地鐵建設中的旋挖鉆機特點及施工技術

侯啟超

（中鐵十九局集團有限公司，北京 100176）

1 工程概況

本項目為北京地鐵14 號線土建工程18 合同段，由1 個站臺和2 個區間組成。其起點里程K32+899.951，終點里程K34+907.8，全長2007.752 m，其中，紅廟站—甜水園站區間與甜水園站—朝陽公園站區間平面圖見圖1。

圖1 紅廟站—甜水園站區間與甜水園站—朝陽公園站區間平面

1.1 紅廟站—甜水園站區間

該區間設計起止里程K32+899.951～K33+498.282，全長598.332 m，選取礦山法進行施工。在線路里程K33+050.00 處線路的東側設立一座施工豎井。該區間聯絡通道與施工豎井結合設置，距兩端車站分別為153 m 和437 m。

1.2 甜水園站—朝陽公園站區間

該區間設計起止里程K33+734.982～K34+602.801，全長867.818 m，選取礦山法施工。區間共設立兩個施工豎井及橫通道，分別設在里程為K33+819.832 和K34+126 的位置。

1.3 朝陽公園站

朝陽公園站設計起點分界里程為K34+602.800，終點里程為K34+907.700。朝陽公園站采取兩端明挖、中間蓋挖的島式車站，朝陽公園站是地鐵14 號線與3 號線的換乘站。車站位于朝陽公園南路與甜水園街交叉丁字路口，其中，車站北端橫跨朝陽公園南路伸入朝陽公園內，車站南端位于甜水園街偏東側，呈南北走向。車站主體位于甜水園街以及朝陽公園內的部位采用明挖施工，位于交叉路口部位采用架設軍便橋蓋挖，下穿熱力管溝段采取蓋板蓋挖。

2 旋挖鉆機的主要類型

2.1 小型旋挖鉆機

小型鉆機的扭矩為100 kN·m，發動機功率為170 kW，具有的鉆孔直徑為500～1000 mm、約40 m 深，整臺機器約重40 t。小型鉆機主要應用于以下方面施工。

（1）各種樓房進行的護坡樁施工。

（2）樓房部分有關承重結構樁的施工。

（3）城市改造工程的市政項目中有關各種樁徑在1 m 之內的樁施工。

2.2 中型旋挖鉆機

中型鉆機的扭矩為180 kN·m，發動機功率為200 kW，具有的鉆孔直徑為800～1800 mm、約60 m 深，整臺機器約重65 t。中型鉆機主要應用于以下方面施工。

（1）各種交通設施中有關橋梁方面的橋樁施工。

（2）大型建筑工程、港口碼頭工程的承重結構樁施工。

（3）城市內有關高架橋方面的橋樁施工。

2.3 大型旋挖鉆機

大型鉆機的扭矩為240 kN·m，發動機功率為300 kW，具有的鉆孔直徑為1000～2500 mm、約80 m 深，整臺機器重量要大于100 t。大型鉆機主要應用于以下方面施工。

（1）各種高速公路項目、鐵路橋梁項目的特大橋樁施工。

（2）其他大型建筑工程中有關特殊結構方面的承重基礎樁施工[1]。

3 旋挖鉆機的主要施工技術

3.1 施工工藝流程

鉆孔灌注樁一般采用旋挖鉆機成孔，配合泥漿攪拌機和泥漿泵，以及鋼筋籠加工設備和吊裝設備。為防止相鄰兩樁距離太近或間隔時間太短，造成塌孔，采取分批跳孔施工，相鄰樁孔不要連續施工，相鄰兩樁施工時間間隔≥24 h。鉆孔灌注樁施工工藝流程：樁位防線、人工挖探→埋設護筒→鉆機就位→鉆進→清孔→成孔檢查→鉆機移位→鋼筋籠制作及安裝→下導管→混凝土灌注前準備工作→混凝土灌注→拆、拔護筒→孔口回填。

3.2 施工前的準備工作

進場后應及時清除雜物。由于北京地下管線復雜，要先進行人工挖探，確定樁位沒有管線后，根據設計圖中有關鉆孔樁位的相關要求，設置中心線以及樁位[2]。利用全站儀測量放線，確定樁位以后，要做好相應的標示和保護。

3.3 埋設護筒

埋設護筒時，其中心軸線需對正樁位中心，維持其垂直度，周圍用黏土進行分層回填，以防泥漿流失引起護筒位移以及掉落。如護筒底部土層不屬于黏性土，則需挖深或者換土處理，然后再將護筒進行安放。

3.4 鉆機安裝就位

鉆機需由技術專員進行指導安裝，在指定位置安裝就位后需精心調平，防止其傾斜和移位。

3.5 泥漿配制

由于旋挖鉆機速度較快，一旦護壁施工處理得不好，容易出現坍孔現象[3]，因此應注意護壁泥漿質量要求。開孔使用的泥漿用優質的膨潤土制作，施工中要經常測定泥漿比重、黏度、含砂率和膠體率。

3.6 施工控制

鉆機在施工初期需慢速運轉，以便掌握地層中的各種影響因素，進而確定各種鉆進參數。因使用泥漿護壁，需給其足夠的護壁時間，故鉆進時不宜進尺過快，并保持泥漿面高于護筒頂40 cm。進行提鉆時，需及時向孔內補漿，以保持泥漿高度。

3.7 檢孔和清孔作業

待鉆進至指定深度時，及時下放導管進行清孔。通過磨盤式撈渣法，可一次撈渣或多次撈渣。按要求檢測各種幾何尺寸，合格后再下鋼筋籠及導管，并用泥漿泵再次清孔。復測孔底沉淀物厚度，若超過要求，可在灌注混凝土前，對孔底進行高壓射水或吹風數分鐘，使沉淀物漂浮后立即灌注水下混凝土。

3.8 鋼筋籠制、安

鋼筋籠通過加工場進行統一加工，通過焊接方式進行主筋連接。為確保鋼筋籠和鉆孔的中心相互重合，并保證其保護層厚度，可沿其縱向及環向，每隔一定距離設置保護墊塊。鋼筋籠進行下放時，結合樁位中心位置在護筒上做好標記，確保其中心和樁中心保持一致。鋼筋籠需用吊筋固定好，避免澆筑混凝土時鋼筋籠上浮。

3.9 水下砼灌注施工

砼灌注通常選擇提升導管法，導管下至距孔底0.5 m 處，導管直徑為30 cm，每1～2 m 進行分節。底節長4 m，利用法蘭盤螺栓將各節進行連接，灌前需檢查管氣密性，檢查合格后才可使用。導管上需安裝封底漏斗，并用自制砼球在二者之間形成隔水栓，通過撥球法進行封底。提升導管時保持平穩，嚴禁將導管提離混凝土面，灌注時導管埋深在2～6 m。邊灌邊拔，嚴格控制計算最后一次澆筑混凝土量，使裝頂標高比設計標高高出0.5～0.8 m，確保樁頂混凝土質量。

4 鉆孔樁施工中的常見問題及解決措施

4.1 坍孔問題

（1）坍孔的主要原因：①加泥漿不及時或者泥漿密度沒有達到要求；②砂層鉆進時進尺太快或者鉆速太快；③吊施鋼筋籠時，碰撞孔壁或者操作時間太長，導致孔壁坍塌。

（2）解決措施：①對鋼筋骨架進行提升操作和下落操作時需保持垂直；護筒四周通過黏土進行填封緊密；鉆進過程中要及時加入新鮮泥漿，并使其比孔外水位高；如果遇流砂土層、松散土層等，可以適當增加泥漿密度，不可進尺過快或長時間鉆孔；②對于輕度坍孔，可增加水泥漿密度及提升水位；對于嚴重坍孔，可以利用黏土泥膏進行投入，等孔壁穩定以后再低速鉆進。

4.2 鉆孔偏移問題

（1）孔位偏移的主要原因：①樁架不夠穩定，鉆桿導架沒有保持垂直，鉆機出現磨損，部件有松動現象，或者鉆桿發生彎曲，接頭部分不直；②土層部分軟硬不均勻。

（2）解決措施：①安裝鉆機時，需從水平方向和垂直方向對導架進行校正，對鉆孔設備進行檢修，及時更換問題設備，遇到軟硬土層需控制其進尺，采取低速鉆進的方式；②偏斜如果過大，可填入石子黏土等進行重新鉆進，并控制鉆進速度。

4.3 流砂問題

（1）流砂的主要原因：①孔外部水壓力大于內部，孔壁比較松散，導致大量流砂堆積在樁底；②遇到粉砂層，其泥漿缺乏足夠的密度，使得孔壁沒有形成泥皮。

（2）解決措施：①孔內部水位比外部高0.5 m 以上，并增加泥漿密度；②流砂比較嚴重的時候，可以向其中拋入碎磚、石塊、黏土等，用錘將其沖入流砂層，形成泥漿結塊，以防流砂涌入。

4.4 鋼筋籠偏移和變形問題

（1）鋼筋籠偏移和變形的主要原因：①鋼筋籠長度太大，沒有設加勁箍，鋼度沒有達到要求，導致變形；②鋼筋籠上沒有設墊塊；③樁孔自身出現偏移或偏位現象。鋼筋籠吊放未垂直緩慢放下，而是斜插入孔內；④孔底還留有沉渣，導致鋼筋籠沒有達到設計深度。

（2）解決措施：①鋼筋太長，需分2～3 節進行制作，分段進行吊放，分段進行焊接或者設置加勁箍對其進行加強；②鋼筋籠的主筋需每隔一段，設置混凝土墊塊或者焊耳環，以此有效控制保護層厚度；③樁孔本身出現偏斜或偏位現象，需在下鋼筋籠前進行糾正，對孔底沉渣需置換成清水或者密度適中的泥漿。

5 結束語

旋挖鉆機廣泛應用于地鐵建設，可以提高施工質量和效益。隨著施工工藝的不斷發展，旋挖鉆機也具備了更加成熟的施工技術，部分原有缺陷也被有效解決，提升了施工企業經濟效益，具有較好發展前景。