下穿高速既有線低凈空U型槽基坑支護開挖技術(shù)研究

摘""要：基于富春灣大道二期EPC工程總承包工程，針對既有橋梁樁基加固防護的需求及凈空受限條件下U型槽開挖的技術(shù)難題開展研究，提出采用全方位高壓噴射（Metro Jet System，MJS）定向注漿+鉆孔灌注樁的技術(shù)對現(xiàn)役橋梁樁基進行防護，在鉆孔灌注樁與現(xiàn)役橋梁樁基之間施作MJS樁，MJS定向噴射，隔離基坑開挖對現(xiàn)役橋梁樁基的擾動，有效解決了下穿既有線U型槽基坑開挖橋梁樁基防護施工的難題，可為同類工程建設(shè)提供指導(dǎo)和借鑒。

關(guān)鍵詞：下穿高速既有線""U型槽""基坑支護""樁基防護

中圖分類號：U449.52

Technique"for"Excavation"Support"of"Low"Clearance"U-Shaped"Trench"Beneath"Existing"High-Speed"Rail"Lines

CHEN"Jiang

Underground"Engineering"Co.，"Ltd.，"Zhejiang"Communication"Construction"Group"Co.，"Ltd.，"Hangzhou，"Zhejiang"Province，"311421"China

Abstract："Based"on"the"the"EPC"project"of"Fuchun"Bay"Avenue"Phase"II，"research"was"conducted"to"address"the"demand"for"reinforcement"and"protection"of"existing"bridge"pile"foundations"and"the"technical"challenges"of"U-shaped"trench"excavation"under"conditions"of"limited"clearances."A"technology"combining"MJS"（Micro"Jet"Grouting"System）"directional"grouting"and"bored"concrete"pile"installation"was"proposed"to"protect"the"existing"bridge"pile"foundations."MJS"columns"were"constructed"between"the"bored"concrete"piles"and"the"existing"bridge"pile"foundations，"with"MJS"directional"injection"to"isolate"the"disturbance"caused"by"trench"excavation"on"the"existing"bridge"pile"foundations."This"effectively"solved"the"construction"challenge"of"protecting"bridge"pile"foundations"during"the"excavation"of"U-shaped"trenches"beneath"existing"lines，"and"can"provide"guidance"and"reference"for"similar"engineering"projects.

Key"Words："Beneath"existing"high-speed"railway"lines;"U-shaped"trench;"Excavation"support;"Pile"foundation"protection

在城市化加速背景下，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)面臨復(fù)雜地質(zhì)和密集區(qū)的挑戰(zhàn)，特別是下穿高速公路U型槽基坑施工，因其對周邊結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的嚴格要求而備受關(guān)注。許小勇等人[1]探討了軟土地區(qū)公路下穿低凈空既有高鐵橋梁的建設(shè)影響，采用創(chuàng)新的攪拌樁和全套管灌注樁方案，結(jié)合基坑支護結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，以期解決低凈空條件下的特殊工程難題。薛輝[2]聚焦于多幅高速公路同步下穿施工對既有高速鐵路橋梁的影響，揭示了施工順序?qū)τ跇蚨瘴灰瓶刂频闹匾浴?/p>

U型槽由鋼筋混凝土構(gòu)成，具有較好的抗壓和抗彎性能，適應(yīng)于狹小空間和復(fù)雜地質(zhì)條件[3-4]。然而，這種結(jié)構(gòu)的設(shè)計和施工也面臨諸多挑戰(zhàn)，體現(xiàn)在施工空間受限及地面交通施工擾動等方面[5-6]。在橋梁樁基防護技術(shù)研究范疇內(nèi)，多種保護策略被應(yīng)用以確保施工期間的穩(wěn)固與安全[7]。現(xiàn)有措施各有利弊，未來需開發(fā)更全面、經(jīng)濟及環(huán)保方案，綜合物理、化學與技術(shù)手段優(yōu)勢，克服成本、環(huán)境影響和施工適應(yīng)性不足，適應(yīng)工程需求和環(huán)境挑戰(zhàn)。

本項目依托富春灣大道二期EPC工程總承包工程，針對既有橋梁樁基加固防護的需求及凈空受限條件下U型槽開挖的技術(shù)難題開展研究，形成了下穿高速既有線U型槽基坑支護開挖現(xiàn)役橋梁樁基防護施工技術(shù)。

1""工程概況

富春灣大道二期EPC工程總承包工程，起點位于富陽大橋連接線以西"570"m（與新中線銜接），終點位于靈橋鎮(zhèn)杭新景高速橋以東約700"m，與在建春永線銜接，工程全線總長約6.98"km，隧道橫斷面采用雙孔+中間管廊雙向六車道，結(jié)構(gòu)凈高5.8"m，凈寬27.9"m。1號隧道西起赤亭紙路東側(cè)，東至大源連接線以西，隧道總長約4.585"km；2號隧道西起王家宕路以西，東至勝利路以東，隧道全長1.073"km。

本項目下穿運營杭新景高速U型槽段，隧道位于高速橋梁下方，距離樁基最近處僅為2"m，開挖過程中基坑的穩(wěn)定安全是控制的重點和難點。且開挖過程中施工機械有限高要求，在靠近樁基礎(chǔ)工作面狹小，土方開挖和外運難度大。鑒于此，在進行下穿既有線橋梁基坑施工過程中，為避免基坑開挖施工對現(xiàn)役橋梁樁基產(chǎn)生影響，需要對土體進行預(yù)加固，同時對既有橋梁樁基進行隔離保護。

2""技術(shù)原理

在U型槽基坑開挖邊線與橋梁樁基邊線之間，進行全方位高壓噴射（Metro Jet System，MJS）樁防護結(jié)構(gòu)的施工，MJS樁采取180°的注漿方式（遠離橋梁樁基）（如圖1所示）。待MJS樁體凝結(jié)硬化后，再緊鄰基坑開挖邊線進行鉆孔灌注樁的施工，鉆孔灌注樁頂部澆筑冠梁，將相鄰鉆孔灌注樁聯(lián)系成一個整體。鉆孔灌注樁施工完成后，再進行U型槽基坑土方開挖，基坑采取分層開挖的方式，并分層施作鉆孔灌注樁的圈梁，提升圍護結(jié)構(gòu)的承載能力。MJS樁在鉆孔灌注樁與橋梁樁基之間形成一個隔離帶，避免鉆孔灌注樁及后續(xù)U型槽基坑開挖等施工活動對現(xiàn)役橋梁樁基產(chǎn)生擾動。

下穿U型槽的開挖、支護分兩次進行，先完成橋梁兩側(cè)施工U型槽主體結(jié)構(gòu)，并在兩側(cè)增設(shè)封堵墻，為水平MJS樁提供工作面。然后進行橋梁兩側(cè)豎向MJS樁的施作，并作為水平MJS樁的支撐。縱向MJS樁及豎向MJS樁施作完成后，沿設(shè)計邊線從現(xiàn)役橋梁的兩側(cè)同時開挖，為二次支護的施作提供作業(yè)空間。首層土體開挖完成后，橋下已有足夠的作業(yè)空間，大型機械設(shè)備直接進入橋下，施作咬合樁的二次支護，待咬合樁施作完成后，將U型槽基坑開挖至設(shè)計深度（如圖2所示）。

3"工藝流程及操作要點

下穿高速既有線U型槽基坑支護開挖現(xiàn)役橋梁樁基防護技術(shù)的工藝如圖3所示。

3.1""兩側(cè)主體結(jié)構(gòu)及封堵墻施工

首先進行橋梁兩側(cè)U型槽主體結(jié)構(gòu)的施工，U型槽主體結(jié)構(gòu)施工至橋梁樁兩側(cè)3"m的位置處，停止向前開挖作業(yè)，并在梁端施工封堵墻。封堵墻采用鋼筋混凝土整體澆筑成型，并在其上預(yù)留或者切割預(yù)留孔，方便進行水平MJS工法樁的施作。

3.2""現(xiàn)役橋梁樁基位移監(jiān)測

下穿現(xiàn)役橋梁基坑開挖、樁基防護施工作業(yè)前，在橋梁墩柱、鄰近地表設(shè)置沉降觀測點，按規(guī)范要求，在施工期間進行沉降、位移觀測，一旦沉降、位移達到預(yù)警值，立即停止施工作業(yè)，直至危險消除后方可繼續(xù)作業(yè)。

3.3"""MJS樁防護結(jié)構(gòu)施工

3.3.1""開挖溝槽

施工前，對MJS樁體中心進行粗放樣，并在中心向兩側(cè)各0.5"m左右開槽，長約2"m，深度約1"m。

3.3.2""引孔施工

在MJS樁施工中，完成開挖后需對樁體中心進行精確校準，并設(shè)立木樁作為參考點，每根樁設(shè)立兩個控制點，確保樁孔中心的偏移不超過20"mm。引孔機械準備就緒前，先進行水平調(diào)整和垂直度校對，確保鉆桿與預(yù)定樁位對齊，誤差控制在10"mm以內(nèi)，鉆孔垂直度不超過1/250。開鉆前檢查泥漿泵運行狀態(tài)，校正鉆桿長度并在鉆塔邊標注深度線，保證孔底標高符合設(shè)計要求，并使引孔深度比設(shè)計深度多出30～50"cm，考慮噴嘴長度。

在鉆孔作業(yè)中，細致記錄鉆桿節(jié)數(shù)，確保鉆進深度準確無誤。引孔時，強化泥漿護壁效果，按需添加膨潤土到泥漿中，確保孔內(nèi)無沉渣（如圖4所示）。引孔的垂直度是控制MJS樁體垂直度偏差的核心，其誤差必須控制在1/200以內(nèi)。保證鉆機水平度和鉆桿垂直度，使用導(dǎo)向鉆頭并定期用靠尺檢測鉆桿垂直度。若鉆桿偏斜超出允許范圍，應(yīng)提升至垂直度良好部分繼續(xù)鉆進或掃孔；如無法掃孔，則需回填后重新引孔。

3.3.3""豎向MJS樁施作

完成封堵墻的設(shè)計強度后，實施現(xiàn)有橋梁樁基的防護工程。工作從豎向MJS樁的施工開始，確定樁的位置后，檢查設(shè)備狀態(tài)，保證主機、高壓泵、空壓機、泥漿攪拌系統(tǒng)及MIS管理系統(tǒng)等正常，然后進行設(shè)備的放置和校零。

引孔達到預(yù)設(shè)深度后，移除套管，并分節(jié)安裝MJS鉆桿至標定高度。安裝過程中，檢查每節(jié)鉆桿的密封圈，如有損壞則予以更換；接著連接數(shù)據(jù)線、管道、鉆頭和地下壓力顯示器，確保在無鉆頭荷載情況下歸零，并保證管線連接的密封性，排除管內(nèi)空氣。放下鉆桿，直至到達設(shè)計深度，若下放過程中遇到困難，則開啟削孔水以正常鉆進（如圖5所示）。

當鉆頭到達指定深度，進行校零操作，確保動力頭的“0”刻度、噴嘴和鉆桿上的白線在同一直線上，隨后設(shè)置必要的施工參數(shù)，如搖擺角度、提升速度、轉(zhuǎn)速等，并開始施工以改良土壤。完成豎向MJS樁施工后，將H型鋼植入樁體內(nèi)，沿樁孔中心線放置，并采用靜壓方式以避免干擾地基或影響MJS樁效果。

在施工過程中，應(yīng)持續(xù)監(jiān)控顯示控制器的各項指標，保證水泥摻量和地內(nèi)壓力等技術(shù)參數(shù)處于正常范圍。一旦發(fā)現(xiàn)地內(nèi)壓力或其他參數(shù)異常，應(yīng)立即進行調(diào)整。在提升一根鉆桿后，需對鉆桿進行拆解，并在拆解過程中仔細檢查密封圈和數(shù)據(jù)線是否受損，以及地內(nèi)壓力顯示是否正常。若發(fā)現(xiàn)問題，需迅速解決。拆解鉆桿后，應(yīng)盡快對其進行清洗和維護。

3.3.4""水平MJS樁施作

豎向MJS樁達到設(shè)計強度后，進行按照上述方法進行水平MJS樁的施作（如圖6所示），水平MJS樁穿過現(xiàn)役橋梁下側(cè)的土體、并緊貼豎向MJS樁。

3.4""首層槽段開挖

豎向MJS樁及縱向MJS樁達到設(shè)計強度后，進行下穿既有線U型槽基坑的開挖作業(yè)。下穿槽段開挖時，應(yīng)從現(xiàn)役橋梁的兩側(cè)同時開挖，采取分層開挖的作業(yè)方式，開挖過程中加強對橋梁樁基沉降、變形的觀測。

3.5""咬合樁施作

U型槽基坑首層土體開挖完成后，將大型作業(yè)機械設(shè)備運入橋下的槽段內(nèi)，進行二次支護的施作。二次支護采用咬合樁的結(jié)構(gòu)形式，相鄰灌注樁的頂部澆筑混凝土冠梁，聯(lián)結(jié)成一個整體。

3.6""二層槽段開挖

二次支護結(jié)構(gòu)（咬合樁）達到設(shè)計強度后，進行二層槽段的開挖作業(yè)。開挖作業(yè)遵循步驟3.4所示的步驟，從現(xiàn)役橋梁的兩側(cè)同時開挖，采取分層開挖的作業(yè)方式，開挖過程中加強對橋梁樁基沉降、變形的觀測。

3.7"""U型槽主體結(jié)構(gòu)施工

橋下U型槽基坑開挖施工完成后，進行U型槽主體結(jié)構(gòu)混凝土的鋼筋綁扎、模板支設(shè)、混凝土澆筑等施工作業(yè)。

4""結(jié)論

本文依托于富春灣大道二期EPC工程總承包工程，詳細介紹了下穿高速既有線U型槽基坑支護開挖現(xiàn)役橋梁樁基防護技術(shù)的施工工藝流程及操作要點，此技術(shù)具有以下特點。

（1）采用MJS樁注漿加固技術(shù)，避免擾動鄰近橋梁樁基的土體，降低施工活動對現(xiàn)役橋梁樁基的影響，保證了現(xiàn)役橋梁的安全。

（2）豎向MJS樁內(nèi)置加勁H型鋼，可有效提升MJS樁單樁抗彎折強度，相同條件下，可減少MJS樁的數(shù)量即可滿足承載需求。

（3）采用豎向MJS樁（限位）+水平MJS樁（支護）的結(jié)構(gòu)形式，由水平MJS樁對基坑側(cè)壁土體進行支護，避免施工過程對現(xiàn)役橋梁樁基產(chǎn)生影響，豎向MJS樁打入土體的持力層內(nèi)，由豎向MJS樁對水平MJS樁進行限位，避免施工過程中水平MJS樁發(fā)生滑移。

（4）"豎向MJS樁及水平MJS樁在現(xiàn)役橋梁外側(cè)施作，解決了低凈空條件下大型施工機械難以進入的情況。

（5）初步支護結(jié)構(gòu)施作完成后，開挖表層的槽段，提高橋下作業(yè)凈空，然后在U型槽基坑的兩側(cè)通過大型作業(yè)機械施作咬合樁，咬合樁施作完成后，繼續(xù)向下開挖U型槽基坑至設(shè)計深度。

本技術(shù)通過在現(xiàn)役橋梁外側(cè)設(shè)置豎向MJS樁，并設(shè)置水平的MJS樁穿過現(xiàn)役橋梁下方的土體，解決了低凈空條件下大型施工作業(yè)機械難以進入的難題，有效地解決了低凈空條件下下穿既有線橋梁樁基防護與基坑圍護結(jié)構(gòu)施工的難題，可為同類工程建設(shè)提供指導(dǎo)和借鑒。

參考文獻

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