既有樁基侵入新建地鐵隧道的探測技術(shù)及其施工對策
——以廣州市軌道交通7號線區(qū)間隧道工程為例

趙 馳，黃偉雄

廣州地鐵集團有限公司，廣東 廣州 510000

1 地鐵隧道工程概況

廣州市軌道交通7號線二期項目洪圣沙站—裕豐圍站區(qū)間長1740m，區(qū)間主要下穿洪圣沙島邊浮碼頭、珠江主航道、黃埔港碼頭，最后進入裕豐圍站。

洪圣沙站—裕豐圍站區(qū)間隧道在黃埔港碼頭處需下穿黃埔港碼頭七泊位二線龍門吊、八泊位一線龍門吊。該隧道覆土約為20m，前期資料調(diào)查顯示，龍門吊樁基為靜壓管樁，樁徑約為500mm，樁長21～24m，侵入隧道深度約為1～4m，數(shù)量約為16根，實際侵入狀況有待進一步探測驗證。樁基探測施工區(qū)域平面如圖1所示。

圖1 樁基探測施工區(qū)域平面圖

黃埔港碼頭龍門吊樁基區(qū)域由上到下地層情況如圖2所示，依次為<1>人工填土層；<2-1>淤泥質(zhì)土、<2-2>淤泥質(zhì)粉細砂；<3-2>中粗砂；<4N-2>粉質(zhì)黏土；<7-1>強風化含礫粗砂；<8-1>中風化含礫粗砂；<9-1>微風化含礫粗砂巖，覆土厚度為20.5～25.6m。

圖2 龍門吊軌道梁樁基施工區(qū)域地質(zhì)剖面圖

根據(jù)地質(zhì)詳細勘測資料，下穿黃埔港段盾構(gòu)隧道整體位于<8-1>中風化含礫粗砂巖及<9-1>微風化含礫粗砂巖中，巖面基本處于隧道頂部以上3.02～5.74m。一般情況下，管樁的終孔條件為管樁樁端至持力層（強風化地層），其侵入隧道可能性較小。但考慮到樁基嵌固深度等不確定性因素的影響，黃埔港一、二線龍門吊管樁樁基是否侵入隧道尚需進行詳細探測，以明確樁長、樁深及數(shù)量等重要參數(shù)，為科學制訂施工方案提供依據(jù)[1]。

2 全方位電法技術(shù)的基本原理及實際應用

2.1 選擇全方位電法的依據(jù)

地勘及設計圖紙顯示，盾構(gòu)下穿段龍門吊樁基位于軌道梁正下方，為直徑500mm的管樁，具體位置待明確；地面為鋼筋混凝土路面，厚度為30cm。因為黃埔港日進發(fā)貨量大，破除地面探樁位將影響龍門吊作業(yè)及港內(nèi)交通，對黃埔港運營影響較大，所以現(xiàn)場不具備破除地面條件，需采用物探方法探明龍門吊樁基具體位置、深度。在不明確樁基位置的前提下，磁法、單孔地震波法、跨孔CT法等常用探樁方法均無法準確探明樁基位置，而全方位電法可在不破除路面的情況下，有效探明樁基位置及深度，因此采用全方位電法進行探測。

2.2 全方位電法基本原理

全方位電法依據(jù)混凝土材質(zhì)、鋼質(zhì)等材料（如樁基及樁靴等）與圍巖存在較明顯的電阻率、密度及介電常數(shù)的差異，來確定所探測物體的探測指標（如樁位與樁長等）。其裝置方式沿用高密度電法設備，通過鉆孔深入地下探測地下目標體，以立體的方式在地表和井中全方位地實施探測[2]。其探測能力范圍為鉆孔周邊60m，可以高精度地確定目標體在地下的埋藏深度和延伸方向，并且不受地面的電磁干擾及介質(zhì)交叉和重疊的干擾。全方位電法測繪原理如圖3所示。

圖3 全方位電法測繪原理示意圖

全方位電法探測具有探測范圍大、數(shù)據(jù)采集能力強、避免多種干擾、探測精度高（分辨率達到5%以上）等優(yōu)點，同時可以避開地下管線或地下工程等進行多方式和多角度的施測，發(fā)現(xiàn)地下精細目標體。

2.3 黃埔港探測方案的確定及探測過程

由于管樁成孔條件為樁底位于強風化地層，在樁基探測工程實施之前，應通過地質(zhì)勘察資料判斷龍門吊軌道與地鐵隧道相交處<8-1>中風化含礫粗砂巖巖面標高。若巖面位于隧道頂3m以下，不進行探樁；若巖面位于隧道頂3m以上范圍或進入隧道，則采用全方位電法進行樁基探測。鉆孔布置示意圖如圖4所示。

圖4 鉆孔布置示意圖

物探鉆孔設置在垂直于龍門吊軌道梁方向3m處，探測范圍為6m隧道范圍內(nèi)樁基。設計鉆孔的探測深度為5～30m。成孔后需利用清水沖洗干凈孔內(nèi)的所有泥沙，并將事先為探測專門制作的PVC管放入，同時確定PVC管的完整性，確保PVC管沒有損壞，保證探孔通暢。

施測時，以鉆孔為基點，測線方向與龍門吊軌道梁相交呈扇形布置。每個鉆孔布設2條電法探測主測線，14條分測線，測線間距為0.4m。每條測線上分布電極，電極間距為0.3m，共有120個電極點。用全站儀對測線起始點及拐點進行定位并標識，各處鉆孔測線布設示意圖如圖5、圖6所示。

圖5 全方位電法測線布設圖（單位：m）

圖6 全方位電法測繪現(xiàn)場布置圖

2.4 探測成果分析

采用全方位電法，探測完成4個鉆孔的8條全方位電法測線，共480個點。將采集到的原始數(shù)據(jù)進行處理后，可以得到每條測線的視電阻率剖面圖，然后結(jié)合前期收集到的測區(qū)工程地質(zhì)勘察資料等數(shù)據(jù)，對4個通過電法探測的鉆孔得到的視電阻率剖面圖進行合理的解釋和分析。因為數(shù)據(jù)量較大，且原理相同，文章僅以物探鉆孔ZZK4為例進行闡述。

在物探鉆孔ZZK4處共完成2條全方位電法主測線的探測工作，得到其全方位電法成果剖面如圖7所示。

圖7 鉆孔ZZK4部分測線全方位電法成果剖面圖（單位：m）

從圖7（a）可以看出，測線ZZK4-1-8處有一條自上而下的視電阻率高阻異常區(qū)域，結(jié)合勘察資料及成果圖可以判斷該高阻異常區(qū)域為龍門吊樁基位置。綜合ZZK4鉆孔其余測線成果剖面圖，分析該鉆孔處共有1處龍門吊樁基，樁基底部埋深為21.8m。

根據(jù)測線ZZK4-1-8全方位電法成果剖面圖繪制其視電阻率變化曲線如圖8所示。

圖8 測線ZZK4-1-8視電阻率變化曲線圖

由圖8可知，深度約22.5m處的上下視電阻率值出現(xiàn)較大突變，判斷該深度為中風化頂界面。因此，樁基底面位于物探鉆孔ZZK4揭露的強風化層內(nèi)，未侵入隧道。

綜合其他3個鉆孔探測數(shù)據(jù)分析結(jié)果，并對測得的樁基底部埋深和預修建盾構(gòu)隧道頂部埋深進行比較，可得各處鉆孔附近樁基的數(shù)量、埋深以及與隧道頂部間的距離，結(jié)果如表1所示。

表1 全方位電法探測結(jié)果

由表1可知，經(jīng)全方位電法探測到的6個樁基均未侵入隧道，但樁底距隧道拱頂最小距離僅1.1m，平均距離僅2m左右，該間距將對下穿隧道施工帶來一定影響。因此，需對既有樁基進行加固處理，以避免風險。

3 新建地鐵近接港口既有樁基時的施工對策

黃埔港港區(qū)是國家一類開放口岸，施工期間保障其正常運營，對確保廣州及周邊城市的日常生活、生產(chǎn)和貿(mào)易具有重要意義。鑒于此，為了將地鐵工程下穿施工對港區(qū)生產(chǎn)經(jīng)營帶來的影響及既有樁基對新建地鐵的影響降到最低，有必要在下穿過程中對原有樁基進行預加固處理。施工中擬采用預注漿加固方案對原有樁基進行加固處理，根據(jù)資料調(diào)研與方案比選[3-9]，預注漿采用WSS注漿技術(shù)進行施工。

WSS注漿技術(shù)采用二重管鉆機鉆孔至預定深度后注漿。注漿時采用電子監(jiān)控手段實施定向、定量、定壓注漿，使巖土層的空隙或孔隙間充滿漿液并固化[10]，達到改變巖土層性狀的目的。WSS注漿區(qū)域平面布置圖和剖面圖如圖9、圖10所示。

圖9 WSS注漿區(qū)域平面布置圖（單位：m）

圖10 WSS注漿區(qū)域剖面圖（單位：m）

采用上述加固方案，在施工中能改變原土體的物理性質(zhì)，提高土體密度及抗壓強度，增強樁基摩阻力，控制地面沉降，從而保證施工安全[11]。

4 結(jié)論

（1）利用全方位電法對黃埔港碼頭龍門吊既有樁基位置、數(shù)量、埋深進行探測，探測結(jié)果表明，既有樁基并未侵入新建隧道，但與隧道頂部距離較近，約為2m，將對隧道施工產(chǎn)生一定的影響。

（2）依據(jù)探測結(jié)果，提出WSS預注漿加固方案，對原有樁基進行處理，以增強樁基摩阻力，降低原有樁基對隧道施工的影響。

（3）樁基處理方案的有效性有待在施工中進一步檢驗。隧道施工中應對拱頂沉降等參數(shù)進行實時監(jiān)測，以確保施工過程的安全。