破除侵入盾構區間隧道圍護樁的施工技術研究

沈宏雁/SHEN Hongyan

(中鐵十六局集團地鐵工程有限公司，北京 100000)

1 工程概況

成都地鐵17 號線二期“機-人”（機車廠站-人民塘站）盾構區間由機車廠站大里程盾構井始發，區間隧道在里程ZDK96+200～ZDK96+280、YDK96+140～YDK96+245 位置下穿市政道路普絡斯A 線下穿隧道框架段，該位置盾構區間隧道埋深約19m。普絡斯A 線下穿隧道采用普通鋼筋圍護樁的支護形式，局部樁底侵入盾構掘進范圍。下穿隧道樁基為?1 500@2 200 鉆孔樁，樁長約18.2m。下穿隧道西側需破除圍護樁37 根，東側需破除23 根。樁頂冠梁尺寸1 700mm×1 000mm，冠梁頂距離現有地面高度約3m。

2 工程需求分析

1）工期方面 確保關鍵工序：機車廠站-人民塘站盾構區間計劃2021 年3 月31 日左線始發、5 月31 日右線始發。必須確保在盾構通過前將侵入隧道的圍護樁處理完成。按照盾構掘進4環／天+中間停機拆除負環7 天計算，左線圍護樁需在2021 年4 月14 日前處理完成，右線圍護樁需在2021 年6 月4 日前處理完成。

2）環保方面 鑒于成都市環保施工外部環境壓力較大（省、中央環保督察、迎大運等），確保施工工藝所需場地滿足車輛通行要求，產生的廢水、污水、建渣、噪聲等對周邊環境影響符合當地要求。

3）安全方面 因施工深度范圍分布雜填土層、硬塑黏土層、全風化泥巖層、強風化泥巖層。其中黏土、全風化泥巖、強風化泥巖均為中等膨脹土，成都地區地下水豐富且降雨量大，受到降雨等外部環境的影響，周圍土體吸水膨脹，需確保在復雜地層下施工的安全穩定性。

4）對道路下穿隧道結構影響方面 因道路下穿隧道車流量大、且為新建道路，道路下穿隧道圍護樁對道路下穿隧道結構起保護作用。施工中確保對圍護樁及下穿隧道結構安全穩定性無影響。

3 傳統方法分析

傳統施工方法有機械拔樁、沖擊鑿樁和人工挖孔鑿樁。

機械拔樁和沖擊鑿樁特點有：①機械拔樁、沖擊鑿樁采用大型施工機械，占地需求較大，本施工場地所處位置車流量較大，交通導改困難，只能小范圍打圍施工；②機械拔樁、沖擊鑿樁施工產生噪聲大，因施工場地緊鄰住宅小區，會造成嚴重的擾民；③機械拔樁施工成本高昂，拔樁每延米約6 500 元；④機械拔樁對圍護樁進行全面破壞，對下穿結構安全穩定影響大。

人工挖孔鑿樁特點有：①施工方法所需工期時間長，按照正常工期1m／天，每個樁處理需求時間至少25 天，且需跳樁施工（至少需要2 輪完成），不能滿足工期要求；②人工挖孔鑿樁產生的廢水、污水、建渣很多，施工場地環保不達標；③受膨脹土地層以及地下水豐富且易補給，采用人工挖孔工藝樁孔側壁地層遇水膨脹，安全風險度極高，樁孔護壁所需鋼筋、模板、混凝土等一系列施工工序耗時耗料。

4 施工工藝研究

水鉆成孔作業采用電動水鉆機，施工時噪聲小、工藝簡單靈活、受場地制約小、對大氣無污染、產生污水少、對周邊結構無影響、成孔尺寸有保證，已經在橋梁鉆孔樁施工中得到廣泛應用。

4.1 施工工藝對比選擇

從技術可行性、經濟性、有效性、安全性等方面對3 個施工方案進行深入分析，最終選擇小型水鉆成孔消阻，如表1 所示。

表1 隧道圍護樁施工方案對比分析表

4.2 施工實況研究

1）打圍范圍 為盡量減小施工期間對蜀龍路與民線路交叉口交通通行的影響，保障車輛正常通行，施工區域擬分4 處進行圍擋，圍擋寬度為以圍護樁為中心共4m，長度為以圍護樁為中心外擴3m。現場按每次開孔11 個，全部樁孔同時開挖，共計兩輪完成全部22根樁基截樁施工。先施工左線1、2 鑿樁區域，后施工右線1、2 鑿樁區域（圖1）。

圖1 場地打圍圖

2）挖槽范圍 因侵入隧道的圍護樁樁頂位于地面以下約3m，原下穿隧道圍護樁施工時可能存在偏差，挖槽時應適當外擴，結合現場實際情況，槽孔內壁為樁中心外擴1.1m，即凈寬2.2m。

3）水鉆成孔范圍 既有樁樁徑1.5m，為保留足夠厚度的外圈鋼筋混凝土作為護壁，結合現場實際，在路面及填土厚度3m 深度樁孔開挖完成后，采用在原有樁基?150cm中心取芯直徑?120cm，即護壁參數：厚度15cm，混凝土強度為C30，最小配筋主筋（豎筋）29 根C28@100mm，螺旋筋（分布筋）A12@150mm。泥巖分界位置斷面（水土合算）地層壓力為p1=119.6kPa，樁底斷面（水土合算）地層壓力為p2=154.6kPa，樁端位置圍護樁承受的地層壓力最大，為最不利斷面位置。豎向取1m 樁，采用MIDAS 有限元軟件對其進行內力計算。圍護樁混凝土強度等級C30，鉆孔取芯后截面厚度150mm，水平向箍筋直徑12mm，豎向間距100mm。構件編號為ZH-1，截面為矩形，截面寬1 000mm，截面高150mm，構件計算長度為1 000mm，混凝土強度等級C30，fc=14.3N／mm2，鋼筋類型，為HPB300，fy′=270N／mm2，結構重要性系數為1.0，縱筋最小配筋率為0.600%，軸向力設計值N=269.000kN。根據GB 50010-2010《混凝土結構設計規范》計算得出穩定系數φ=1.000。最終求得縱筋面積A′s=-6837mm2，因 為A′s≤0，應按構造要求配筋，故A′s=A′smin=900mm2。實際配筋面積：A′s=1130mm2>900mm2，滿足受力要求。經計算，混凝土強度及配筋率均滿足荷載要求。

4）每循環成孔深度及角度 利用水鉆沿樁身中心環形線逐個取芯（取芯外邊緣直徑為樁身直徑-30cm，每循環取芯長度約40cm），為避免整塊樁芯混凝土較大劈裂困難，可在樁芯混凝土中部均勻分布若干相同取芯掏槽孔（圖2）。水鉆完成后取出芯塊。采用電鉆在周邊孔與掏槽孔之間打設鉆眼，使用鋼楔子將樁芯混凝土劈裂。周邊孔取芯時保持7.5～10°的外傾角度，保證下一循環的取芯直徑。

圖2 鉆孔布置圖

5）垂直運輸方式 根據鉆孔布設，最大渣塊重38.5kg，吊桶采用皮革式吊桶，出渣的允許最大重量為90kg（含水分重量)，采用規格為6×19、直徑為11mm 的鋼絲繩。出渣時渣土堆放高度不得高出吊桶上邊緣且低于10cm，以防渣土吊運過程中掉落。當起吊大塊渣土時，井下人員在準備完成先撤回地面后再起吊。提升架采用工16A 工字鋼焊接為整體。

6）渣土存放及運輸 孔內渣土在吊運至地面后臨時存放于場地內臨時渣土坑內，每天使用裝載機裝運至渣土存放場后集中拉出。

7）人員上下通道 作業人員上下采用軟梯，軟梯上部固定在地錨上，并在軟梯與護壁接觸地方設置防磨墊，軟梯中部與護壁上預埋的鋼筋固定在一起避免晃動。在緊急情況下，人員可站入吊桶內，將安全帶固定在吊鉤上，使用汽車吊將人員吊出作為應急逃生通道。

8）通風及照明 由于空間狹小，需配備足夠通風設備及照明。現場通風擬采用1.5kW 高壓漩渦鼓風機，將地面新鮮空氣通過DN100 耐磨塑料送風管輸送至孔道內，風管口距孔底約2m，距孔底2m處使用12V安全電壓的防爆燈泡進行照明。必要時工人可以佩戴便攜式頭部探照燈進行輔助照明。

9）樁孔防護及人員防墜 鑿樁孔口和鑿樁周邊都必須設置防護欄桿。要求：防護欄桿高度1.2m，上中下各設一道橫桿，底部設踢腳板；欄桿立柱間隔小于2m，且與孔口混凝土固定牢固。每次作業完成后孔口使用C18@150×150 鋼筋網進行覆蓋，并做好警示標志及標語。作業過程中地面作業人員及監護人員需系好安全帶。作業人員應懸掛“安全繩”并隨身佩戴防墜器，以備意外情況時有關人員能順利上下，正常情況下，操作人員上下孔應通過爬梯進行，禁止乘坐吊具。樁孔上監護人員與下孔作業人員均需佩戴對講機，并保持聯絡，隨時溝通孔內及地面情況。

5 結語

1）左線圍護樁在2021 年4 月10 日處理完成，右線圍護樁在2021 年5 月30 日處理完成。確保在盾構通過前將侵入隧道的圍護樁全部處理完成。

2）施工工藝所需場地滿足車輛通行要求，產生的廢水、污水、建渣、噪聲等對周邊環境基本無影響符合當地要求。

3）施工中無安全質量事故及安全質量事故隱患發生。

4）施工中通過對下穿隧道進行監測，監測結果顯示施工對圍護樁及下穿隧道結構安全穩定性無影響。

本施工工藝與傳統人工挖孔樁、機械拔樁破除既有樁施工相比，成本低、工序簡便、對既有結構無影響、對周邊環境無影響、安全系數高、速度快，經濟效益及社會效益顯著。