临近既有地铁隧道桩基施工关键技术

临近既有地铁隧道桩基施工关键技术

张晖

中铁大桥局集团第六工程有限公司湖北武汉430100

摘要：在市政工程桥梁工程与地铁隧道交叉区域，在隧道附近隧道区域进行桩基施工，采用深护筒跟进，旋挖钻成孔，局部高压旋喷桩对土体进行加固的工法既能保证隧道安全前提下，快速经济的完成桥梁桩基施工，解决了地铁与桥梁施工交叉区域桩基施工。

关键词：临近地铁隧道；交叉区域；桩基施工

1、工程概况

YS匝道桥为上桥匝道，起于鹦鹉大道，通向主桥，共计9个墩台。匝道设计采用2车道。基础采用直径1.2m及直径1.5m钻孔桩。YX匝道桥为下桥匝道，从下层主线引桥下至鹦鹉大道，共计10个墩台。基础采用直径1.2m及直径1.5m钻孔桩。匝道桩长分为55、65m两种。

YX及YS匝道桥线形布置见“图1-1引桥YX及YS匝道线形布置图”。共计桩基46根，其中需要占道施工38根。

2、工程地质

匝道桥施工区域自然地面标高平均为+23.7m，自上而下地层分布依次为：杂填土、素填土、粉质粘土、粉砂、细砂、中砂、砾砂、圆砾土、黏土、泥质砂岩、泥灰岩等，上桥匝道具体地质情况：表层主要是杂填土及素填土，再往下是粉质黏土及砂层，平均在32m深度进入黏土层，再往下是圆砾土及泥质砂岩；下桥匝道具体地质情况：表层主要是杂填土及素填土，再往下是粉质黏土及砂层，在31～35m深度进入黏土层，再往下是圆砾土层及泥灰岩层。其中：杂填土分布区域为+23.7m～+17.28m，素填土分布区域为+22.45m～+16.38m，粉质粘土分布区域为+20.55m～+6.75m，砂类土分布区域为+11.36m～-8.75m，圆砾土分布区域为-10.16m～-15.46m、-25.56～-50.12m。黏土分布区域为-7.75m～-40.26m，泥质砂岩分布区域为-35.46～-61.85，泥灰岩分布区域为-30.72～-61.94，桩底持力层大部分分布在圆砾土层或粘土层，部分桩进入泥灰岩。

3、工艺试桩

为确保施工期间不扰动地铁6号线已成型隧道结构，通过工艺性试桩验证旋挖钻孔、长护筒跟进和大比重泥浆护壁相结合的成桩工艺参数设置的安全合理性。工艺性试桩桩位选择主要考虑因素：⑴与地铁隧道有足够的安全距离；⑵存在作业面；⑶地质条件类似；（4）桩径覆盖面足够，具有代表性。经研究分析后确定，选取YX匝道YX01-1、YX01-2；YS匝道YS08-3、YS08-4号桩基进行工艺试验。YX01-1、2号桩基设计桩长65m，桩径1.5m；YS08-3、4号桩基设计桩长65m，桩径1.2m。

根据详勘地质情况及以往施工经验，选用1台上海金泰SH38型多功能旋挖钻机进行成孔。钢护筒均采用Q235钢板厂内机械卷制并矫圆成型，直径1.2m钻孔桩，钢护筒设计壁厚为16mm，护筒外径1.4m；直径1.5m钻孔桩，钢护筒设计采为壁厚20mm，护筒外径1.7m。护筒首节长6m，其余标准节长3m。首节钢护筒底部装有合金钻头，其直径比护筒直径大2cm。

选取的YX01-1、YX01-2、YS08-3、YS08-4号桩基均位于地铁隧道临江侧，YX01号墩与地铁隧道净距21.6m，YS08号墩与地铁隧道净距9m。

试验桩钢护筒安装时，首先在桩位处埋设个较大的导向钢护筒，同时保护表层土体不塌陷，然后将桩位处约5m深土体取出，放入首节6m长的钢护筒，并校对其中心位置及垂直度，合格后将其临时固定，吊装第二节钢护筒，利用特制夹持器将两节钢护筒对准，开始焊接。焊接完成后利用旋挖钻机及护筒驱动器，旋转下压护筒。下压完成后再次校正钢护筒，确认其平面位置及垂直度无误后，接着埋设第三～六节钢护筒，整个过程为重复的护筒对接、焊接、护筒内取土、护筒旋转下压。六节钢护筒安装工作平均花费时间约15h，其中护筒焊接用时较长，平均需用时6h，平均每次焊接时间约1.5h。护筒最大埋设深度约18m，旋挖钻机最大扭矩值为310KN.m。

四根试验桩的混凝土灌注量在正常的扩孔率范围，通过对桩基孔型进行检测，无坍孔引起的超方现象，孔内无局部缩孔、塌孔现象。

对于直径1.5m及1.2m的桩基础，采用旋挖钻机旋压钢护筒最大安装深度达18m，护筒底超过地铁隧道底部约2m进入粉砂层，剩余桩身均采用比重不小于1.1的优质膨润土泥浆护壁成孔，检测未发现砂层出现塌孔现象，实施的试验工艺满足成孔前后对孔壁稳定性要求。

通过几根试验桩的施工，可以验证采用旋挖钻孔、长护筒跟进和大比重泥浆护壁相结合的成桩工艺具有可实施性；且该成桩工艺对周边土体变形的影响程度较小，钻孔桩施工全过程孔壁及周边地层均始终处于稳定状态，能够确保匝道桥桩基成桩安全。

4、桩基施工

钻孔施工泥浆在现场泥浆箱内拌制，混凝土灌注过程中泥浆回收循环于泥浆箱内。泥浆性能根据土层地质及安全要求，适当调整泥浆性能指标，保证钻孔施工过程中的孔位安全。钢筋笼制作及临时存放地点位于场内的钢筋加工车间，成孔后由平板车托运至现场进行钢筋笼下放入孔施工。每节钢筋笼之间连接采用套筒连接，并加焊箍筋及保护层垫块。导管安装完毕后，二次清孔采用滤砂器进行。灌注混凝土采用C35水下混凝土，灌注过程中对灌注过程关注速度，导管埋深进行控制，保证施工质量。桩基施工过程中，每12h对地铁隧道上方及附近周围土体变形进行监测。

钻孔施工开始之前，各桩位及隧道之间采用旋喷注浆施工进行土体稳定预加固处理，每根桩位外边缘1m距离，施工三根旋喷注浆桩，每根桩之间互相咬合100mm，旋喷桩底标高为隧道底以下6m。采用了单重管法进行旋喷注浆施工，强化周围土体，成孔采用XY-100型地质钻机钻孔引孔。

YX、YS匝道桩基桩位距离地铁6号线主体结构净距最小值为3.1m，采用钢护筒与泥浆护壁相结合的施工方法。护筒采用16～20mm厚钢板预制，内径较桩径大15cm，首节6m，其余分节长度3m，护筒埋设深度以穿透易塌的杂填土、素填土、粉质粘土、粉砂层至地铁隧道底面以下约2m，同时考虑上海金泰SH38型最大扭矩因素，护筒现场埋设深度为18m。

护筒施工过程中利用多功能旋挖钻机，通过动力头与驱动盘、连接盘、护筒驱动器及护筒和筒靴连接，将扭矩及加压力传递给护筒及筒靴，边旋转边下压钻入地层，护筒钻入与钻机取土交替进行，降低埋设护筒阻力，筒内取土深度控制以超过护筒底不大于0.5m为原则，以确保钻孔施工过程中孔壁稳定不坍塌。护筒驱动器上部通过销轴与连接盘连接，下部与护筒连接。

5、施工监测控制

施工期间委托有资质的第三方监测单位对隧道上方及周围土体进行监测，监测内容主要为：地铁隧道上方及附近土体和周围建筑物的沉降及变形监测；靠地铁侧土体深层侧向变形监测；隧道变形监测。

（1）沉降及变形监测

隧道上方沉降监测点的布点原则，要能够充分控制监测对象的变形状态，监测点主要布置桩基两侧靠近地铁隧道，每个墩位设置4个点，左右各2个监测点，具体布置见“图5-1施工监测点布置图”。

监测点埋设采用专用不锈钢测钉埋设，浇筑混凝土来固定不锈钢测钉，在监测点位置标示监测点号，并用油漆做好标记。

匝道桥钻孔桩施工期间相应的监测点每12h监测一次，并将监测数据及时上报。检测点测量采用电子水准仪与铟钢条码尺进行。

桩基施工时各土层的沉降观测采用分层沉降观测系统进行。整个系统由电磁式沉降仪、沉降管、沉降环及其它配套设备构成。主要布置在桩位处，每个墩位在轴线合适位置设置1个监测点。

⑵深层侧向变形监测

对于钻孔桩地铁侧土体侧向变形采用预埋测斜管进行监测，测斜管安装在墩位轴线合适位置。埋设深度超过桩底1m。

⑶隧道变形监测

对隧道的变形监测，监测的主要内容包括拱顶变形及收敛变形等，监测频率根据施工需求适当加大。

本次监测成果数据表表示，本次地表沉降监测成果数据ys02~ys06号墩区域地表沉降量为0.26mm~11.59mm，在正常范围内，yx03~yx10号墩区域地表沉降量为-6.44~7.26mm，属于正常范围内；本次土体深层水平位移监测成果数据表显示该阶段的位移量为0.10mm-2.14mm，其累计位移量为-0.23mm-13.92mm，均在正常范围内。本次监测成果数据表显示，本阶段本工程队地铁6号线影响区域及周边环境安全暂无异常。

深层水平位移监测中，监测孔X031、X042、X052、S031、S032、S061的累计变形较大，在桩基施工期间多次出现位移突变现象，通过数据分析结合现场施工情况得出，钢护筒施工期间对周边土体有扰动影响，影响深度在距孔口6.0~10.0m段，分析原因在钢护筒施工调整钢护筒垂直度所致，桩基施工期间对周边土体影响不大，数据无突变无持续性变化。

隧道内自动化监测中，各项监测数据均在正常范围内，表明桩基施工对地铁隧道结构的影响较小。

6、结论

鹦鹉大道路面占道施工，桩位共计38根，其中YS匝道桥20根桩，累计用时32天，平均每1.6天完成一根。YX匝道桥18根桩，累计用时27天，平均1.5天。采用深护筒跟进，旋挖钻成孔，局部高压旋喷桩对土体进行加固的工法在保证隧道安全前提下，快速经济的完成桥梁桩基施工，解决了地铁与桥梁施工交叉区域桩基施工，可以为类似工程提供参考依据。

参考文献：

[1]《基坑工程手册》刘国彬王卫东主编北京中国建筑工业出版社2009年11月第一版