鐵路工程建設中的錨固樁水磨鉆施工技術

朱傳福

(中鐵十六局集團第二工程有限公司)

鐵路工程建設規模較大，傳統的爆破、沖擊鉆等方法在實際應用中局限性較強，噪音污染、粉塵污染等問題均較為嚴重，不利于周邊居民日常活動的開展[1]。隨行業技術水平的提高，水磨鉆施工技術應運而生，解決了傳統方法污染偏大的問題，且在施工安全性、開挖精度、適用性等方面均有所突破，是現階段工程建設領域較為關鍵的支撐技術。

1 工程概況

新建鐵路南昌至贛州客運專線CGZQ-8 標二分部，起訖里程DK261+274.72～DK277+198.27，正線長度15.923km，沿線以路基和橋梁為主要建設內容。路基11.339km，共8 段；橋梁4.584km，包含特大橋3567.09m/2 座，大橋859.16m/3 座，中橋157.96m/2座；涵洞34 座；臨時存板廠2 處。

2 施工工藝的分析與選擇

根據原設計方案，錨固樁采用的是人工挖孔灌注樁，深度15m～16m，多數樁孔所在區域以泥質砂巖居多，為滿足樁結構施工要求需組織淺眼爆破。但現場作業條件特殊，錨固樁上方敷設有超高壓輸電線，爆破期間易干擾其使用，甚至誘發安全事故，因此不具備爆破作業的條件。經技術改進后采用水磨鉆施工技術，以期減小樁體施工的擾動性影響，營造安全的施工環境和高效率。錨固樁施工工藝流程如圖1 所示。

3 水磨鉆施工技術的應用要點

3.1 工藝原理及基本組成

圖1 錨固樁施工工藝流程圖

⑴工藝原理。巖石具有多重特性：一是抗壓性較強，同時其在抗拉和抗剪條件下的穩定性欠佳；二是在遇到極限抗剪切力后將伴有較明顯的剪切破壞，三是在受力超過自身極限抗力能力外將形成拉裂破壞。根據巖石的這些特性可利用水磨鉆施加外力，有效處理特定區域的巖石。

⑵基本組成。水磨鉆為主體施工裝置，內徑、外徑分別為14cm、16cm，高度62cm，單個循環鉆進量可達到60cm；配套外徑12cm、高度40cm 的水泵；根據水磨鉆施工需求，單個循環所用炸藥量100g，電雷管1 個。設備簡單且炸藥量較少，施工期間的擾動性較小，能夠避免周邊居民區和工業區受擾。

3.2 水磨鉆施工工藝

3.2.1 準備工作

⑴實現三通一平，即水通、電通、道路通以及施工范圍內具有平整性。

⑵以設計圖紙為準，由專員組織測量放樣，精準確定縱橫軸線。

⑶引出中心樁點，用水泥砂漿固定，采取防護措施。

⑷以現場施工需求為導向，組織原材料進場，加強檢驗，不達標者不予進場；調度人員分為2 個班組，形成流水化施工作業模式，提高施工的秩序性。

首先，需要對收集的資料進行質量控制，保障其可靠性。收集的資料必須經過當地城市規劃主管部門審批，主要是建筑工程規劃審批表、建設用地規劃許可證、建筑工程規劃許可證、審批規劃方案或詳規圖及電子版、審批單體建筑施工圖及電子版、勘測定界圖電子版、審批建設工程施工變更資料等。這些資料由建設單位提供圖紙復印件并加蓋建設單位公章，電子版應與紙質圖紙保持一致。

3.2.2 施工要點

⑴粘土、淤泥、流砂施工段。開挖難度較小，采取分段開挖的方式，根據各類土質的特性規劃單個施工段的作業范圍，粘土層為0.8m～1.0m，淤泥和流砂層為0.4m～0.5m。

⑵強風化及中風化的巖層。單個循環進尺約0.6m，具體視巖層硬度等方面的情況合理調整。每個循環施工前均在周邊鉆出與設計直徑相同的圓，在中心處打設炮眼，放入炸藥（100g）和電雷管（1 個），經檢查無誤則起爆。

⑶測量放樣。樁體的位置和長度的偏差均要控制好，為確保兩項指標的合理性，需完成樁位中心和地面高程的測量放樣工作，同時精準標記出開挖尺寸線，根據現有情況展開計算，確定實際開挖深度。鎖口是樁結構施工中易忽略的內容，在制作時必須嚴格控制尺寸，以便有效抵擋孔口周邊的雜物和積水進入孔內，通常鎖口高出地面的部分需達到35cm 或更多。

⑷鉆孔取芯。水磨鉆的刃片能夠在鉆機的帶動作用下運行，從而持續向內部切削巖體，期間產生的巖體碎渣轉入套筒內，隨鉆進作業的推進，定期提出套筒以便清理內部的巖石，再穩定下放，恢復至正常鉆進狀態，按照此方式重復操作。套筒直徑15cm，以巖石強度為主要依據合理調整鉆進深度，通常控制在50cm～60cm。

⑸開鉆巖體、護壁、出渣。以開鉆作業范圍為準，將該處的上層覆土清理干凈，再挖除影響鉆進作業的強風化巖石，每開挖50cm 便組織一次護壁作業（采取澆筑混凝土的方式），提高樁孔壁的穩定性，避免塌孔；巖體鉆孔采取的是先周邊后中間的順序，用鋼楔松動巖體，使其呈破碎的狀態，將產生的碎渣用卷揚機外運，避免出現在孔口處大范圍堆積的情況。

⑹定期檢查。鉆進施工過程中，每完成一個循環后均要組織檢查，明確孔的軸線位置、標高、垂直度及截面尺寸情況，要求各項指標的實際誤差均控制在許可范圍內，否則需采取調整措施，直至達標為止。

3.3 施工注意事項

⑴水磨鉆的適用范圍較廣，尤其是在硬質巖層中可取得較好的鉆孔效果，為充分發揮出水磨鉆的應用優勢，施工前應做好現場勘察工作，根據所掌握的信息制定施工方案，作為后續施工的參考依據，以提高施工的規范性[2]。

⑵安全是工程施工中的首要追求目標，對于錨固樁水磨鉆施工而言亦是如此。對此，施工前需加強崗前培訓，強化全體施工人員的安全意識，提高專業水平；做好技術交底，交代施工的技術要點以及安全控制要點等。

⑶水磨鉆施工期間產生的巖石碎渣普遍以大石塊為主，該部分主要臨時堆積在孔口周邊區域，因此需要加強對孔口的防護，定期清理該處的土石，盡可能減少堆載量，以免因承載力過大而發生孔口坍塌事故。

⑷施工期間加強對鉆機工作姿態的檢查與控制，確保成孔在位置、深度、垂直度等方面均可滿足要求。根據經驗，在孔壁外圈水磨鉆鉆孔數量增加的條件下，孔的擴孔系數具有減小的變化特點，但鉆機的速度將放慢，部分特殊情況下難以滿足工程進度要求[3]。對此，在施工期間應當協調好施工進度和擴孔系數的關系，從中尋找均衡點，兼顧質量和效率的雙重要求。

⑸電力的可靠供應是水磨鉆正常運行的關鍵前提之一，施工單位需積極與電力管理部門取得聯系，定期做好對電力供電線路的檢修工作，提高電力供應的穩定性，使施工作業可高效展開。

3.4 設備及人員的安排

施工現場共配置2 臺水磨鉆，分別負責1 孔的鉆進作業；人員方面，每組配置6 人，具體安排為井下作業每孔各2 人，剩余2 人安排在地面，主要負責出渣以及輔助工作。

4 水磨鉆施工技術的應用特性

4.1 與爆破、沖擊鉆施工技術的對比分析

具體如表1 所示，為水磨鉆施工技術與爆破、沖擊鉆施工技術的對比表。

結合表1 內容展開多角度的對比分析：

⑴施工效率層面。在相同施工量的前提下，水磨鉆與爆破法所取得的施工進度差異甚微。相較于沖擊鉆施工，水磨鉆和爆破法的準備時間較短，可滿足多個樁基同步開挖的施工要求，用電功率相對較小，可更為快速地完成作業。

表1 水磨鉆施工技術與爆破施工、沖擊鉆施工技術對比分析

⑵成本角度。沖擊鉆和爆破兩種方法存在較明顯的噪音污染問題，同時施工期間的震動較為強烈，易對周邊的建（構）筑物造成不良影響，且在周邊存在學校、高檔酒店等場所時，其適用性將進一步下降。在應用沖擊鉆或爆破的方法后，周邊建筑物易在震動作用下失穩，伴有基礎下沉、墻體開裂、結構傾斜等問題，在此條件下施工進度必然放慢，同時還需為建筑物的修復支出特定的費用，導致成本投入明顯增加，工程項目的經濟效益下降。相較之下，水磨鉆的擴孔系數較小，單次炸藥量僅為100g，成孔更為規則，對周邊的影響較小，無論是工程主體施工成本還是周邊建筑修復成本都有所降低。因此，相比于沖擊鉆和爆破兩種方式，水磨鉆施工技術所創造的經濟效益更為顯著。

4.2 水磨鉆技術的應用優勢

⑴噪音低，震動小。水磨鉆切削巖體時僅存在較低分貝的噪音污染問題，幾乎不會對周邊居民的正常生活帶來影響。

⑵安全可靠。水磨鉆施工期間并不會對巖體帶來明顯的擾動性影響，巖體可維持相對完整的狀態，樁壁和樁底也較為穩定，成型后的樁基承載力高，幾乎無安全事故發生。

⑶成孔質量較佳。得益于擴孔系數較小的特點，經水磨鉆施工后的成孔具有尺寸合理、形狀規則的優勢，混凝土的超灌量較少，可滿足鐵路工程的施工要求。

⑷高效便捷。水磨鉆的安裝流程簡單，作業難度低，施工人員易上手，可高效施工。

⑸適用范圍廣。對于作業面狹小、周邊建（構）筑物分布密集或是人流量較大的特殊施工場所，均可應用水磨鉆施工技術，除了對特定的區域鉆進作業外，周邊均可保持正常狀態。

5 結語

應用水磨鉆施工，成孔質量良好，具有尺寸精度高、孔形規則的特點，施工期間未發生安全事故，各項工作可高效落實到位，周邊居民的生產、生活秩序未受到影響，成本較低，表明水磨鉆施工的綜合應用效果較好，可應用到類似工程中。