既有樁基侵入新建地鐵隧道的探測(cè)技術(shù)及其施工對(duì)策
——以廣州市軌道交通7號(hào)線區(qū)間隧道工程為例

趙 馳，黃偉雄

廣州地鐵集團(tuán)有限公司，廣東 廣州 510000

1 地鐵隧道工程概況

廣州市軌道交通7號(hào)線二期項(xiàng)目洪圣沙站—裕豐圍站區(qū)間長(zhǎng)1740m，區(qū)間主要下穿洪圣沙島邊浮碼頭、珠江主航道、黃埔港碼頭，最后進(jìn)入裕豐圍站。

洪圣沙站—裕豐圍站區(qū)間隧道在黃埔港碼頭處需下穿黃埔港碼頭七泊位二線龍門(mén)吊、八泊位一線龍門(mén)吊。該隧道覆土約為20m，前期資料調(diào)查顯示，龍門(mén)吊樁基為靜壓管樁，樁徑約為500mm，樁長(zhǎng)21～24m，侵入隧道深度約為1～4m，數(shù)量約為16根，實(shí)際侵入狀況有待進(jìn)一步探測(cè)驗(yàn)證。樁基探測(cè)施工區(qū)域平面如圖1所示。

圖1 樁基探測(cè)施工區(qū)域平面圖

黃埔港碼頭龍門(mén)吊樁基區(qū)域由上到下地層情況如圖2所示，依次為<1>人工填土層；<2-1>淤泥質(zhì)土、<2-2>淤泥質(zhì)粉細(xì)砂；<3-2>中粗砂；<4N-2>粉質(zhì)黏土；<7-1>強(qiáng)風(fēng)化含礫粗砂；<8-1>中風(fēng)化含礫粗砂；<9-1>微風(fēng)化含礫粗砂巖，覆土厚度為20.5～25.6m。

圖2 龍門(mén)吊軌道梁樁基施工區(qū)域地質(zhì)剖面圖

根據(jù)地質(zhì)詳細(xì)勘測(cè)資料，下穿黃埔港段盾構(gòu)隧道整體位于<8-1>中風(fēng)化含礫粗砂巖及<9-1>微風(fēng)化含礫粗砂巖中，巖面基本處于隧道頂部以上3.02～5.74m。一般情況下，管樁的終孔條件為管樁樁端至持力層（強(qiáng)風(fēng)化地層），其侵入隧道可能性較小。但考慮到樁基嵌固深度等不確定性因素的影響，黃埔港一、二線龍門(mén)吊管樁樁基是否侵入隧道尚需進(jìn)行詳細(xì)探測(cè)，以明確樁長(zhǎng)、樁深及數(shù)量等重要參數(shù)，為科學(xué)制訂施工方案提供依據(jù)[1]。

2 全方位電法技術(shù)的基本原理及實(shí)際應(yīng)用

2.1 選擇全方位電法的依據(jù)

地勘及設(shè)計(jì)圖紙顯示，盾構(gòu)下穿段龍門(mén)吊樁基位于軌道梁正下方，為直徑500mm的管樁，具體位置待明確；地面為鋼筋混凝土路面，厚度為30cm。因?yàn)辄S埔港日進(jìn)發(fā)貨量大，破除地面探樁位將影響龍門(mén)吊作業(yè)及港內(nèi)交通，對(duì)黃埔港運(yùn)營(yíng)影響較大，所以現(xiàn)場(chǎng)不具備破除地面條件，需采用物探方法探明龍門(mén)吊樁基具體位置、深度。在不明確樁基位置的前提下，磁法、單孔地震波法、跨孔CT法等常用探樁方法均無(wú)法準(zhǔn)確探明樁基位置，而全方位電法可在不破除路面的情況下，有效探明樁基位置及深度，因此采用全方位電法進(jìn)行探測(cè)。

2.2 全方位電法基本原理

全方位電法依據(jù)混凝土材質(zhì)、鋼質(zhì)等材料（如樁基及樁靴等）與圍巖存在較明顯的電阻率、密度及介電常數(shù)的差異，來(lái)確定所探測(cè)物體的探測(cè)指標(biāo)（如樁位與樁長(zhǎng)等）。其裝置方式沿用高密度電法設(shè)備，通過(guò)鉆孔深入地下探測(cè)地下目標(biāo)體，以立體的方式在地表和井中全方位地實(shí)施探測(cè)[2]。其探測(cè)能力范圍為鉆孔周邊60m，可以高精度地確定目標(biāo)體在地下的埋藏深度和延伸方向，并且不受地面的電磁干擾及介質(zhì)交叉和重疊的干擾。全方位電法測(cè)繪原理如圖3所示。

圖3 全方位電法測(cè)繪原理示意圖

全方位電法探測(cè)具有探測(cè)范圍大、數(shù)據(jù)采集能力強(qiáng)、避免多種干擾、探測(cè)精度高（分辨率達(dá)到5%以上）等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)可以避開(kāi)地下管線或地下工程等進(jìn)行多方式和多角度的施測(cè)，發(fā)現(xiàn)地下精細(xì)目標(biāo)體。

2.3 黃埔港探測(cè)方案的確定及探測(cè)過(guò)程

由于管樁成孔條件為樁底位于強(qiáng)風(fēng)化地層，在樁基探測(cè)工程實(shí)施之前，應(yīng)通過(guò)地質(zhì)勘察資料判斷龍門(mén)吊軌道與地鐵隧道相交處<8-1>中風(fēng)化含礫粗砂巖巖面標(biāo)高。若巖面位于隧道頂3m以下，不進(jìn)行探樁；若巖面位于隧道頂3m以上范圍或進(jìn)入隧道，則采用全方位電法進(jìn)行樁基探測(cè)。鉆孔布置示意圖如圖4所示。

圖4 鉆孔布置示意圖

物探鉆孔設(shè)置在垂直于龍門(mén)吊軌道梁方向3m處，探測(cè)范圍為6m隧道范圍內(nèi)樁基。設(shè)計(jì)鉆孔的探測(cè)深度為5～30m。成孔后需利用清水沖洗干凈孔內(nèi)的所有泥沙，并將事先為探測(cè)專(zhuān)門(mén)制作的PVC管放入，同時(shí)確定PVC管的完整性，確保PVC管沒(méi)有損壞，保證探孔通暢。

施測(cè)時(shí)，以鉆孔為基點(diǎn)，測(cè)線方向與龍門(mén)吊軌道梁相交呈扇形布置。每個(gè)鉆孔布設(shè)2條電法探測(cè)主測(cè)線，14條分測(cè)線，測(cè)線間距為0.4m。每條測(cè)線上分布電極，電極間距為0.3m，共有120個(gè)電極點(diǎn)。用全站儀對(duì)測(cè)線起始點(diǎn)及拐點(diǎn)進(jìn)行定位并標(biāo)識(shí)，各處鉆孔測(cè)線布設(shè)示意圖如圖5、圖6所示。

圖5 全方位電法測(cè)線布設(shè)圖（單位：m）

圖6 全方位電法測(cè)繪現(xiàn)場(chǎng)布置圖

2.4 探測(cè)成果分析

采用全方位電法，探測(cè)完成4個(gè)鉆孔的8條全方位電法測(cè)線，共480個(gè)點(diǎn)。將采集到的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，可以得到每條測(cè)線的視電阻率剖面圖，然后結(jié)合前期收集到的測(cè)區(qū)工程地質(zhì)勘察資料等數(shù)據(jù)，對(duì)4個(gè)通過(guò)電法探測(cè)的鉆孔得到的視電阻率剖面圖進(jìn)行合理的解釋和分析。因?yàn)閿?shù)據(jù)量較大，且原理相同，文章僅以物探鉆孔ZZK4為例進(jìn)行闡述。

在物探鉆孔ZZK4處共完成2條全方位電法主測(cè)線的探測(cè)工作，得到其全方位電法成果剖面如圖7所示。

圖7 鉆孔ZZK4部分測(cè)線全方位電法成果剖面圖（單位：m）

從圖7（a）可以看出，測(cè)線ZZK4-1-8處有一條自上而下的視電阻率高阻異常區(qū)域，結(jié)合勘察資料及成果圖可以判斷該高阻異常區(qū)域?yàn)辇堥T(mén)吊樁基位置。綜合ZZK4鉆孔其余測(cè)線成果剖面圖，分析該鉆孔處共有1處龍門(mén)吊樁基，樁基底部埋深為21.8m。

根據(jù)測(cè)線ZZK4-1-8全方位電法成果剖面圖繪制其視電阻率變化曲線如圖8所示。

圖8 測(cè)線ZZK4-1-8視電阻率變化曲線圖

由圖8可知，深度約22.5m處的上下視電阻率值出現(xiàn)較大突變，判斷該深度為中風(fēng)化頂界面。因此，樁基底面位于物探鉆孔ZZK4揭露的強(qiáng)風(fēng)化層內(nèi)，未侵入隧道。

綜合其他3個(gè)鉆孔探測(cè)數(shù)據(jù)分析結(jié)果，并對(duì)測(cè)得的樁基底部埋深和預(yù)修建盾構(gòu)隧道頂部埋深進(jìn)行比較，可得各處鉆孔附近樁基的數(shù)量、埋深以及與隧道頂部間的距離，結(jié)果如表1所示。

表1 全方位電法探測(cè)結(jié)果

由表1可知，經(jīng)全方位電法探測(cè)到的6個(gè)樁基均未侵入隧道，但樁底距隧道拱頂最小距離僅1.1m，平均距離僅2m左右，該間距將對(duì)下穿隧道施工帶來(lái)一定影響。因此，需對(duì)既有樁基進(jìn)行加固處理，以避免風(fēng)險(xiǎn)。

3 新建地鐵近接港口既有樁基時(shí)的施工對(duì)策

黃埔港港區(qū)是國(guó)家一類(lèi)開(kāi)放口岸，施工期間保障其正常運(yùn)營(yíng)，對(duì)確保廣州及周邊城市的日常生活、生產(chǎn)和貿(mào)易具有重要意義。鑒于此，為了將地鐵工程下穿施工對(duì)港區(qū)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)帶來(lái)的影響及既有樁基對(duì)新建地鐵的影響降到最低，有必要在下穿過(guò)程中對(duì)原有樁基進(jìn)行預(yù)加固處理。施工中擬采用預(yù)注漿加固方案對(duì)原有樁基進(jìn)行加固處理，根據(jù)資料調(diào)研與方案比選[3-9]，預(yù)注漿采用WSS注漿技術(shù)進(jìn)行施工。

WSS注漿技術(shù)采用二重管鉆機(jī)鉆孔至預(yù)定深度后注漿。注漿時(shí)采用電子監(jiān)控手段實(shí)施定向、定量、定壓注漿，使巖土層的空隙或孔隙間充滿漿液并固化[10]，達(dá)到改變巖土層性狀的目的。WSS注漿區(qū)域平面布置圖和剖面圖如圖9、圖10所示。

圖9 WSS注漿區(qū)域平面布置圖（單位：m）

圖10 WSS注漿區(qū)域剖面圖（單位：m）

采用上述加固方案，在施工中能改變?cè)馏w的物理性質(zhì)，提高土體密度及抗壓強(qiáng)度，增強(qiáng)樁基摩阻力，控制地面沉降，從而保證施工安全[11]。

4 結(jié)論

（1）利用全方位電法對(duì)黃埔港碼頭龍門(mén)吊既有樁基位置、數(shù)量、埋深進(jìn)行探測(cè)，探測(cè)結(jié)果表明，既有樁基并未侵入新建隧道，但與隧道頂部距離較近，約為2m，將對(duì)隧道施工產(chǎn)生一定的影響。

（2）依據(jù)探測(cè)結(jié)果，提出WSS預(yù)注漿加固方案，對(duì)原有樁基進(jìn)行處理，以增強(qiáng)樁基摩阻力，降低原有樁基對(duì)隧道施工的影響。

（3）樁基處理方案的有效性有待在施工中進(jìn)一步檢驗(yàn)。隧道施工中應(yīng)對(duì)拱頂沉降等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以確保施工過(guò)程的安全。