全回轉(zhuǎn)套管鉆機清樁施工技術(shù)

裴文強

(中鐵十八局集團 第四工程有限公司，天津 300222)

1 工程概況

天津地鐵5 號線第7 合同段思源道站位于原天津市軋鋼廠三廠型鋼一分廠，該車站為地下雙層島式站臺車站，主體結(jié)構(gòu)基坑長191．08 m，車站寬度20．7 m，圍護結(jié)構(gòu)采用0．8 m 厚地連墻，采用鎖扣管接頭方式，標(biāo)準(zhǔn)幅單元幅寬6 m。標(biāo)準(zhǔn)段地連墻深度為31．92 m，小里程盾構(gòu)井段地連墻深度為38．8 m，大里程盾構(gòu)井段地連墻深度為33．92 m。

車站周圍建筑物為中石化紅星支路加油站，該加油站為一層磚砌平房結(jié)構(gòu)，加油棚距離車站最近處20．45 m，加油站營業(yè)廳距離車站38 m。

該站位于原天津市軋鋼廠三廠型鋼一分廠，廠區(qū)拆遷后，在施工區(qū)域范圍內(nèi)仍遺留部分較深的樁基礎(chǔ)及構(gòu)筑物，其中構(gòu)筑物主要為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，部分還包含鋼板、型鋼、槽鋼等結(jié)構(gòu)。因地下連續(xù)墻圍護結(jié)構(gòu)施工時，成槽機無法進行成槽作業(yè)，須先將影響車站圍護結(jié)構(gòu)及格構(gòu)柱施工的部分障礙物清除并進行換填加固后，再進行地下連續(xù)墻圍護結(jié)構(gòu)施工。

考慮本基坑地質(zhì)情況復(fù)雜、周邊存在敏感建筑物，且清樁后對回填土以及樁身周圍土體強度要求較高的特點，采用全回轉(zhuǎn)套管鉆機對地下障礙物進行清除，結(jié)合施工情況，對全回轉(zhuǎn)套管鉆機清樁施工原理、特點和工藝進行介紹，為類似工程施工提供參考。

2 全回轉(zhuǎn)套管鉆機清樁施工工藝原理

利用RT200H 型全回轉(zhuǎn)設(shè)備產(chǎn)生的下壓力和扭矩，驅(qū)動鋼套管轉(zhuǎn)動，管口的高強刀頭對土體、巖層及鋼筋混凝土等障礙物進行切削，將套管鉆入地下至樁底，用沖抓斗將樁頭以上土體清除，將樁體鋼筋與鋼絲繩焊接固定，用吊車將樁體拔出，最后用三七灰土進行回填，同時逐節(jié)拔除鋼套管。如圖1。

3 全回轉(zhuǎn)套管鉆機清樁施工技術(shù)特點

圖1 楔型夾緊機構(gòu)及回轉(zhuǎn)裝置原理圖

(1)本設(shè)備套管旋轉(zhuǎn)沉入360°旋轉(zhuǎn)鉆進，占地小，清障安全性能好，對周邊環(huán)境無影響。

(2)無振動、無污染，不使用泥漿，作業(yè)面干凈，既環(huán)保又安全，鉆機施工過程中，采用液壓馬達驅(qū)動，施工噪音小，不存在擾民現(xiàn)象。(3)無擾動，套管鉆進能使障礙物與周圍土體完全隔離，套管對四周土體及臨近構(gòu)筑物無影響和擾動，能保證清除樁體和回填的質(zhì)量，為后續(xù)地連墻圍護結(jié)構(gòu)施工提供保障。

(4)鉆進深度大，根據(jù)土質(zhì)情況，最深可達70 m 左右，鉆進速度快，鉆進速度可達14 m/h 左右，比傳統(tǒng)的明挖清障工期短。

(5)障礙物在自然地面以下時無需開挖。

4 施工工藝流程及操作要點

4．1 施工工藝流程圖

清障施工工藝流程見圖2。清樁施工工藝流程見圖3。

圖2 清障施工工藝流程

圖3 清樁施工工藝流程

4．2 操作要點

4．2．1 施工準(zhǔn)備

首先將需清除部位及主要設(shè)備作業(yè)部位地面平整壓實，然后由測量人員對需清除的地下結(jié)構(gòu)具體位置精確放樣，并做好標(biāo)記。鉆機就位過程如下:

(1)安放路基板，安放定位鋼板，定位鋼板安放必須平整，且孔位中心與需清障的孔位中心精確重合，定位鋼板的四個定位基點必須全部在路基板的中心，定位鋼板的孔位中心可通過兩根細線確定，安放時與預(yù)先測量好的需清障孔位中心重合即可。

(2)安放鉆機，鉆機四個支腿全部安放入定位鋼板的四個基點，安放到位后，可通過鉆機的垂直監(jiān)視系統(tǒng)或經(jīng)緯儀確定鉆機的垂直度，通過調(diào)整四個支腿油缸使鉆機安放水平。

(3)液壓泵站就位，并與鉆機液壓系統(tǒng)連接完畢，撿查、調(diào)試好設(shè)備，并確保各個系統(tǒng)工作正常(啟動前須保證泵站各個系統(tǒng)工作良好，包括油料、冷卻液、油管連接、各閥門等)。

(4)安裝鉆機配重架及反力配重，注意反力配重應(yīng)對稱安放。

(5)安裝反力叉，反力叉安裝好后，反力叉遠離鉆機的，一端用履帶吊或者挖掘機的履帶頂死，以防鉆機帶載旋轉(zhuǎn)切削時產(chǎn)生的反力造成鉆機主機旋轉(zhuǎn)。

(6)將已安裝刀具的鉆頭(1．5 m 長)與一截6 m 或4 m 的套筒連接好后，安放入鉆機。

4．2．2 套管鉆進

在鉆機就位后，開始進行套管的埋設(shè)和鉆進作業(yè)。施工步驟及注意事項如下:

(1)啟動液壓泵站，將發(fā)動機的轉(zhuǎn)速從低轉(zhuǎn)速逐步調(diào)整至高轉(zhuǎn)速，鉆機回轉(zhuǎn)液壓馬達調(diào)至0 位，啟動夾緊油缸按鈕，確認(rèn)鉆機夾緊機構(gòu)已將套管夾緊后，方可啟動回轉(zhuǎn)驅(qū)動系統(tǒng)．，回轉(zhuǎn)馬達初始啟動必須低轉(zhuǎn)速運行，待回轉(zhuǎn)阻力穩(wěn)定且低于設(shè)定值時，方可適量調(diào)高轉(zhuǎn)速。

(2)試運轉(zhuǎn)正常及垂直度修正完成后，開始正式鉆進，正式鉆進同樣是發(fā)動機高轉(zhuǎn)速，鉆機低轉(zhuǎn)速，壓力、扭矩穩(wěn)定且未達到設(shè)定值時，可適量調(diào)整轉(zhuǎn)速及收縮支腿油缸進行鉆進。一般初始5 m 以內(nèi)，鉆機轉(zhuǎn)速控制在3 ～5 r/min，旋轉(zhuǎn)扭矩穩(wěn)定在額定最大扭矩的30% ～50%，以確保初始鉆機設(shè)備的穩(wěn)定及鉆進垂直度。

(3)注意事項。施工過程中每節(jié)套管壓入的精度都將直接影響鉆孔的施工質(zhì)量，特別是上部5 m 范圍的精度最為重要。每節(jié)套管放入夾管裝置，收縮夾管液壓缸，利用鉆機和導(dǎo)向糾偏裝置將套管的垂直度精度調(diào)整到要求的范圍內(nèi)。鉆進過程中隨時利用設(shè)備自帶的水平檢測系統(tǒng)檢驗套管垂直度，并每孔三次在套管的兩個垂直方向架設(shè)經(jīng)緯儀進行垂直度復(fù)核控制。每節(jié)套管連接好并檢查垂直度后，通過全回轉(zhuǎn)鉆機的回轉(zhuǎn)裝置使套管進行不小于360°的旋轉(zhuǎn)，以減少套管與土體的摩擦阻力，并隨即利用套管端部的刀齒切割土體或障礙物，壓入土中，開始正常作業(yè)。

4．2．3 地下障礙物清除

鉆進8 ～10 m 后，用沖抓斗將套管內(nèi)渣土抓出，抓取套管內(nèi)土?xí)r，注意測量管內(nèi)土面高度，確保土面距離刀頭3 ～5 m，嚴(yán)禁超挖，己免地下水大量涌入套管內(nèi)，造成地面沉降。抓取土過程中，遇到地下障礙物時，更換十字沖錘，將地下障礙物砸碎，然后采用沖抓斗將障礙物抓出。當(dāng)?shù)叵抡系K物為樁體時，采用沖抓斗抓緊樁體，套管全部穿透樁位后，上下循環(huán)套管，使樁體活動，而后采用鋼絲繩抓出;若樁體過長可在拔出過程中截斷，分段清除;若抓斗無法抓出時，可人工清理出樁頭0．8 ～1．2 m，采用鋼絲繩與樁體牢固連接，一頭采用吊車或鉆機直接拔出;若人工進入有困難時，采用十字沖錘沖碎樁體，然后用沖抓斗抓出。見圖4。

圖4 清樁示意圖

4．2．4 孔位回填

地下障礙物完全清除完畢后，即進行套管內(nèi)土體回填施工，回填采用灰土。回填灰土?xí)r采用挖掘機直接填入。回填1 ～2 m 后，采用沖錘進行夯實，同時進行套管旋轉(zhuǎn)拔出，拔出套管過程中，套管鉆頭不要超出回填土面?；靥钆c套管拔出交叉配合，直至回填到地面處。見圖5。

4．2．5 鉆機移位

回填完成后，將鉆機移至下一樁位，繼續(xù)施工。

圖5 孔位回填圖

5 效益分析

在天津地鐵5 號線思源道站工程中，基坑內(nèi)地下障礙物清除選用全回轉(zhuǎn)套管鉆機清障技術(shù)。全回轉(zhuǎn)套管鉆機清障相比傳統(tǒng)的明挖清障而言，其安全性高、施工場地占用小、適用范圍廣、清障效果好、工期短及投資省、對周圍環(huán)境影響小、環(huán)保節(jié)能。傳統(tǒng)明挖清障與全回轉(zhuǎn)套管鉆機清障效益比較如下:①施工工藝。傳統(tǒng)明挖清障障礙物周邊需施做圍護結(jié)構(gòu)，坑內(nèi)開挖;全回轉(zhuǎn)套管鉆機清障無需開挖，套管支護，方便、快捷。②土體擾動。傳統(tǒng)明挖清障對周圍土體擾動大，回填面積大，后續(xù)地連墻成槽易塌方;全回轉(zhuǎn)套管鉆機清障對周圍土體基本無擾動，回填面積小，后續(xù)地連墻成槽無塌方。③清障深度。傳統(tǒng)明挖清障一般不超過30 m;全回轉(zhuǎn)套管鉆機清障可達到70 m。④適用地質(zhì)。傳統(tǒng)明挖清障粉質(zhì)性土;全回轉(zhuǎn)套管鉆機清障各類土層。⑤人員投入。傳統(tǒng)明挖清障人員投入大;全回轉(zhuǎn)套管鉆機清障 傳統(tǒng)工藝的50%。⑥機械設(shè)備。傳統(tǒng)明挖清障設(shè)備種類繁多;僅一臺全回轉(zhuǎn)套管鉆機和一臺履帶吊。⑦材料使用。傳統(tǒng)明挖清障材料使用多;全回轉(zhuǎn)套管鉆機清障僅三七灰土。⑧施工進度。傳統(tǒng)明挖清障4 個月;全回轉(zhuǎn)套管鉆機清障傳統(tǒng)工藝的25%。⑨總費用。傳統(tǒng)明挖清障350 萬元;全回轉(zhuǎn)套管鉆機清障傳統(tǒng)工藝的50%。○10環(huán)保節(jié)能。傳統(tǒng)明挖清障對周邊環(huán)境影響大，后續(xù)施工受影響;全回轉(zhuǎn)套管鉆機清障對周圍環(huán)境影響小，無污染，不使用 泥漿，作業(yè)面干凈，既環(huán)保又安全。

工程實踐表明，采用全回轉(zhuǎn)套管鉆機對基坑內(nèi)的預(yù)制方樁和鋼筋混凝土構(gòu)筑物進行清除，清除效果有效徹底，清除后的土體強度未受到破壞，不影響地連墻成槽施工，根據(jù)后期地連墻施工情況顯示，成槽期間未發(fā)現(xiàn)有塌孔現(xiàn)象，地下障礙物的有效徹底清除為后續(xù)地連墻施工提供了保障，確保了深基坑圍護結(jié)構(gòu)施工及周邊環(huán)境的安全，社會、經(jīng)濟效益顯著。