填海灘涂地區(qū)盾構(gòu)隧道近距離樁基施工技術(shù)*

盧建文，蔡慶軍，李天隆，李宗陽，虎宏亮

(中國建筑第八工程局有限公司華南分公司，廣東 廣州 510663)

1 工程概況

深圳寶安國際機(jī)場衛(wèi)星廳及配套工程位于深圳市西部，寶安區(qū)T3航站樓北側(cè)。場地屬于填海灘涂地區(qū)，場地上部土層(素填土、填石及淤泥)性質(zhì)較差，地下水豐富，對混凝土、鋼筋具有腐蝕性。西北指廊雙跨跨越穗莞深隧道，該范圍隧道采用盾構(gòu)法施工，為雙洞單線形式，隧道外徑8.5m，管片厚度為0.4m，2個(gè)隧道中間凈距約8.8m。結(jié)構(gòu)底部離盾構(gòu)隧道頂部8.0～11.0m，在左右線隧道中間設(shè)置1排直徑1 400～1 600mm的灌注樁，轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的1 200mm直徑邊樁與隧道外邊線凈距為3.0～3.2m，須在確保盾構(gòu)隧道安全的前提下，保質(zhì)保安全進(jìn)行轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)樁基施工。西北指廊轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)與穗莞深盾構(gòu)隧道關(guān)系如圖1所示。

圖1 西北指廊轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)與穗莞深盾構(gòu)隧道關(guān)系

2 近距離樁基施工對隧道的影響

樁基施工主要以擾動(dòng)周邊土體方式對盾構(gòu)隧道產(chǎn)生不利影響，而樁基施工過程中無法避免擾動(dòng)土體，主要原因如下。

1)灌注樁成孔期間，易對周圍土體施加應(yīng)力或位移變化，從而導(dǎo)致隧道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加變形或附加內(nèi)力。

2)樁基整體施工易引起擠土效應(yīng)。

當(dāng)明確樁位、土質(zhì)條件后，通過選擇穩(wěn)定的樁基施工方法、合理的施工組織，加強(qiáng)監(jiān)測，可減少樁基施工對盾構(gòu)隧道的影響。

3 對盾構(gòu)隧道的施工保護(hù)技術(shù)

3.1 施工組織

施工前，在各方見證下排查隧道現(xiàn)狀，并由具有資質(zhì)的第三方出具調(diào)查報(bào)告。

大面積施工前，以初始段為試驗(yàn)段，在工程樁施工過程中，密切關(guān)注隧道變形，一旦超過警戒值立即停止施工，上報(bào)相關(guān)單位商議解決辦法。根據(jù)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)施工組織要求，樁基施工組織需進(jìn)行單側(cè)單向施工，期間采用跳樁法施工，以降低擠土效應(yīng)。

3.2 施工工藝流程

選用液壓全套管多功能鉆機(jī)配合旋挖機(jī)成孔方式，減少對地基土的擾動(dòng)，確保對穗莞深隧道的保護(hù)。液壓全套管多功能鉆機(jī)邊旋轉(zhuǎn)邊壓入，同時(shí)采用螺旋鉆桿取土。孔深穿越隧道2m后，采用旋挖泥漿護(hù)壁成孔，直至樁端持力層。成孔后放入鋼筋籠，插入導(dǎo)管進(jìn)行清孔，最后澆筑混凝土成樁。施工工序如圖2所示。

圖2 樁基工藝流程

3.3 測量放線

樁位放線前，查閱盾構(gòu)隧道相關(guān)竣工圖，比對隧道基準(zhǔn)點(diǎn)與圖紙信息，獲取較準(zhǔn)確的隧道邊線位置。通過復(fù)核樁基圖紙與隧道邊線圖紙，明確樁基與隧道結(jié)構(gòu)凈距是否符合相關(guān)要求。

根據(jù)盾構(gòu)隧道與平面控制網(wǎng)測放樁位，利用鋼筋做標(biāo)記，多次測量復(fù)核后，使樁位誤差≤20mm。于樁孔外側(cè)設(shè)置控制樁，施工過程中以十字交叉法校準(zhǔn)樁位，每個(gè)樁位定點(diǎn)復(fù)測≥3次，由監(jiān)理工程師復(fù)核無誤后進(jìn)行施工。

3.4 泥漿制備

開鉆前準(zhǔn)備數(shù)量充足、性能優(yōu)良的泥漿，護(hù)壁泥漿采用優(yōu)質(zhì)膨潤土+增黏劑+純堿配制。新鮮泥漿密度一般為1.1～1.15g/cm3，施工期間套筒內(nèi)的泥漿面高出地下水位 1.0m 以上，應(yīng)做好泥漿日常維護(hù)管理，必須測定泥漿密度、黏度、含砂率和膠體率等指標(biāo)，并及時(shí)調(diào)整至滿足施工要求，確保成孔優(yōu)質(zhì)安全。

3.5 樁基成孔

3.5.1成孔方法

首先將液壓全套管多功能鉆機(jī)壓入套管2.5～3.0m，第1節(jié)套管全部壓入土中后(地面預(yù)留外露長度1.2～1.5m，以便接管與檢測垂直度)，如不合格則進(jìn)行糾偏調(diào)整，如合格則安裝下節(jié)套管下壓取土。使用螺旋鉆桿取土，邊下壓套管邊抓土，始終保持套管底口超前取土面，且深度≥2.5m。當(dāng)套管穿過地下隧道2m后，采用旋挖機(jī)鉆進(jìn)與泥漿護(hù)壁方式進(jìn)行成孔，直至設(shè)計(jì)樁端持力層。成孔過程中嚴(yán)格控制垂直度，做到隨挖隨測隨糾正，現(xiàn)場預(yù)備片石、石塊等，必要時(shí)可拋石糾正。

3.5.2成孔特點(diǎn)

1)利用鋼套管穿越上部不穩(wěn)定淤泥層，起護(hù)壁作用，可避免出現(xiàn)塌孔等隱患。

2)在鄰近盾構(gòu)隧道的復(fù)雜環(huán)境下施工，液壓多功能鉆機(jī)利用套管回轉(zhuǎn)切削周圍土體，同時(shí)采用液壓動(dòng)力垂直壓入套管，施工過程中不產(chǎn)生明顯振動(dòng)，極大減小對鄰近隧道的擾動(dòng)。

3)液壓全套管多功能鉆機(jī)可針對不同地質(zhì)情況，特殊工況，通過采用專用刀頭，調(diào)整刀頭安裝密度，安裝方式，控制鉆機(jī)回轉(zhuǎn)速度與壓入速度等方式滿足施工要求。

4)利用液壓多功能鉆機(jī)鉆進(jìn)取渣時(shí)，可直觀判別土質(zhì)、巖石特征，便于及時(shí)調(diào)整施工工藝參數(shù)。

5)液壓全套管多功能鉆機(jī)可使成樁質(zhì)量高、垂直度偏差小，使用套管成孔時(shí)，孔壁不會(huì)坍落，避免渣土附著污染樁身鋼筋和混凝土，同時(shí)避免樁身混凝土與土體間殘存泥漿(泥皮)隔離膜。

3.6 一次清孔

鉆至設(shè)計(jì)孔深后，采用泵吸反循環(huán)方式進(jìn)行清渣，通過泥漿分離器快速分離固體顆粒，減少清孔清渣時(shí)間。

3.7 鋼筋籠制作與吊放

鋼筋籠采用分段制作法加工成型，確保螺旋箍筋與縱橫筋交界處焊接牢固。鋼筋籠保護(hù)層墊塊每隔2m設(shè)置一道，每道均勻設(shè)置4塊，確保鋼筋保護(hù)層滿足設(shè)計(jì)與規(guī)范要求。鋼筋籠采用直螺紋套筒進(jìn)行連接，避免焊接時(shí)焊縫被腐蝕，確保鋼筋籠連接質(zhì)量。

吊放鋼筋籠時(shí)，采用十字交叉法校核鋼筋籠中心是否與成孔中心保持一致。為保證鋼筋籠垂直度，鋼筋籠在孔口按樁位中心定位，使其懸吊在孔內(nèi)。下放鋼筋籠應(yīng)防止碰撞孔壁，如下放受阻，應(yīng)查明原因，不得強(qiáng)行下插，一般采用正反旋轉(zhuǎn)法，緩慢逐步下入。

3.8 二次清孔

利用泵吸反循環(huán)方式進(jìn)行二次清孔，澆筑混凝土前嚴(yán)格控制泥漿與孔底沉渣，確保孔底500mm內(nèi)的泥漿相對密度<1.25、含砂率≤8%、黏度≤28s，端承樁型的沉渣厚度≤50mm。

3.9 混凝土澆筑

該工程樁采用商品混凝土，灌注樁混凝土中摻入阻銹劑與礦物摻合料提高樁基耐久性。阻銹劑用量為水泥質(zhì)量的2%～4%，礦物摻合料采用硅灰，為膠凝材料總重的3%～5%。根據(jù)混凝土材料及設(shè)計(jì)要求，由實(shí)驗(yàn)室與攪拌站試配確定混凝土配合比，灌注樁混凝土中避免使用含氯化物的外加劑，嚴(yán)格控制材料氯離子的含量和堿含量。對拔出鋼套管后的混凝土面下降高度做出預(yù)判，根據(jù)樁基計(jì)算混凝土量略有擴(kuò)大，應(yīng)保證拔出鋼套管后，灌注混凝土完成面標(biāo)高比樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高高0.800～1.000m。

3.10 隧道監(jiān)測

隧道變形采用自動(dòng)化監(jiān)測與人工復(fù)核相結(jié)合的方法進(jìn)行測量。道床安裝自動(dòng)化全站儀及配套設(shè)備，對監(jiān)測斷面實(shí)施自動(dòng)化監(jiān)測，再通過高精度電子水準(zhǔn)儀人工復(fù)核道床沉降點(diǎn)，防止自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)出現(xiàn)故障，保證數(shù)據(jù)真實(shí)性，同時(shí)為自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)調(diào)整參數(shù)提供科學(xué)依據(jù)。

對于受基坑開挖影響的隧道部分，沿縱向每5m布置1處監(jiān)測點(diǎn)(見圖3)。樁基施工過程中，監(jiān)測頻率為1次/4h。每月由人工復(fù)測監(jiān)測點(diǎn)，復(fù)核監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

圖3 盾構(gòu)隧道監(jiān)測點(diǎn)斷面布置

當(dāng)出現(xiàn)異常情況時(shí)，應(yīng)立即報(bào)告現(xiàn)場監(jiān)理，會(huì)同隧道產(chǎn)權(quán)單位、業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理、勘察單位分析原因，及時(shí)提交對策。監(jiān)測數(shù)據(jù)應(yīng)按正規(guī)表格進(jìn)行記錄整理，及時(shí)上報(bào)有關(guān)各方，并加強(qiáng)監(jiān)測，提高監(jiān)測頻率。

4 對隧道的數(shù)據(jù)模擬

施工前通過有限元分析將求解域剖分為若干單元，把連續(xù)介質(zhì)轉(zhuǎn)換成離散結(jié)構(gòu)物，然后根據(jù)施工組織要求分析各單元，最后集成求解整體位移。樁基施工模型網(wǎng)格與流程組織如圖4所示。

圖4 樁基施工流程組織

上跨穗莞深隧道的衛(wèi)星廳轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)施工包括樁基施工、放坡開挖支護(hù)、轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)施工等工序，為充分反映轉(zhuǎn)換板、樁基施工階段隧道變形情況，根據(jù)各施工分區(qū)的組織順序進(jìn)行模擬分析。衛(wèi)星廳轉(zhuǎn)換板、樁基與穗莞深隧道相對位置關(guān)系如圖5所示。

圖5 衛(wèi)星廳轉(zhuǎn)板板、樁基與穗莞深隧道相對位置關(guān)系

通過模擬分析可知各工況下隧道的累計(jì)豎向位移，根據(jù)模擬數(shù)據(jù)的隆起量與沉降量進(jìn)行合理組織。1～11區(qū)隧道豎向累計(jì)隆起量分別為0.01,0.25,0.41,0.61,0.67,0.71,0.72,0.72,0.72,0.72,0.72mm；豎向沉降量分別為1.75,1.09,1.82,1.29,1.18,1.00,1.21,1.10,1.75,1.87,1.56mm。

5 施工管控要點(diǎn)

1)鄰近隧道結(jié)構(gòu)的灌注樁應(yīng)采用液壓全套管多功能鉆機(jī)與旋挖機(jī)進(jìn)行鉆進(jìn)成孔，套管埋深采用雙指標(biāo)把控，埋深大于隧道結(jié)構(gòu)最底端，需全面穿越不穩(wěn)定淤泥層。套管內(nèi)取土?xí)r應(yīng)嚴(yán)格控制速度，保持套管內(nèi)土體高度≥2.5m，切忌超挖塌孔，擾動(dòng)隧道結(jié)構(gòu)。

2)灌注樁測量放樣必須確保精確度，尤其是隧道中間1排灌注樁，需保證灌注樁樁身不落入隧道結(jié)構(gòu)3m范圍內(nèi)。

3)灌注樁埋設(shè)套管過程需嚴(yán)格控制垂直度，不得大于設(shè)計(jì)及規(guī)范要求的1%。施工過程應(yīng)勤量測，不斷復(fù)核套管中心坐標(biāo)，出現(xiàn)較大偏差時(shí)及時(shí)反饋情況，會(huì)同相關(guān)單位制定處理措施。

4)施工前后及施工過程中，應(yīng)與產(chǎn)權(quán)單位、主管部門保持溝通，及時(shí)告知對方施工進(jìn)展，有利于結(jié)合監(jiān)測結(jié)果分析影響因素，及時(shí)調(diào)整方案。

5)施工前應(yīng)由建設(shè)單位組織相關(guān)監(jiān)測單位布置監(jiān)控點(diǎn)，采取全過程自動(dòng)監(jiān)控。

6 結(jié)語

跨越穗莞深隧道轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的樁基工程，在業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工、勘察等各方協(xié)力工作及全過程管控下，通過采取填海灘涂地區(qū)盾構(gòu)隧道的近距離樁基保護(hù)技術(shù)，順利完成，保證了地下通道的安全。

1)應(yīng)從整體施工組織方面考慮對地下隧道安全性的影響。

2)通過模擬技術(shù)進(jìn)一步分析樁基施工全程對隧道的影響。

3)隧道進(jìn)行樁基施工時(shí)，樁位確定與測量放線尤為重要。施工前應(yīng)探明地下隧道準(zhǔn)確位置，與樁位校對無誤后方可施工。

4)利用液壓全套管多功能鉆機(jī)與旋挖機(jī)進(jìn)行成孔，可保證鄰近盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)安全性，滿足成孔高質(zhì)量要求。

5)通過各方探討，采用調(diào)整成樁混凝土配合比、制備泥漿、設(shè)置鋼筋籠保護(hù)層墊塊、鋼筋籠直螺紋套筒連接等方法，提高填海灘涂地區(qū)樁基樁身質(zhì)量與耐久性。

6)建立監(jiān)測溝通機(jī)制，利用自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)，迅速應(yīng)對隧道異常情況。