圍護結構超小距離臨近既有線區間施工工藝對比研究分析

劉 洋

（中鐵十四局集團有限公司,山東 濟南 250000）

0 引言

隨著各大城市軌道交通建設日益成熟，軌道交通建設過程中新建地鐵車站及區間逐漸與既有地鐵車站與區間存在不同程度的交叉施工，包括臨近、接駁、上穿、下跨等各種連接方式。而在新建地鐵車站及區間臨近施工過程中，選擇合理施工工藝及方案進行施工，才能保證既有線安全。該文結合深圳某地鐵工程區間臨近既有線施工，對圍護結構施工工藝進行必選研究，最終確定合理施工工藝。

1 工程概況

1.1 車站概況

黃貝嶺～東門站區間明挖段總長116 m，基坑開挖深度17.7~19 m，寬度13.4~22.1 m，主體結構為單層(局部兩層)雙跨的箱形框架結構，采用全套管咬合樁加內支撐的支護形式。圍護咬合樁直徑1 000 mm，中心間距750 mm，樁身樁間土采用掛網噴混凝土保護[1]。區間結構平面圖如圖1所示。

圖1 某區間明挖段總平圖

1.2 工程地質情況

根據設計圖紙及地勘資料，明挖區間主要位于雜填土、素填土、黏性土、全風化凝灰質砂巖、土狀強風化凝灰質砂巖及中等風化凝灰質砂巖地層中，地層均屬軟土層。該地區水位也較高，自地面下4 m左右，地下水水位較高。

1.3 與既有線位置管線

區間明挖段東端與既有5號線既有折返線接駁，南北兩側臨近既有2號線盾構區間結構，圍護結構外皮與區間凈距約1.5~8.3 m，其中盾構始發井段南側距離既有2號線最近距離1.5 m，北側距離既有2號線最近距離1.9 m。區間明挖段與既有線位置關系如圖2所示。

圖2 明挖段與既有線位置關系

2 研究內容及方法

2.1 研究背景

該工程共計3站3區間，車站全部臨近既有線施工。而該段明挖區間作為該工程首個施工工點，結構相對簡單，同時圍護結構形式與車站相同，希望通過明挖段圍護結構進行成樁工藝比選，為后續各車站施工提供施工依據。

2.2 研究方法

根據區間明挖段工程特點，咬合樁圍護結構施工方案制定共分為工程類比、現場施工比選、工程實際應用三個主要階段。

第一階段工程類比：圍護結構施工前，多次組織去其他類似工程進行參觀，結合該工程現場實際情況，排查總結可行施工方案及工藝。

第二階段現場施工比選：經過第一階段，初步確定三種施工方案。第一種采用常規旋挖鉆機進行咬合樁圍護結構施工。第二種施工方案采用全回轉配合全套鉆機進行咬合樁圍護結構。第三種施工方案采用旋挖鉆機配合全套管鉆機進行咬合樁圍護結構。針對這三種施工方案，現場均在不同區域組織施工，總結各種施工工藝各項指標及效果，最終確定選取何種施工方案。

第三階段工程實際應用：現場采用第三種施工方案后，及時進行總結歸納。最終選取的第三種挖鉆機配合全套管鉆機進行咬合樁圍護結構，既滿足了施工工期要求，也有效控制了臨近既有線施工風險，節約施工成本，取得了良好的施工效果。

3 圍護結構施工工藝對比分析

根據設計要求，區間明挖段圍護結構采用咬合樁φ1 000@750 mm施工，咬合量250 mm。為有效控制既有線變形，咬合樁采用硬咬合方式（即素樁混凝土初凝完成后，再施工葷樁）[2]。

區間明挖段圍護結構超小距離臨近既有線施工段圍護結構深度為26 m，可能造成臨近既有2號線產生變形[3]。根據設計與施工過程要求，既有線結構沉降控制值為4 mm，預警值為2.8 mm。

3.1 旋挖鉆機成樁施工工藝

（1）施工質量及風險。通過現場測量儀器實測成孔精度及配合旋挖鉆機自帶垂直度控制設備，采用“旋挖鉆機+泥漿成樁”方式，通過現場實際測量，發現該種方案成孔垂直度控制最差，一般只能控制在1%左右，圍護樁從地面施工至樁底處時，誤差在26 cm左右[4]，但施工進度最快，成孔精度差。主要原因分析如下：因采用硬咬合方式，旋轉鉆機在素樁初凝后，施工葷樁可能存在無法正常咬合的問題，施工偏差較大，后期基坑開挖階段，因圍護結構施工質量較差，出現滲漏水，影響基坑穩定性，風險性較大。同時，因圍護結構距離既有線最近處僅有1.5 m，采用旋挖鉆機施工誤差大，極易造成既有線變形超設計值，施工風險最大。

（2）施工設備及人員投入情況。該段明挖區間共計346根咬合樁，根據現場場地條件，最多可投入2套設備，每套設備配備12人施工。

（3）施工工期。咬合樁根據隔三挖一原則，每20根一循環。根據施工經驗，旋挖鉆機施工素樁，預計4根/天。硬咬合施工葷樁，2根/天。因此，每循環需要6天施工完成，全部施工完成需48天施工。

3.2 全回轉全套管鉆機成樁施工方案

（1）施工質量及風險。通過現場實測成孔精度，全回轉全套管鉆機成樁垂直度控制最好，一般控制在0.2%左右，圍護樁從地面施工至樁底處時，誤差在5 cm以內[5]。因采用硬咬合方式，全回轉全套管鉆機成樁效果質量最可靠，對既有線影響最小，施工風險最低，但施工進度最慢。全回轉設備工作原理為通過泵站將全套管360°旋轉，緩緩垂直壓入土層，在套管內采用旋挖鉆機進行取土，因鋼套管保護，對周邊土體擾動較小。同時，全回轉鉆機功率較大，提供向下的力，非常容易將已初凝素樁破碎，而垂直度不受影響，全回轉全套管施工實例如圖3。

圖3 全回轉全套管施工實例圖

（2）施工設備及人員投入情況。該段明挖區間共計346根咬合樁，因全回轉全套管鉆機設備龐大，后配套設備較多，場地內轉場周期較長，投入設備數量大。根據現場場地條件，最多可投入1套設備，每套設備配備10人施工。

（3）施工工期。咬合樁根據隔三挖一原則，每20根一循環。根據施工經驗，施工素樁，預計2根/天。硬咬合施工葷樁，1根/天。因此，每循環需要11天施工完成，全部施工完成需88天時間。

3.3 “旋挖鉆機+全套管成樁”施工方案

（1）施工質量及風險。結合“旋挖鉆機+泥漿成孔”速度快，“全回轉+全套管成樁”精度高等優點，現場結合兩方面優勢，提出了較為新穎的采用“旋挖鉆機+全套管成樁”施工工藝。從目前來看，該工藝施工經驗少，并且根據現場應用效果，“旋挖鉆機+全套管成樁”質量可靠，成樁速度也較快[6]，“旋挖鉆機+全套管成樁”施工實例如圖4。

圖4 現場施工實例圖

該施工工藝主要在旋挖鉆機鉆桿部位加裝一個連接花管器，通過花管器可連接全套管，通過旋挖鉆機動力將全套管壓入土體一定深度后，將花管器與全套管解開，利用旋挖鉆機在孔內取土，如此反復循環壓入套管，取土，最終成孔。

（2）通過成孔垂直測量，成樁垂直度介于“全回轉鉆機+全套管”與“旋挖鉆機+泥漿”之間，更接近于“全回轉+全套管成樁”精度控制，精度一般控制在0.3%左右，圍護樁從地面施工至樁底處時，誤差在7 cm以內。同時硬咬合施工過程中，通過旋挖鉆機驅動全套管鉆進施工質量與全回轉全套管鉆機施工質量控制效果接近，通過既有2號線監測數據范圍，對既有線影響較小，施工質量可靠。

（3）施工設備及人員投入情況。該段明挖區間共計346根咬合樁，“旋挖鉆機+全套管成樁”較常規旋挖鉆機施工工藝，僅3多出套管安裝，不占用施工場地，施工設備和人員與“旋挖鉆機+泥漿”施工工藝投入相同，根據現場施工條件可投入2套設備，每套設備配備12人施工。

（4）施工工期。咬合樁根據隔三挖一原則，每20根一循環。根據施工經驗，施工素樁，預計3根/天。硬咬合施工葷樁，1.5根/天。因此，每循環需要7天施工完成，全部施工完成需56天時間。

4 工程應用效果

4.1 沉降監測數據分析

旋挖鉆機+全套管成樁施工方案確定后，通過現場施工實踐，不管從進度控制和成樁質量控制均能滿足各項要求，且方案較為新穎。同時，為驗證該方案施工風險性及安全性，每天不間斷地對既有2號線區間進行監控量測，先選取開始施工10天監測數據進行分析，統計出變形最大點如下。監測數據如表1所示。

表1 既有2號線監測數據統計

通過表1可以，經過10天的施工，最大收斂數據為-1.5 mm，最大沉降數據為-1.3 mm，在控制值4 mm范圍內，說明“旋挖鉆機+全套管成樁”施工方案可行，施工可靠。

4.2 三種方案對比分析

三種施工方案各項指標對比分析如表2所示。

表2 各施工工藝各項指標對比分析

通過三種方案對比分析可知，“旋挖鉆機+泥漿”工藝投入人員少，工期短，但施工風險極大。“全回轉鉆機+全套管”方案投入設備少，但周轉困難，工期長，施工質量及風險可靠。“旋挖鉆機+全套管”工藝投入人員與“旋挖鉆機+泥漿”工藝基本相同，施工質量及風險可靠，工期可控。

綜上所述，最終確定施工現場采用“旋挖鉆機+全套管”方案人員、設備、工期、質量及風險均可控，為最優方案。

5 結語

該文總結了超小距離鄰近既有線咬合樁圍護結構施工采用的三種施工工藝比選，通過風險控制、質量控制、資源投入及工期對比等方面全面分析比較，最終確定合理的施工工藝思路，同時也通過現場實踐證明現場采用的“旋挖鉆機+全套管”施工工藝可操作性強、工藝安全可靠，對今后城市地鐵類似工程施工具有一定參考意義。