鄰近運營地鐵隧道的鉆孔灌注樁施工技術(shù)

閆靜雅

上海申通地鐵集團有限公司 上海 200070

近年來，上海地下空間開發(fā)以及大型市政工程建設(shè)規(guī)模加大，不可避免地出現(xiàn)大量鄰近地鐵隧道施工鉆孔灌注樁的工程，部分樁基距離隧道不到3 m，為確保地鐵結(jié)構(gòu)安全，需對鉆孔灌注樁施工保護措施的效果進行研究。

本文針對近些年鄰近地鐵側(cè)加設(shè)鋼護筒、預(yù)設(shè)加固樁以及運營空窗期快速施工方法的3種鉆孔灌注樁施工保護措施進行介紹。

1 鋼護筒保護施工方法

1.1 設(shè)計原則

一般距離地鐵隧道6 m以內(nèi)的鉆孔灌注樁采用鋼護筒護壁施工，護筒深度超過隧道底部不小于3 m，鋼護筒不得回收。

1.2 施工原則

這種保護措施的主要控制變形階段在鋼護筒的施工階段，鋼護筒下壓存在擠土施工，鋼護筒預(yù)鉆孔孔壁與護筒間存在間隙，均會對鄰近的地鐵造成附加影響。鋼護筒施工完成后，鉆孔灌注樁在護筒保護內(nèi)施工，只需要控制護筒以下鉆孔施工時間及施工影響，一般要求護筒以下部分鉆孔灌注樁施工時間不超過12 h。

1.3 施工工程實例

一種鋼護筒施工方式為鋼護筒壓入法[1]。滬杭鐵路客運專線采用板梁方式上跨上海軌交9號線，客運專線有4排16根鉆孔灌注樁位于地鐵保護區(qū)內(nèi)，4排樁的跨距全部為10 m，樁基的直徑為0.8 m，樁長46 m。此段并行3條地鐵隧道，隧道管片外徑為6.2 m，管片寬度1.2 m，隧道埋深7 m，所處土層為④層淤泥質(zhì)黏土。3條地鐵隧道分別位于4排鉆孔灌注樁之間（圖1）。所有樁基均采用φ1 m×1.2 cm鋼護筒護壁施工，鋼護筒的總長度為20 m，其中地面上2 m，地面下埋深18 m。

圖1 樁基與隧道剖面關(guān)系

采用全回轉(zhuǎn)套管鉆機下壓鋼護筒，但下壓鋼護筒過程造成鄰近隧道水平收斂變形值達到10 mm，嚴重報警（圖2）。后續(xù)通過打設(shè)泄壓孔、控制跳排壓入鋼護筒順序、調(diào)整下壓速度、沖水減小摩阻力以及信息化指導施工等措施，減小鋼護筒施工過程影響。

圖2 隧道兩側(cè)下壓鋼護筒對隧道收斂變形影響曲線

另一種鋼護筒施工的方式為先鉆孔后下護筒。護筒內(nèi)徑為設(shè)計樁徑＋50 mm，壁厚8 mm，鋼護筒制作精度要確保筒身整圓度，以避免卡住鉆頭。由于采用先鉆孔后沉護筒的方法施工，實際的鉆孔直徑需比鋼護筒的外徑稍大，鋼護筒下放鉆孔直徑為設(shè)計樁徑＋150 mm，因此鋼護筒可基本靠自身重力下沉到位。待鋼護筒完全沉放到位，位置準確無誤時，在鋼護筒與護壁間隙內(nèi)插入注漿管，對鋼護筒與護壁間隙進行注漿，使其填滿水泥漿液，從而確保護筒周邊土體穩(wěn)定性，減小施工對盾構(gòu)線路的影響。

1.4 注意事項

這種保護措施的鋼護筒不能回收，造價較高[2]。對鋼護筒的施工最早實施的項目采用慢速壓入法，但施工對鄰近隧道擠壓明顯，影響較大。后期較多工程采用預(yù)鉆孔后下放鋼護筒方法。但無論是壓入還是預(yù)鉆孔后放入，均會因鋼護筒的施工造成鄰近地鐵的變形。使用護筒護壁工藝施工鉆孔樁，由于成孔后下放護筒需較長時間，且護筒與孔壁之間無法完全緊貼，護筒與孔壁之間的間隙會造成混凝土澆筑后變形穩(wěn)定時間相對較長且離散性較大。

對于少量距離隧道較近（如橋梁樁基），且樁徑、樁長較大，施工需時較長的樁基，可考慮采用鋼護筒施工，且應(yīng)避免壓入而應(yīng)采用鉆孔跟進的方式施工鋼護筒。

2 預(yù)加固保護施工方法

2.1 設(shè)計原則

對樁基或承臺位置進行土體預(yù)加固，加固范圍大于1倍樁徑范圍為宜，加固樁宜采用MJS或三軸攪拌樁等非擠土工藝，樁長超過隧道底部不小于3 m。

2.2 施工原則

注意機械站位，尤其是三軸攪拌樁機械設(shè)備不允許放置于隧道上方。必須先進行非原位試樁獲取加固樁施工工藝參數(shù)，減小加固樁施工的影響。樁基須待加固完成后施工，加固體以下單樁施工時間應(yīng)控制在12 h內(nèi)。

2.3 施工工程實例

大中里項目上跨軌交2號線區(qū)間隧道，隧道兩側(cè)設(shè)置φ850 mm鉆孔灌注樁，有效樁長71.1 m，樁端進入⑨層土，總樁數(shù)143根。部分樁基與隧道最近距離僅3 m。工程樁基在三軸攪拌樁加固體中套打，加固體深度超過隧道底部3 m（圖3）。

圖3 預(yù)加固、樁基與隧道剖面關(guān)系

該工程樁基數(shù)量大，樁基深度大，鉆孔深72.50 m，位于加固體下方樁長54.50 m。下部穿越⑤層、⑦層土厚度大，單樁施工時間長。第1階段選用GPS10加強型設(shè)備非原位試樁7根，單樁施工平均用時42.26 h，其中加固體以下成孔至混凝土澆筑完成用時19.53～30.68 h，不能滿足地鐵方要求。第2階段采用GPS10加強型配合金泰SP30型鉆機非原位試樁28根，埋設(shè)3組土體測斜。監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，整個鉆進過程中施工范圍3 m外土體的側(cè)向最大位移為3.50 mm，混凝土澆筑結(jié)束24 h后土體位移部分恢復(fù)，最大位移為1.93 mm。加固體以下成孔至混凝土澆筑完成用時最短縮減至17.25 h。第3、第4階段采用GPS10加強型配合金泰SP30型鉆機分別試做6根及31根距離地鐵隧道6 m的原位樁基，隧道內(nèi)采用沉降及水平直徑收斂自動化監(jiān)測配合。第3階段上行線沉降數(shù)據(jù)最大值0.63 mm；下行線沉降數(shù)據(jù)最大值為0.71 mm。第4階段上行線沉降數(shù)據(jù)最大值為3.80 mm；下行線沉降數(shù)據(jù)最大值為1.70 mm。

經(jīng)過多次非原位試驗，總結(jié)出相關(guān)施工優(yōu)化措施，保證施工效率及影響可控：采用SP30進行上部17.8 m加固范圍內(nèi)的成孔施工，然后利用GPS10型鉆機施工17.8 m加固區(qū)以下部分，直至混凝土澆筑結(jié)束；鉆頭直徑由原850 mm增至890 mm，避免后續(xù)縮孔導致鋼筋籠無法正常下放到位；考慮到⑤層及⑦層土鉆進中鉆頭磨損較大，現(xiàn)場配置備用鉆頭，若發(fā)現(xiàn)鉆頭磨損過大，需及時更換鉆頭后再繼續(xù)鉆進。

2.4 注意事項

預(yù)加固施工即會對鄰近地鐵隧道產(chǎn)生變形影響，首先應(yīng)選擇合理的加固方式，并進行非原位試驗，減小加固施工影響。加固體內(nèi)套打施工鉆孔灌注樁，應(yīng)選擇合理的機械設(shè)備，雖然加固體范圍內(nèi)成孔不是關(guān)鍵工序，但如因加固體強度較高，鉆孔施工時間過長，同樣會對鄰近隧道造成不利影響。原位施工鉆孔灌注樁前，應(yīng)先進行非原位試成樁，優(yōu)化各項施工措施，縮短加固體下部成孔至混凝土澆筑完成的時間。

3 運營空窗期快速施工方法

3.1 施工原則

確保從樁基開始鉆孔至混凝土澆筑完成的時間段控制在地鐵隧道停運期間，上海地鐵一般停運時間僅6 h，2018年部分線路延長運營，很多線路天窗時間不滿5 h。施工單位須保證在地鐵晚高峰過后至第2天早高峰來臨前的7 h內(nèi)完成施工，確保樁基不因地鐵振動造成坍孔而影響地鐵隧道的安全。由于對成樁時間有嚴格的限制，因此施工前應(yīng)制訂出詳細、可行的分工序施工時間控制標準。

3.2 施工工程實例

南京東路179地塊樁型為直徑650 mm，長度45 m，部分樁基距離地鐵隧道約4 m。

該項目借鑒車載反循環(huán)鉆機工藝[3]，采用新型泵吸反循環(huán)法，將鉆頭切削產(chǎn)生的泥條通過大功率泥漿泵吸走，加快成孔速度。該工藝鉆削式快速成孔系統(tǒng)的成孔速度比常規(guī)的成孔速度提高2～3倍，可縮短成孔周期，具有孔底沉渣少、清孔快的顯著特點。工程使用鉆削成孔工藝，配合重力式漿泥分離裝置及立式漿泥分離系統(tǒng)，對施工現(xiàn)場泥漿進行工具式的存儲、分離，做到現(xiàn)場無泥漿外露，減少泥漿外運頻次，亦降低重車對軌交2號線區(qū)間隧道影響。

灌注樁快速成孔工藝、重力式泥漿分離及泥漿處理3個系統(tǒng)的配合可以縮短普通灌注樁的成孔時間，且孔底沉渣少，清孔快甚至無需一次清孔。

現(xiàn)場先進行了4根非原位試樁，在距離工程樁為2 m左右的位置布置測斜管，收集樁基施工不同階段的土體變形數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)表明樁周土體變形最大值在2 mm以內(nèi)。晚上地鐵停運前0.5 h進行開鉆準備工作，成孔時間控制在2.5 h以內(nèi)，提鉆桿0.5 h，下放鋼筋籠2 h，下放澆搗管并二清1 h，澆筑混凝土1 h，整個過程7 h內(nèi)完成。在軌交車輛到達工地前完成混凝土澆灌。

樁基正式施工時，監(jiān)測結(jié)果表明在隧道近距離樁基施工過程中，地鐵隧道的沉降和收斂都保持在2 mm以內(nèi)。

3.3 注意事項

這種方法適用于通過改進機械設(shè)備及各工序搭接措施縮短常規(guī)單樁施工時間的樁基，一般樁徑及樁長不大的可以實現(xiàn)。對于部分無法做到將整根樁施工時間控制在7 h內(nèi)的，可放松到隧道頂部以下部分鉆孔至將混凝土澆筑完成時間控制在地鐵停運空窗期內(nèi)。

4 優(yōu)、缺點對比及適用性

鋼護筒保護措施的護筒不能回收，成本高，且護筒自身施工對周邊環(huán)境影響較大。預(yù)加固保護措施需提前完成土體加固，增加額外的施工時間，且需特別注意加固施工的疊加影響?？沾捌诳焖偈┕し椒ǖ慕?jīng)濟效益和時間成本控制均較好，但不適用于樁徑大、樁深長、樁底穿過較厚砂性土層等耗時過長的樁基施工。

一般對于單樁傳統(tǒng)施工時間可控制在12 h以內(nèi)，通過改進機械設(shè)備及精心組織施工，能確保在7 h內(nèi)完成隧道頂部以下鉆孔及混凝土澆筑過程的樁基可采用運營空窗期快速施工的方法。

對于單樁施工時間用時較長，無法滿足空窗期快速施工的，結(jié)合土層情況及樁基平面布置，優(yōu)先選擇預(yù)加固保護施工方法。對于樁數(shù)少且平面布置離散的大直徑鉆孔灌注樁，可考慮采用鋼護筒保護施工方法，但需采用預(yù)鉆孔跟進鋼護筒方法。鋼護筒保護措施及預(yù)加固保護措施均需考慮保護措施施工過程對鄰近隧道的疊加影響。

5 結(jié)語

在鄰近地鐵隧道的樁基設(shè)計過程中即應(yīng)事先考慮施工影響因素，合理選擇保護措施。

試成樁是施工關(guān)鍵，需試驗施工機械設(shè)備、施工參數(shù)、施工擾動等。非原位試驗時，在對應(yīng)參照距離位置布置測斜孔等監(jiān)測措施，以監(jiān)測數(shù)據(jù)反分析指導施工，為后續(xù)原位施工明確各項施工參數(shù)[4-6]。

施工前，必須對隧道位置進行現(xiàn)場復(fù)測，地面放樣并做好明顯標識，確?，F(xiàn)場實際施工時樁基與隧道準確的相對位置。在信息化指導施工過程中，隧道內(nèi)部必須采用自動化監(jiān)測設(shè)備，及時獲取變形數(shù)據(jù)，以反饋指導施工。

緊鄰地鐵隧道施工工程樁，可考慮一些新工藝，例如ICE高頻免振動鋼管樁，在軌交2號線虹橋機場停機坪整治工程中，樁徑800 mm、樁長46 m的ICE高頻免振動鋼管樁，夜間停運期間分2節(jié)壓入，每節(jié)施工時間僅需幾分鐘，對距離不足3 m的地鐵隧道，振動及變形影響均處于可控狀態(tài)。