橋梁樁基鄰近既有地鐵施工安全控制技術應用分析

李 輝

(成都西南交通大學設計研究院有限公司，四川 成都 610031)

0 引 言

鉆孔灌注樁施工難點是防止出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象。三軸水泥土攪拌樁對地鐵隧道與鉆孔樁之間的土體加固措施，常用于地鐵特別保護區(qū)內(nèi)新建樁基施工。

本文以廣州某跨線橋鄰近地鐵2號線隧道區(qū)間樁基施工為案例，對三軸水泥土攪拌樁與鉆孔樁施工相結合的技術措施進行優(yōu)化，根據(jù)第三方監(jiān)測數(shù)據(jù)對比分析，對新建橋梁鄰近既有地鐵隧道樁基施工的安全控制技術措施提出了具有指導性的建議。

1 案例工程概況

廣州市南大干線某跨線橋跨越既有地鐵2號線，新建橋梁樁基在地鐵保護區(qū)內(nèi)，設計樁基為鉆孔灌注樁，樁徑1 m，樁長58～63 m，按摩擦樁設計。地鐵隧道外徑為8.5 m，原地面標高平均為6.68 m，地鐵隧道頂面標高為-3.00 m，埋深為9～10 m，橋梁樁基與隧道區(qū)間最小凈距3.35 m。

施工前采用三軸水泥土攪拌樁對地鐵隧道與鉆孔樁之間土體進行加固，預防鉆孔灌注樁鉆進施工過程中出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象，三軸水泥土攪拌樁設計樁徑為850 mm，每根水泥攪拌樁之間搭接長度為250 mm，加固深度為22 m。新建橋樁與地鐵隧道之間的位置關系如圖1和圖2所示。

圖1 跨線橋樁基和地鐵隧道平面圖

圖2 跨線橋樁基和地鐵隧道立面圖

2 樁基施工安全防護措施

2.1 地鐵隧道區(qū)間保護加固措施

根據(jù)設計施工圖及現(xiàn)場勘察分析，本工程1#、2#、3#承臺樁基共計12根在地鐵保護區(qū)內(nèi)，其中1#～2#、2#～3#樁距離2號線隧道邊線為3.35 m，隧道區(qū)間已完成，設計樁長為58 m和63 m。為不影響地鐵隧道結構安全，鉆孔灌注樁采取靜壓長護筒跟進技術措施，施工前先對隧道區(qū)間與樁基間采用2排850 mm三軸水泥攪拌樁進行加固，搭接長度為250 mm，加固深度為22 m。水泥攪拌樁施工齡期符合檢測要求后，經(jīng)檢測合格，方可進行鉆孔灌注樁施工。

2.2 長護筒鉆孔灌注樁施工方法

鉆孔樁施工采取靜壓長護筒跟進技術措施，以保證地鐵隧道結構邊線外3.0～6.0 m施工期間不塌孔，確保地鐵結構安全。鋼護筒長度由承臺底至地鐵隧道底板以下5 m，總長約22 m。

根據(jù)各樁位地質詳勘資料，采取慢速、穩(wěn)定鉆進，根據(jù)不同地層配置泥漿等有效措施，確保鉆孔及灌注混凝土期間護壁效果，保障地鐵結構安全。

施工順序：地鐵保護區(qū)內(nèi)鉆孔灌注樁施工順序的確定應遵循“先加固后施工，由遠及近，先外側后內(nèi)側，間隔施工”的原則。

2.3 機械選型

護筒跟進采用旋挖鉆機鉆孔后迅速下放鋼護筒的方式進行，旋挖鉆機可以縮短成孔時間，施工過程中對地層擾動較小，具有良好的穩(wěn)定性。選用旋挖鉆機進行樁基施工。鋼護筒下沉采用振動錘靜壓輔助下沉，以減小對地鐵周邊地層的擾動。

2.4 施工工藝流程

施工流程：場地平整→樁位測量放樣→埋設鉆機鋼護筒→安裝導向架→樁機就位→鉆孔→下放鋼護筒→沉樁機靜壓輔助護筒下沉→至鋼護筒底部達到地鐵隧道區(qū)間底板下5 m→鋼護筒地面固定→移除導向架→鉆孔達到設計樁底高程→檢查傾斜度等指標→下放鋼筋籠、灌注混凝土。

2.5 鋼護筒設計與制作

鋼護筒高度的確定：護筒高度根據(jù)各樁位對應地鐵區(qū)間埋深確定，鉆進至隧道底板以下5 m后，即整節(jié)下放護筒至隧道底板下5 m，護筒頂面至承臺底部設計標高，一次性下放到位，減少拼接時間及傾斜誤差。

2.6 鋼護筒沉設施工

本工程鉆孔樁鋼護筒主要依靠自重下沉，利用振動錘靜壓輔助沉放。

(1) 鋼護筒通過導向架進行沉放施工，確保鋼護筒的平面位置及垂直度。首節(jié)護筒邊緣高出導向架20 cm，以便于接長施焊。

(2) 振動錘靜壓下沉，直至鋼護筒沉放至隧道底板下5 m。護筒要求垂直度與標高(平面位置)雙控指標，鋼護筒沉放精度控制需滿足規(guī)范要求：標高(平面位置)允許偏差±50 mm；垂直度(傾斜度)不大于5‰。

2.7 鉆進施工

(1) 鉆孔至隧道底板以下5 m。鉆孔施工采用正循環(huán)方式鉆孔、反循環(huán)方式清孔，當鉆進到地鐵結構層時，減緩鉆進速度，泥漿指標微增，同時做好相應的監(jiān)測工作。鉆機施工過程中要保證泥漿面不得低于護筒底部，保證孔壁穩(wěn)定性。

(2) 持續(xù)鉆進至設計標高。待旋挖鉆機鉆進至隧道底板以下5 m后，下放護筒，持續(xù)鉆進至設計標高。

2.8 旋挖鉆機工況試驗效果分析

經(jīng)比選鉆孔采用震動小、成孔速度快的旋挖鉆機施工作業(yè)，平均成孔時間為6.5 h，擴孔系數(shù)(充盈系數(shù))平均為1.06，符合要求。通過已完成的樁基澆筑情況分析，由樁基澆筑擴孔系數(shù)可以發(fā)現(xiàn)，未出現(xiàn)塌孔、埋鉆、縮徑和其他特殊地質狀況，成孔順利，適宜本區(qū)域的地質狀況。

3 監(jiān)測數(shù)據(jù)和模擬計算數(shù)據(jù)對比分析

測斜管的水平位移在水泥攪拌樁施工期間的監(jiān)測數(shù)據(jù)與模擬計算數(shù)據(jù)對比分析曲線如圖3所示。經(jīng)對比分析，實際監(jiān)測值與數(shù)值模擬的位移峰值點存在細微偏差，位移趨勢基本相符。水平位移最大值為5 mm。

圖3 水泥攪拌樁施工時鄰近土體水平位移監(jiān)測值與計算值對比圖

測斜管的水平位移在鉆孔灌注樁施工期間的監(jiān)測數(shù)據(jù)與模擬計算數(shù)據(jù)對比分析曲線如圖4所示。經(jīng)對比分析，實際監(jiān)測值與數(shù)值模擬的位移峰值點存在極小偏差，位移趨勢基本相符。水平位移最大值為0.7 mm。

圖4 鉆孔樁施工階段鄰近土體水平位移監(jiān)測值與計算值對比圖

通過對比分析曲線圖可知，本工程水泥攪拌樁和鉆孔灌注樁施工對鄰近地鐵隧道位置的土體水平位移符合監(jiān)測規(guī)范要求，從而得出其對既有地鐵隧道的影響在可控范圍內(nèi)。

4 保護性施工措施

(1) 地鐵保護區(qū)內(nèi)樁基施工控制。施工單位應按照樁基與地鐵的距離確定施工順序與區(qū)域，專項施工方案中，須對地鐵隧道結構邊線外3.0～6.0 m的樁，逐樁進行對土體的影響的模擬計算，并進行專家論證。

(2) 嚴禁重載。施工前應會同產(chǎn)權單位將地鐵隧道結構邊界輪廓線投影至地面并標記，施工場地內(nèi)嚴禁在地鐵隧道的正上方堆載。

(3) 專項方案與新材料工藝。考慮到橋梁承臺回填料壓實及地鐵上方路基、路面施工會增加地鐵結構荷載，應論證性地采用減少地鐵荷載的新材料和免震工藝，如輕質混凝土材料填充工藝。

5 結 論

根據(jù)前述分析，可以得到以下結論：

(1) 本工程的實際監(jiān)測數(shù)據(jù)和模擬計算值的對比分析結果表明，采取三軸水泥攪拌樁加固土體與靜壓長護筒跟進技術相結合，輔以信息化施工監(jiān)測，可以有效降低鉆孔灌注樁施工過程中出現(xiàn)的塌孔風險及其對鄰近地鐵隧道產(chǎn)生不利影響的風險，確保地鐵隧道的安全。

(2) 應重點分析三軸水泥攪拌樁注漿攪拌對鄰近土體的擠壓作用以及鉆孔灌注樁的鉆孔卸載作用，及其先后施工對周圍土體產(chǎn)生的影響，從而導致鄰近地鐵隧道的位移。

(3) 預防可能存在的問題與風險評價，實現(xiàn)事前與過程控制。對于本工程案例，進行樁基施工以及承臺回填、地鐵上方路基、路面工程施工時等仍需考慮對鄰近地鐵隧道產(chǎn)生的不利影響，對于新技術、新材料、新工藝等具有針對性的、高效的防護措施的研究非常重要。