軌道交通基巖標結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工質(zhì)量控制

王小維，吳春開，劉全海，朱建華

(1.常州市測繪院，江蘇 常州 213003;2.江蘇常州地質(zhì)工程勘察院，江蘇 常州 213000)

1 引 言

常州市位于長江三角洲地區(qū)，由于受地下水開采、地層巖性結(jié)構(gòu)、水文地質(zhì)條件、土體特性、固結(jié)歷史等綜合因素的影響，地面沉降對城市防汛、基礎(chǔ)設(shè)施安全運營產(chǎn)生了長期的嚴重影響。軌道交通建設(shè)是投資額大、影響面廣的一項民生工程。1 號線全長約42 km，穿越主城地面沉降漏斗區(qū)。其高程控制測量對起算數(shù)據(jù)精度要求高，對沿線地面沉降控制要求嚴格，在工程的建設(shè)與運營過程中，均要有穩(wěn)定、可靠的高程基準。基巖水準標(簡稱基巖標)通過鉆探的方法而埋設(shè)在地下完整基巖上，可以避免由于地下水開采、地面沉降等因素而帶來的不利影響，是現(xiàn)代高程測繪基準。為了提高軌道交通高程控制測量精度、建設(shè)質(zhì)量、運維管理、地面沉降監(jiān)測以及建立新的常州市高程基準，常州市測繪院在軌道交通1 號線沿線建設(shè)了三座深層基巖標，對其結(jié)構(gòu)進行了詳細設(shè)計，對施工工藝及關(guān)鍵技術(shù)進行了全過程的質(zhì)量控制。

2 基巖標結(jié)構(gòu)設(shè)計

基巖標結(jié)構(gòu)是施工建設(shè)、材料選用的基礎(chǔ)，必須重視基巖標結(jié)構(gòu)設(shè)計。

2.1 基巖標鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計

收集城市相關(guān)規(guī)劃設(shè)計、地質(zhì)資料，確定鉆孔位置和鉆孔工藝。確定鉆孔終孔孔徑為300 mm，基巖面以下地層內(nèi)，鉆孔孔徑為110 mm。

2.2 基巖標深度確定

根據(jù)已有的地質(zhì)資料，初步確定基巖標的深度，要求標桿埋設(shè)在新鮮、完整基巖內(nèi)，基巖標底的埋設(shè)位置在基巖面以下不少于5 m，具體位置按實際地質(zhì)情況與相關(guān)專家共同確定。

2.3 基巖標標體結(jié)構(gòu)設(shè)計

基巖標標體結(jié)構(gòu)設(shè)計由保護裝置(保護管)、引測裝置(標桿)、導(dǎo)正裝置(扶正器)、標底裝置和地面裝置5 大主要結(jié)構(gòu)組成，基巖標標底須與基巖固結(jié)成一體，保證其穩(wěn)固、可靠、永久，組成結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 基巖標結(jié)構(gòu)示意圖

(1)保護裝置

保護管置于鉆孔內(nèi)，由水泥漿與基巖固結(jié)，其作用是保護引測裝置，盡可能地減小周圍土層對標桿的影響。基巖標保護管采用Ф168×8 mm地質(zhì)專用鋼管。

(2)引測裝置

標桿及其配置的合理性直接影響基巖標整體的穩(wěn)定性與精確性。基巖標標桿采用四級寶塔結(jié)構(gòu)設(shè)計，材質(zhì)用DZ40 地質(zhì)無縫鋼管。根據(jù)材料力學(xué)原理，按“九五分割”法確定的分段長度使其整體穩(wěn)定性最好，規(guī)格自下而上分別為Ф108、Ф73、Ф50、Ф42，底部灌注水泥漿與新鮮完整基巖固結(jié)成一體。

(3)導(dǎo)正裝置

扶正器不僅起導(dǎo)正作用，又能使標桿導(dǎo)直和在保護管內(nèi)居中，同時也使保護管與標桿的作用相互獨立，采用自加工的三向轉(zhuǎn)動不銹鋼輪式扶正器，按力學(xué)原理計算標桿每5 m間隔安裝一個扶正器．

(4)標底裝置

標底裝置保證引測裝置底部與新鮮完整基巖緊密接觸并固結(jié)成一體。基巖標標底設(shè)置托盤管靴，將預(yù)制的標底埋入新鮮完整基巖體內(nèi)，并用定量水泥將標底與基巖固結(jié)成一體。

(5)地面裝置

在引測標桿上設(shè)主標測點，在保護管上設(shè)副標測點，在離主標5 m范圍內(nèi)設(shè)地表沉降點，主標、副標及地面監(jiān)測點的測量成果可分析基巖標的質(zhì)量。

3 基巖標施工工藝及關(guān)鍵技術(shù)解決

3.1 地質(zhì)勘探

(1)野外勘探

以基巖標孔作為地質(zhì)勘探孔，終孔孔徑φ110。全孔取芯鉆進，全孔巖芯采取率≥85%，粘性土按2.5 m間距采取原狀土樣，砂性土按層次取擾動樣。

地質(zhì)勘探孔開孔，用φ110 取芯鉆具及導(dǎo)向裝置利用鉆具自重取芯鉆進至新鮮基巖3 m。鉆進過程中，每20 m測量孔斜及丈量鉆具校正孔深，保證百米孔斜不超過0.5°，終孔孔斜不超過1°，終孔孔深誤差不超過10 cm。整個施工過程中采用低固相優(yōu)質(zhì)泥漿連續(xù)施工至終孔。

(2)室內(nèi)測試

在常規(guī)物理測試和剪切試驗的基礎(chǔ)上，加強土體的壓縮性試驗，繪制e－logP 曲線，并提供先期固結(jié)壓力。

(3)資料分析及成果評價

根據(jù)勘探測試結(jié)果提供單孔綜合柱狀圖，并對各工程地質(zhì)層的強度、壓縮性進行分析評價，為基巖標標底位置的確定提供依據(jù)。

3.2 基巖標成孔及安裝

(1)成孔施工

①鉆孔

在地質(zhì)勘探孔的基礎(chǔ)上，以小口徑鉆孔為基準孔，采用φ200/φ110、φ300/φ200 超前導(dǎo)向式鉆頭利用鉆具自重擴孔成孔，并采用低固相優(yōu)質(zhì)泥漿護壁，保證鉆進安全及防止坍孔和縮徑。

②垂直度控制

為保證成孔的垂直度，在φ200/φ110 擴孔過程中，每20 m 間隔測量孔斜，每達100 m 孔斜不超過0.5°，發(fā)現(xiàn)超出0.5°標準及時糾偏。

(2)保護管安裝

擴孔結(jié)束后，撈凈孔底沉渣，按放φ168 地質(zhì)鋼管作保護管，確定與擴孔孔深相符后，下φ50 鉆桿開始注入按計算量攪拌好的水泥漿，管外漿高5 m。注漿后，提起φ50 鉆桿換漿，此時單向閥關(guān)閉，水泥漿無法回流，及時將保護管插入孔底，待凝固后透孔。外部按設(shè)計要求立即回填止水。

(3)透孔

孔內(nèi)水泥凝固后，用帶導(dǎo)向的φ110 鉆具鉆進至新鮮基巖不少于5 m。

(4)標桿安裝

對上主動鉆桿用鉆機加壓，使標底裝置與巖面嚴密接觸。標桿部位安裝扶正器，扶正器與保護管接頭最小內(nèi)徑的半徑間隙不大于2 mm。壓標后，安放(連接)桿頭和副標頭，并在保護管及標桿內(nèi)灌入蒽油至含水層。

4 基巖標施工質(zhì)量控制

基巖標建設(shè)投資大，作用深遠，怎樣控制好質(zhì)量是關(guān)鍵所在。基巖標是隱蔽、長期工程，標體結(jié)構(gòu)在設(shè)計上科學(xué)、合理外，施工技術(shù)與方法也是重要的控制環(huán)節(jié)，要求標底地層層位準確、鉆孔結(jié)構(gòu)合理、鉆孔軸線垂直和標體安裝可靠。

4.1 基巖面的判斷

為確保基巖面的判斷準確，會同有關(guān)專家，要綜合考慮地質(zhì)、鉆進、巖樣的風(fēng)化及漸變、巖性符合等情況，結(jié)合基巖物力檢測數(shù)據(jù)，以準確判斷基巖面和確定基巖標底的深度。

4.2 標孔垂直度的質(zhì)量控制

標孔的防斜采取以下防范措施:①地基應(yīng)平整、夯實，確保鉆塔、鉆機立軸中心及孔口三點一線;②鉆桿、鉆具應(yīng)保持平直度，彎曲度小;③采用加長鉆具、出刃小的鉆頭、輕壓、小泵量鉆進;④加密測斜，及時正確了解鉆孔垂直度，以便隨時采取適當?shù)墓に噮?shù)保證孔斜度符合設(shè)計要求;⑤采用低固相優(yōu)質(zhì)泥漿護孔、清孔，每個回次保證孔底巖粉及時排除干凈，以防造成孔斜。

4.3 保護管的質(zhì)量控制

為保證保護管的質(zhì)量采取以下措施:①保護管外回填，根據(jù)地質(zhì)條件，選擇回填材料，四周應(yīng)均勻回填;②基巖標保護管管底確保2 m～3 m有效固結(jié)長度，密封膠封膠，用加力桿上緊絲扣，采用壁后注漿固井，進口返上水泥漿，水泥漿加速凝劑，待凝時間不少于72 h;③基巖標保護管應(yīng)進入新鮮基巖2 m。

4.4 基巖標標體穩(wěn)定、靈敏度的質(zhì)量控制

為掌控基巖標標體穩(wěn)定、靈敏度采取以下措施:①為保證下入實際深度的精度，對接送水快速接頭，送水清理孔底，證明已確實將標腳落實在孔底巖石之上;②標腳入新鮮基巖深度不小于5 m;③滾輪扶正器半徑之尺寸與套管接箍內(nèi)徑之半徑間隔保證在1.5 mm～2 mm范圍內(nèi);為保證整個扶正器的同心度，鋼制支架在制作中銷軸之中心與支架底部的尺寸應(yīng)通過精加工來保證在同一精度。

4.5 防銹措施

為保證基巖標長久、穩(wěn)定，對鋼材防銹采取以下措施:①依據(jù)地下水條件，保護管及標桿內(nèi)蒽油灌注至含水層;②標桿扶正器銷軸、滾輪選用不銹鋼材質(zhì)，外鍍防銹漆。

5 基巖標建設(shè)案例與分析

常州市軌道交通1 號線3 個基巖標經(jīng)過3 個多月施工，于2013年12月中旬全部建成，覆蓋層、基巖層孔經(jīng)分別按φ300、φ200、φ110 施工，終孔孔斜分別為0.5°、0.4°、0.3°，基巖標標底位置深度分別為235 m、208 m和135 m，均滿足設(shè)計要求;固井使用的水泥、水灰比合理，灌注的水泥漿量精確無誤、灌注后凝固時間充足，保護管及標桿材質(zhì)、尺寸、壁厚符合設(shè)計要求，地面裝置部分設(shè)計美觀、實用。

經(jīng)過近半年的監(jiān)測結(jié)果表明，最大沉降變形為1.2 mm，基巖標穩(wěn)定性良好。

6 結(jié) 語

基巖標的建設(shè)，為軌道交通建設(shè)及基礎(chǔ)測繪提供了一個穩(wěn)定、統(tǒng)一的高程基準。同時，由于基巖標施工工藝復(fù)雜，質(zhì)量要求高，必須根據(jù)地質(zhì)、地層情況，認真編寫相關(guān)技術(shù)設(shè)計，選擇責(zé)任心強的施工隊伍，從鉆孔施工、基巖標底確定、孔斜控制、套管、標桿施工工藝質(zhì)量等方面采取質(zhì)量保證措施，才能保證標孔施工質(zhì)量。

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