江寧路站─漢中路站區(qū)間隧道。該隧道沿天目西路東西向布置。篩網(wǎng)廠明挖段橫穿蘇州河，該段蘇州河寬約 66 m，最大水深約 8.5 m，過河后基坑上跨地鐵13 號線并與長壽路橋相交、與天目西路相接。因此，將該明挖段分為工作井及暗埋段、明挖過蘇州河段以及上跨13 號線段。其中明挖過蘇州河段采用鋼平臺（結(jié)合拉森鋼板樁）作為臨時圍堰，在圍堰回填土區(qū)域進(jìn)行基坑開挖及結(jié)構(gòu)制作。明挖過蘇州河段分為 2 階段圍堰施工，第 1 階段為西側(cè)導(dǎo)流東側(cè)施工，圍堰長度為 137.3 m，第 2 階段為東側(cè)導(dǎo)流西側(cè)施工，圍堰長度為 99.1 m。一期圍堰平面和二期圍堰平面，見圖3、圖4。

圖3 一期圍堰平面圖

圖4 二期圍堰平面圖

圍堰采用拉森鋼板樁，樁長為 22 m，鋼平臺基礎(chǔ)為鋼管樁（Φ 800 mm×16 mm），采用型鋼作為縱橫梁（縱梁采用雙拼）和水平撐，采用 16 號槽鋼作為豎向剪刀撐，采用 I20b 工字鋼作為平臺橫梁，平臺面鋪設(shè) 10 mm 厚鋼板。其中鋼管樁基礎(chǔ)橫距 3.4 m、縱距 3 m，樁長 28 m。第一期圍堰鋼平臺距離運營中的地鐵 13 號線區(qū)間隧道較近，最近距離僅 6 m，第二期圍堰距離區(qū)間隧道最近處為 14.5 m，鋼管樁比地鐵隧道深 4 m。地鐵隧道的外徑 6.2 m、內(nèi)徑5.5 m、環(huán)寬 1.2 m、埋深 18.8 m（地面標(biāo)高為＋3.5 m）。鋼管樁底標(biāo)高為－25.5 m，位于 ⑥ 暗綠-黃色粉質(zhì)黏土與⑦1草黃-灰色粉砂交界處。地基土構(gòu)成與特征見表1。

表1 地基土構(gòu)成與特征表

2.2 非原位振動試驗

鋼管樁沉樁采用 ICE 28RF 高頻免共振液壓錘施工。考慮到高頻免共振液壓錘是一種新設(shè)備，且鋼管樁在振沉過程中不可避免的對地鐵隧道產(chǎn)生一定的影響，若影響嚴(yán)重將危害到 13 號線地鐵的運營安全[5]。因此，在進(jìn)入河道內(nèi)正式施工前，在現(xiàn)場遠(yuǎn)離隧道選取一處進(jìn)行鋼管樁非原位施工測試，通過試驗掌握采用該工藝進(jìn)行沉樁將對鄰近土體的影響程度，確認(rèn)所選錘型的適應(yīng)性與可靠性。

為了掌握鋼管樁沉樁對鄰近土體的影響分布規(guī)律及程度，進(jìn)而判斷對鄰近構(gòu)筑物的影響程度，從實際空間相鄰關(guān)系的角度考慮，在離鋼管樁施工位置 3 m、5 m 、10 m 處分別布設(shè)振動測試點，以監(jiān)測沉樁過程中引起周邊環(huán)境的振動值。試驗過程中委托有資質(zhì)的專業(yè)單位上海匯谷巖土工程技術(shù)有限公司進(jìn)行監(jiān)測，振動測試儀器為加拿大 Instantel振動測試儀。試驗中，場地振動背景數(shù)值為 0.31 mm/s（即非施工狀態(tài)下土體振動值），鋼管樁沉樁速度為 3 m/min，沉樁振動測試數(shù)據(jù)匯總見表2。

表2 振動測試數(shù)據(jù)匯總表

通過場地內(nèi)設(shè)置的 3 個監(jiān)測點所得數(shù)據(jù)可知，沉樁過程中距離最近的監(jiān)測點（距離 3 m）場地振動數(shù)值（ppv）為4.72 mm/s，數(shù)值較小。

2.3 首樁原位施工及隧道監(jiān)測

蘇州河河道內(nèi)開始打樁后，為獲取 28RF 型高頻免共振液壓錘沉樁對地鐵 13 號線區(qū)間隧道的實際影響，再次確認(rèn)所選錘型的適應(yīng)性和可靠性，在隧道內(nèi)選取一處（第 940 環(huán)管片附近）管片上布置監(jiān)測點，進(jìn)行首根鋼管樁免共振原位施工振動測試，以彌補(bǔ)第一次非原位試驗時只能監(jiān)測地表振動數(shù)據(jù)的不足。

本次振動監(jiān)測測試方法、測試工具、樁型等與首次試驗時相同，首根試樁及隧道內(nèi)監(jiān)測布點的環(huán)號見圖4。

圖4 鋼平臺與地鐵隧道關(guān)系圖

鋼管樁與地鐵隧道第 940 環(huán)管片的平面距離為 8.6 m，鋼管樁樁底超出隧道底部以下 4 m。首根鋼管樁沉樁速度為3 m/min，場地振動背景數(shù)值為 0.284 mm/s。沉樁振動測試數(shù)據(jù)匯總見表3。

表3 振動同步監(jiān)測數(shù)據(jù)匯總表

經(jīng)過 2 次振動監(jiān)測，從數(shù)據(jù)上分析 ICE 高頻免共振液壓錘沉樁對地鐵隧道的振動影響較小，滿足地鐵保護(hù)要求。因此，通過兩次試驗得到的數(shù)據(jù)，可以判斷采用該設(shè)備進(jìn)行鋼管樁沉樁，不影響鄰近地鐵隧道的正常運營。

2.4 鋼管樁沉樁施工及隧道內(nèi)同步監(jiān)測

一期鋼平臺圍堰共施工鋼管樁 130 根，其中在地鐵50 m 保護(hù)區(qū)內(nèi)共計 76 根，施工過程中隧道安全處于受控狀態(tài)[1]，分析施工期間地鐵隧道典型環(huán)號橫向收斂及垂直變形監(jiān)測情況（略），收斂和沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)均未超出累計報警值（±10 mm）。

3 結(jié) 語

（1）荷蘭 ICE 高頻免共振液壓錘是振動錘的一種，也需要通過振動將周圍的土體液化后進(jìn)行沉樁。但是因為液壓系統(tǒng)、偏心塊等設(shè)計上的區(qū)別，相比國內(nèi)傳統(tǒng)的“拐手”振動錘，對周邊環(huán)境的擾動小很多，適合在有特殊保護(hù)要求的敏感環(huán)境下施工。

（2）未引進(jìn)該設(shè)備前，在本工程工況條件下，通常采用靜壓植樁機(jī)進(jìn)行施工，相比“零振動”的靜壓植樁機(jī)，“微振動”的 ICE 免共振錘在工程成本、進(jìn)度上占絕對優(yōu)勢。

（3）ICE 高頻免共振液壓錘可使用于特殊環(huán)境。尤其是鄰近地鐵、飛機(jī)跑道等特殊環(huán)境下的沉樁工程，既要控制對周邊環(huán)境的擾動影響，又要考慮在夜晚停運時間進(jìn)行施工，高頻免共振液壓錘將是最佳選擇。