已運營地鐵間微距離樁基成孔施工技術(shù)*

盧建文，王朝龍，李宗陽，鐘 恩，鄺楚釗

(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

1.1 樁基概況

中央指廊的捷運系統(tǒng)衛(wèi)星廳站位于已運營地鐵11號線上方，需設(shè)置轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)托換上部荷載。地鐵保護核心區(qū)衛(wèi)星廳站轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)兼地下室底板，轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)分別由3排設(shè)置于地鐵通道兩側(cè)與中間的灌注樁支承，共82根，其中中間排樁18根。轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)與地鐵結(jié)構(gòu)相對關(guān)系如圖1所示。

圖1 轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)與地鐵結(jié)構(gòu)相對關(guān)系

本區(qū)段地坪高程為3.200m，既有11號線區(qū)間隧道為明挖箱形結(jié)構(gòu)，隧道頂板埋深8.0～8.5m。區(qū)間2條隧道間距為1.9～3.1m，頂板、底板均設(shè)置凈距1m的1m×1m素混凝土傳力帶橫撐，中部采用6%水泥穩(wěn)定石粉進行回填。中間排樁樁徑為1.2m，與隧道結(jié)構(gòu)最小凈距僅35cm，該近接距離遠(yuǎn)超國內(nèi)同類項目極限。

1.2 地質(zhì)條件

隧道上方為人工素土(滲透系數(shù)K=1m/d)，隧道中間需分別穿越頂板傳力帶橫撐、6%水泥穩(wěn)定石粉、底板傳力帶，隧道下方分別為粉質(zhì)黏土層、全風(fēng)化黃崗片麻巖、強風(fēng)化花崗片麻巖、中風(fēng)化花崗片麻巖、微風(fēng)化花崗片麻巖，且滲透系數(shù)K較低，均為弱透水層。同時隧道兩側(cè)既有地下連續(xù)墻嵌入其中，因此，隧道周邊地下水環(huán)境可近乎視為杯狀。

2 地鐵保護技術(shù)難點

1)精準(zhǔn)定位放線與垂直度控制 與地鐵近接距離的樁基施工中，平面定位與垂直度控制稍有偏差，將對地鐵隧道造成惡劣影響。

2)隧道間傳力帶穿越施工 中間排樁樁徑為1.2m，根據(jù)竣工圖顯示，連接隧道結(jié)構(gòu)間的頂部和底部素混凝土傳力帶間距僅1.0m，且無準(zhǔn)確定位，即中間排樁鉆進過程中必須穿越上述傳力帶。同時隧道結(jié)構(gòu)和傳力帶均為混凝土構(gòu)件，鉆進前難以通過肉眼等方式進行判斷，若判斷失誤易對結(jié)構(gòu)造成不可逆的損壞。傳力帶穿越過程中必須對地鐵隧道的擾動降至最低。

3)隧道間微距離樁孔施工 中間排樁樁孔在雙線隧道間的最小距離僅35cm，施工期間，地鐵不停止運營，易影響地鐵運營與旅客安全。中間排樁樁基施工應(yīng)盡可能減少對地鐵及周邊土體的擾動，同時避免對結(jié)構(gòu)造成碰撞或誤切等永久性破壞。

4)工期緊張 項目工期緊張，樁基施工為該項目的關(guān)鍵線路工作，必須快速成樁成孔。

3 已運營地鐵間微距離樁基成孔方案

3.1 施工流程

已運營地鐵間微距離樁基成孔施工流程如下：施工準(zhǔn)備→場地硬化→測量定位→全套筒全回轉(zhuǎn)鉆機與旋挖鉆開孔鉆進施工→鉆至距地下結(jié)構(gòu)頂標(biāo)高0.500～1.000m→人工挖孔至地下結(jié)構(gòu)頂標(biāo)高→比對樁位圖與鋼筋探測→若樁孔與地下結(jié)構(gòu)沖突，應(yīng)采取相應(yīng)措施，若無沖突，則全套筒全回轉(zhuǎn)鉆機套管跟進壓至地下結(jié)構(gòu)頂標(biāo)高→人工破除傳力帶→人工挖孔超前掘進0.5～1.0m→全套筒全回轉(zhuǎn)鉆機跟進壓入套管0.5～1.0m→人工破除傳力帶，套管壓至隧道下2m→旋挖機開挖至設(shè)計樁底標(biāo)高成孔(泥漿護壁)。

3.2 施工準(zhǔn)備

本樁基距隧道結(jié)構(gòu)間距極小，因此開孔前的測量定位放線與其他準(zhǔn)備工作十分關(guān)鍵。平整場地后，首先對施工場地進行10cm厚C15混凝土(內(nèi)配雙向φ12@200)硬化施工，硬化后復(fù)核場地平整度，防止地基不穩(wěn)定造成鉆機偏位，影響垂直度。確定每個樁位的坐標(biāo)，采用極坐標(biāo)法對每根樁孔進行放樣。每個樁位采用十字交叉法定位進行復(fù)核確認(rèn)，確保樁基定位偏差≤1cm。

3.3 隧道頂部以上樁孔開挖施工

全回轉(zhuǎn)鉆機夾緊護筒后，使用水平尺放置在夾片上調(diào)整水平度。回轉(zhuǎn)機下放直徑1 300mm、 厚25mm的鋼套筒時，全站儀、吊錘分別垂直布置于護筒交叉方向的兩側(cè)，或采用測斜儀附貼在套管外壁檢測垂直度，全程旁站并利用全回轉(zhuǎn)鉆機的微調(diào)功能，發(fā)現(xiàn)偏差時及時進行調(diào)整與糾正。

隧道頂部的樁孔采用全套筒全回轉(zhuǎn)鉆機+旋挖機工藝進行開挖，全回轉(zhuǎn)鉆機利用楔形夾緊機構(gòu)帶動鋼套筒緩慢回轉(zhuǎn)并壓入土內(nèi)，每節(jié)鋼套筒將整節(jié)超前鉆入土內(nèi)，旋挖機跟進出渣，開挖面標(biāo)高不得超過鋼套筒底部。鉆進時，提高測量復(fù)測頻率，復(fù)測樁孔定位偏差≤5cm。

鋼套筒鉆進期間，每鉆進2m深度復(fù)核一次外露部分的垂直度是否≤1/500，以保證樁身垂直度。

結(jié)合超前鉆數(shù)據(jù)和地鐵竣工圖資料計算地鐵結(jié)構(gòu)頂部絕對標(biāo)高，當(dāng)鋼套筒底部距地鐵結(jié)構(gòu)頂部以上500mm時停止鉆進，旋挖機排出鋼套筒內(nèi)渣土后，不可繼續(xù)向下開挖出渣。因此，鉆孔前需明確首節(jié)套筒長度，保證鉆孔后既外露地面0.5～1m，又不深入地鐵頂板。

隧道頂板及上部500mm土層范圍采用人工超前探挖，人工挖孔期間應(yīng)配備完善的安全防護、應(yīng)急逃生、通風(fēng)、照明、出渣等設(shè)施，當(dāng)開挖至已知既有地下結(jié)構(gòu)關(guān)鍵標(biāo)高時，可對鋼套筒外200mm進行小范圍掏挖，以提高判斷樁孔位置的可視空間與穿越傳力帶的操作空間。

3.4 隧道間傳力帶辨識與開挖施工

樁孔鉆進過程中，必須穿過隧道左右線頂部和底部的素混凝土傳力帶，但難以用肉眼區(qū)分傳力帶與隧道結(jié)構(gòu)的表觀。孔內(nèi)作業(yè)人員可參照樁孔位置判斷圖及利用鋼筋掃描機雙重判斷鋼套筒開挖范圍內(nèi)的混凝土結(jié)構(gòu)是否含有地鐵結(jié)構(gòu)。

首先結(jié)合地鐵竣工圖與樁基施工圖繪制樁孔位置判斷圖，作業(yè)人員通過指南針明確孔內(nèi)方向后，通過樁孔位置判斷圖初步判斷孔內(nèi)開挖情況。再利用鋼筋掃描機準(zhǔn)確判斷周邊混凝土構(gòu)件，判斷是否為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，若探測中含有鋼筋則為隧道結(jié)構(gòu)，應(yīng)停止開挖，再進一步復(fù)核樁孔位置。

明確鋼套筒及周邊100mm范圍內(nèi)的混凝土構(gòu)件均為素混凝土傳力帶后，使用小型風(fēng)鎬對鋼套筒及周邊50mm范圍的素混凝土傳力帶進行人工破除，嚴(yán)格控制破除力度，降低對地鐵的擾動，并不得破壞地鐵隧道結(jié)構(gòu)與防水層。

整個素混凝土傳力帶高度范圍內(nèi)均完成破除后，啟動全回轉(zhuǎn)鉆機鉆進壓入鋼護筒至開挖面標(biāo)高。

3.5 隧道間微距離樁孔開挖施工

考慮已運營地鐵的保護需要，隧道左右線間原計劃采用4%水泥石粉層進行回填，該部分樁孔主要以人工挖孔進行保護性開挖，再利用鋼套筒快速護壁的方式開展施工。通過人工超前探挖0.5～1m深度后，啟動全回轉(zhuǎn)鉆機快速跟進沉筒護壁，在2個地鐵隧道間逐漸鉆進。人工開挖過程中，使用短鋼筋向樁孔四周插探，探測樁孔與隧道結(jié)構(gòu)的距離。為保證樁身垂直度，孔內(nèi)作業(yè)人員每鉆進2m深度復(fù)核1次鋼套筒垂直度。

當(dāng)開挖至底部素混凝土橫撐時，使用小型風(fēng)鎬對鋼套筒及周邊50mm范圍的素混凝土傳力帶進行人工破除，施工要求與頂部素混凝土傳力帶一致。

3.6 隧道底部以下成孔施工

樁孔掘進深度超過地鐵隧道底部時，無須進行人工探明，但應(yīng)采用全回轉(zhuǎn)鉆機沉筒繼續(xù)鉆至地鐵隧道底部以下2m深度，以確保樁孔開挖時減少對地鐵隧道的擾動。

采用旋挖鉆機鉆至孔底設(shè)計標(biāo)高，鋼套筒以下部分均采用泥漿護壁成孔直至設(shè)計標(biāo)高，以提高施工速度。

泥漿有保護孔壁和排渣的作用，其質(zhì)量以不塌孔為原則。泥漿循環(huán)系統(tǒng)包括制漿池、儲漿池、沉淀池和循環(huán)槽等。采用集中制漿與供漿，抽漿泵通過主漿管和軟管向各樁供漿。開鉆前必須準(zhǔn)備數(shù)量充足、性能優(yōu)良的泥漿，護壁泥漿采用優(yōu)質(zhì)膨潤土+增黏劑+純堿，新鮮泥漿密度宜為1.1～1.15g/cm3，液面低于地平線1m。施工過程中應(yīng)做好泥漿日常維護管理，測定泥漿密度、黏度、含砂率和膠體率等指標(biāo)，并及時調(diào)整至滿足施工要求，確保成孔優(yōu)質(zhì)安全。

3.7 人工挖孔操作架的設(shè)計與應(yīng)用

將由型鋼組成的操作架固定于全套筒全回轉(zhuǎn)鉆機上，設(shè)置平臺且中部預(yù)留樁孔洞位置，便于人員操作施工。平臺上設(shè)置可調(diào)節(jié)長度的樁孔應(yīng)急爬梯，便于人員進出樁孔。利用卷揚機、可全角度旋轉(zhuǎn)的吊臂及滑槽等，極大提高人工挖孔出渣效率。

當(dāng)采用人工挖孔+全回轉(zhuǎn)鉆機時，將操作架架設(shè)于全回轉(zhuǎn)鉆機上，調(diào)整平臺高度高于鋼套筒外露最大高度，因高度限制，每節(jié)連接鋼套筒長度宜≤3m。

人工挖孔出渣時，旋轉(zhuǎn)吊臂至滑槽范圍，傾倒渣土,最終將渣土運送至指定區(qū)域,并由挖掘機進行統(tǒng)一清理。基于全套筒全回轉(zhuǎn)鉆機的人工挖孔操作架如圖2所示。

圖2 基于全套筒全回轉(zhuǎn)鉆機的人工挖孔操作架

3.8 隧道監(jiān)測

本區(qū)間工程上跨既有地鐵11號線, 根據(jù)地鐵相關(guān)管理辦法，隧道結(jié)構(gòu)絕對沉降與水平位移容許變形值應(yīng)≤10mm。為保證11號線運營安全,需布設(shè)自動化監(jiān)測點，監(jiān)測既有結(jié)構(gòu)頂板、底板、側(cè)墻變形與軌道結(jié)構(gòu)變形等。監(jiān)測范圍包括主要影響區(qū)和次要影響區(qū)，2倍基坑深度范圍內(nèi)(<30m)為主要影響區(qū)，5倍基坑深度范圍內(nèi)(<50m)為次要影響區(qū)。主要影響區(qū)監(jiān)測點間距宜≤5m，次要影響區(qū)監(jiān)測點間距宜≤10m。樁基施工過程中，監(jiān)測頻率為2次/d。

4 結(jié)語

隨著地下隧道交通越來越發(fā)達(dá)，以及城市建筑大量開發(fā)地下空間，逐漸出現(xiàn)新建、擴建建筑樁基緊鄰既有地下建(構(gòu))筑物，部分建筑存在樁基與地下通道進行微距離作業(yè)施工的情況。本工程轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)灌注樁，在高風(fēng)險、工期緊的條件下，通過已運營地鐵間微距離樁基成孔施工技術(shù)提高單樁施工效率，快速完成18根中間排樁的施工，比理論工期節(jié)約38d。樁基施工前后地鐵隧道結(jié)構(gòu)最大變形僅2.4mm，達(dá)到預(yù)期控制效果。