硬巖地質條件下的地鐵圍護樁施工技術探究

任我行

（中鐵二十二局集團第四工程有限公司，天津 301700）

現階段，地鐵站圍護樁施工普遍采用旋轉鉆機成孔技術，配置螺旋鉆桿及鉆頭，具有環保、適應地層能力強、使用方便等特點。但是如果施工時遇到基坑處于硬巖地質，旋挖鉆機成孔則較為困難。某軌道交通 7號線一期工程圍護樁階段為提高旋轉鉆機的成孔效率，根據施工現場具體情況，在硬巖地層條件下將潛孔鉆機與旋挖機相結合，采用旋轉鉆機進行成孔作業新技術，取得了良好的社會經濟效益。

1 硬巖地質地鐵下圍護樁工程概況

南京軌道交通 7號線尖山路口站位于尖山南路與燕新路路口，沿尖山南路東西方向跨路口敷設，場地屬于崗地地貌單元，地形起伏較為平緩，地勢呈西高東低狀，鉆孔孔口標高為22.01～25.07m。

依據地下水的埋藏條件和賦存條件，本區地下水類型可分為孔隙潛水和基巖裂隙水。孔隙潛水主要賦存于回填土中，水量受降水影響明顯，一般水量不大，但在夏季豐水期時水量較大。基巖裂隙水主要分布于場地全～強風化巖層、基巖破碎帶及裂隙發育帶中，其上部普遍分布可塑～硬塑狀黏性土，其具有一定的承壓水性質。水量受風化、裂隙發育程度及連通性影響較大，總體上水量較貧乏。根據勘察資料顯示，擬建場地基巖埋深7～19.5m左右。場區上覆土層以人工填土、粉質粘土為主，下伏基巖以燕山期侵入巖閃長巖為主。中風化閃長巖巖石飽和抗壓強度范圍值為19.1～73.5MPa，平均值41.19MPa，最大可達163MPa，巖石抗壓強度高，圍護樁和工程樁進入該層位時，鉆進困難，應選擇合適的施工工藝。

圍護樁施工階段，旋挖鉆機成孔困難，根據施工現場具體情況，將硬巖地質條件下的旋挖樁成孔進行可行性研究，采用液壓潛孔錘破碎巖層，采用旋轉挖機進行成孔作業的新技術。節約了施工時間。

2 施工方案設計

根據以往類似特點的基坑工程與工期等因素考慮，進行施工方案設計。標準段圍護結構采用φ1000@1400鉆孔灌注樁基+內支撐系統，根據地質情況，局部樁基距采用1200、1300mm，基坑深度16.8～19.1m，鉆孔樁嵌固深度2.5～3.5m，基坑豎向設置3道支撐（局部4道支撐），第一道支撐采用鋼筋混凝土支撐，支撐水平間距約9m，其余均采用φ609（壁厚I=16mm）剛支撐，支撐水平間距3m。

盾構井段圍護結構采用φ1000@1400（1300）鉆孔灌注樁+內支撐系統，基坑深度 17.5～20.7m，鉆孔樁嵌固深度 2.5～3.5m；基坑豎向設置3道支撐，第一道支撐采用鋼筋混凝土支撐，支撐水平間距約5m,其余均采用φ609（壁厚I=16mm）鋼支撐，支撐水平間距約2.5m。

潛孔鉆機主要具備操作方便、設備成本低、噪音小、巖層破碎效果好等特點。履帶式潛孔鉆機行走方便，可根據現場施工需要提前進行圍護樁范圍內巖層破碎。此外，可做到一次性布置潛孔錘孔眼，使潛孔錘破碎巖層具有可靠性定位性。

施工工藝如下：施工準備→樁位放樣→潛孔錘孔布置→潛孔錘鉆機就位→潛孔錘鉆機掏渣→旋挖鉆機就位→旋挖鉆進掏渣→成孔完成。

所有孔采用潛孔鉆機潛錘鉆進工藝，圍護樁中心布置孔徑為Φ100mm的潛孔錘孔眼，距中心孔300mm布設4個孔徑為Φ100mm的潛孔錘孔眼。每口圓形豎井周邊的攪拌樁數量約為80根，水泥摻入量按每延米50kg，水灰比為0.45：1-0.55：1。施工時嚴格控制下攪速度，動力頭工作電流指數不大于額定值，下攪時為防止沖頭處噴嘴堵塞，可通過中心管壓入少量漿液下攪，下攪到樁頂時開啟灰漿泵，水泥漿與樁端土充分攪拌達到設計樁后提升攪拌機，沖頭提升速度不大于 0.1～0.15m/min。為保證樁頭質量，實際樁頂應設計樁頂300～500mm。

3 硬巖圍護樁快速成孔施工技術

鉆孔采用潛孔鉆機鉆進施工，圍護樁中心布置孔徑為100mm的潛孔錘孔眼，距離中心300mm布設4個孔徑為100mm的潛孔錘孔眼。開挖前在圓形豎井四周設置支距點，使吊桶的鋼絲繩中心與樁孔中心一致，完成 3循環后必須利用控制點進行精確定位。潛孔鉆機施工前，先進行圍護樁中心放樣，沿中心孔周邊布設4周邊孔，鉆進過程中時刻記錄潛孔鉆機鉆進壓力、地層分布等情況，通過孔口取出的芯樣判斷各類巖層及地下水位分布情況，進行成孔效率的統計。

潛孔鉆緊急鉆進時，中心孔完成后整體巖層出現破裂情況下進行周邊孔鉆進。如潛孔鉆機鉆進時出現巖層含水的情況，確保巖層破裂效果。待液壓潛孔錘破碎巖層，再采用旋轉鉆機進行成孔作業。此外，潛孔鉆進時應時刻注意潛孔沖擊器通暢情況。

鉆頭的選擇要根據地層、鉆機性能等多方面進行考慮，結合項目實際情況，采用徐工 360旋挖鉆機。采用雙層底旋挖鉆斗形式以便清孔。根據超前地質資料顯示，部分樁基地層中存在孤石，說明巖面傾斜度較大，旋挖鉆挖至孤石巖面與地質資料進行對比，確認鉆孔達到孤石地層處換牙輪鉆沖孔。旋挖鉆進巖面后對渣樣進行觀察分析，進入巖面換用牙輪鉆沖孔。準備相當于 2倍樁孔體積的泥漿池，需注意的是，要確保泥漿的相對密度、膠體率等指標合格后方可使用。

由于地層變化復雜，項目鉆進中擬定0.5m取渣樣本，與設計提供的地質報告對比。項目部根據實際鉆進速度調整進尺速度，實際工程中遇到硬質地層時應減速慢性，如遇到硬塑層則可以快速旋轉鉆進，注意對泥漿指標的控制。

根據現場牙輪磨損情況，對牙輪角度進行微調，最大限度地擠壓巖層減少牙輪磨損。孤石鉆進中截齒磨損嚴重，采用傳統的電弧焊接易使牙輪受力不均，因此施工采用CO2保護焊接截齒，氣保焊外觀成型與內部質量很好，提高了牙輪的使用壽命。此外，施工過程中應加強巖層取樣，及時與地勘單位溝通，根據實際情況調整鉆進速度，為旋轉鉆進在硬巖中施工提供施工經驗。

根據施工過程中控制分析及記錄統計，旋挖樁成孔時間明顯縮短。尖山路口站圍護結構旋轉樁設計361根，未使用潛孔錘前完成100根，平均進度指標為1.45根/天，故障率為10.3天/次，使用潛孔錘后完成261根，平均進度指標為3.5根/天，故障率為18天/次。節約施工時間明顯，樁體檢測效果良好。

項目部在施工中采用硬巖下大直徑圍護樁快速成孔施工技術，達到萬元產值綜合能耗，為項目節約成本184余萬元。

4 結束語

目前深大基坑工程大直徑圍護樁基施多采用旋挖樁施工工藝，對圍護結構施工的工期造成不利影響，而采用潛孔鉆機配合旋挖鉆進進行圍護樁成孔施工，為明挖基坑施工提供有力的工期保證，具有明顯的經濟效益，值得在今后的類似工程中被推廣運用。