全回轉套管鉆機在盾構隧道樁基清障中的應用

石平

(武漢地鐵集團有限公司，湖北武漢430308)

1 工程概況

菱角湖公園風井-菱角湖路站區間盾構將穿越原有武漢圖書大世界遺留樁基（見圖1），影響上、下行線盾構的穿越樁基為Φ377 mm夯擴樁。夯擴樁擴大頭直徑暫按Φ650 mm考慮，樁長為14～15 m。按照設計原則隧道中心線兩側4 m范圍內的樁基必須預先拔除。根據現有資料，影響范圍內樁基為89根，在實際施工時，應先對所有樁基開挖使之暴露，并實測其樁位的坐標，對應設計原則要求，具體確認最終需拔除的根數。對于原圖書大世界廁所旁兩幢房子，因在軸線范圍內無建筑物的相關竣工圖紙，考慮在正式施工時對相關區域進行開挖排摸，最終確認是否有樁基影響。

圖1 原武漢圖書大世界需拔除樁基與隧道區間平面關系圖

隧道穿越原有武漢圖書大世界遺留樁基區域土層由上至下依次為：①1雜填土、③2黏土、③4粉質黏土夾粉土、③5粉質黏土夾粉砂、粉土、④1粉細砂（見圖2）。

2 施工設備

圖2 原武漢圖書大世界需拔除樁基與隧道區間剖面關系圖

對侵入盾構隧道的混凝土樁基進行清障的方法主要包括全回轉鉆機清除地下障礙物工法和全套管無損減摩拔樁工法兩大類。結合現場樁基條件、工程地質條件，以及周邊環境特點，該工程采用RT-150型全回轉套管鉆機進行原有建筑物樁基的清除。RT-150型鉆機能夠驅動鋼套管做圓周回轉以將鋼套管壓入和拔除。該設備在作業時產生的下壓力和扭矩，驅動鋼套管轉動，利用管口的高強刀頭對土體、巖層及鋼筋混凝土等障礙物的切削作用，將套管鉆入地下至樁底部以下1 m，然后利用液壓起拔設備將樁拔除。在拔樁過程中向套管內回填水泥土（老黏土和水泥拌合而成，水泥摻量5%），逐步回填逐步夯實，并在回填的同時逐節拔除鋼套管。在整個過程中套管鉆進及液壓起拔設備對鉆孔樁的起拔是施工的關鍵。該工法最大的特點是可將套管鉆入有巖層或高強障礙物的土層，利用套管的護壁作用，在套管內進行拔樁，施工安全，工效高，對周圍環境影響極少。

RT-150型全回轉套管鉆機主要包括全回轉套管鉆機、鋼套管，以及其它配套設備，如圖3所示。RT-150型全回轉套管鉆機具有以下特點：（1）具備強大馬力和緊急脫離機構；（2）擁有將強大馬力傳遞給套管而設置的性能良好的楔型夾緊機構；（3）擁有為有效利用強大馬力而設計的鉆頭負荷自動控制等機構；（4）擁有為保證垂直精度所不可或缺的自動水平調整機構；（5）擁有為去除鋼筋混凝土基礎、鋼管等地下障礙物而設計的套管內部挖掘裝置、多頭鉆機等。

鋼套管有兩方面功能：一方面將頂部驅動設備提供的扭矩和壓入力傳遞給刀頭，同時在鉆進的過程中還起到支護孔壁，防止孔壁坍塌的作用。套管為厚度50 mm的鋼質桶式結構，根據此工程需要鉆進的深度套管分為三節，第一節套管總長7.8 m，在管口布置刀頭；第二節和第三節套管長度均為6.5 m。RT-150型全回轉鉆機選用直徑1 000 mm鋼套管，并配備8 0 t履帶吊車配合安拆鋼套管和拔樁清障，如圖3所示。

圖3 RT-150型全回轉套管鉆機示意圖

3 全回轉套管鉆機拔樁清障施工工法

3.1 工藝流程（見圖4）

圖4 全回轉套管鉆機拔樁清障施工工藝流程圖

3.2 主要施工步驟

3.2.1 施工設備就位固定

首先由測量人員使用全站儀對老樁孔位進行精確放樣，復核后并作出標記。定位鋼板按標記安放并固定。鉆機就位后調整好設備的水平度，并隨時觀察和控制套管的垂直度使之不低于樁基施工要求。在鉆機就位后，開始進行套管的埋設和鉆進作業。施工過程中每節套管壓入的精度都將直接影響鉆孔的施工質量。每節套管放入夾管裝置，收縮夾管液壓缸，利用鉆機和導向糾偏裝置將套管的垂直精度調整到要求的范圍內。鉆進過程中隨時利用設備自帶的水平監測系統檢驗套管垂直度，并每孔三次在套管的兩個垂直方向架設經緯儀進行垂直度復核控制。每節套管連接好并檢查垂直度后，通過全回轉鉆機的回轉裝置使套管進行不小于360°的旋轉，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。

3.2.2 鋼套管鉆進

按預先放好樁中心位置鉆入鋼套管（見圖5），將鋼套管與樁基同心壓入，如切到樁體，則適當移動鋼套管位置，直到能完全套住樁基位置。由于鋼套管是全回轉鉆進的，且端部刀頭配置了負載控制裝置，可以確保刀頭的負載在最合適的范圍內，且鉆機在鉆進過程中可任意調節套管的回轉扭矩、回轉速度、壓入力及夾緊力等的最高值，并且可以設定發動機的高速、中速、低速。所以可以根據地質和障礙物情況，進行高效施工。

圖5 鋼套管鉆進示意圖

3.2.3 樁基拔樁

樁基拔樁共需兩次拔樁過程，首先壓入第一節和第二節鋼套管后進行第一次拔樁，拔樁完成后壓入第三節鋼套管，第三節鋼套管到達拔樁預定深度后進行第二次拔樁。根據相關施工經驗，在鋼套管鉆進過程中因土體擾動，樁身會發生扭斷或破壞，采用80 t吊車配合沖抓斗拔出或在已露出的樁頂用電焊燒制樁帽吊點直接引拔，將上部扭斷的鋼筋混凝土樁先行拔出，再將管內土體取出，與管底預留2 m左右的土塞，以免土體擾動造成塌方。然后重復鉆進，套管內取土及吊車配合沖抓斗拔樁的過程，直至清除到預定的樁底標高。樁基拔除如圖6所示。

圖6 樁基拔除示意圖

在拔樁過程中，由于樁體的斷裂存在不確定性，而根據工程地質情況，在套管不斷地下鉆過程中會遇到地下承壓水，此時拔樁就不能進行焊接吊點施工，這就需要采用專門定制的楔型錘（又稱：鋼釬、夾力棒、倒三角錘），在套管鉆進時放入管壁內，隨著套管的不斷旋轉，將樁體有計劃地進行扭斷，方便后續直接用80 t吊車配合沖抓斗將樁體逐段拔除。

3.2.4 回填材料拌制

樁孔回填材料采用水泥土進行回填，水泥土組成為老粘土與水泥混合，水泥摻量為5%。在施工場地內騰出一塊3 m×5 m的空地用于現場拌制水泥土。計算出一根樁所需填充水泥土方量（m3）：3.14×0.52×孔深。一根樁所需水泥量（kg）：3.14×0.52×孔深×5%×粘土比重。根據確定的水泥土配合比將定量的水泥和老粘土進行攪拌。

3.2.5 樁孔回填

在拔樁過程的最后向套管內回填水泥土，逐步回填逐步夯實。并在回填的同時逐節拔除鋼套管。為避免坍孔等情況的發生，回填作業是隨起拔套管同時進行的。即套管正式起拔前，先在套管內回填一定高度的水泥土，再邊拔套管邊回填，始終保持套管內填土面高于套管底面一定高度，直至拔出最后一節套管，最終回填至地坪標高。

具體按以下步驟操作：套筒內渣土及障礙物全部清除后→拔除第三節鋼套管（6.5 m）→拔除套管時同步回填水泥土，每隔2 m～3 m用沖抓斗對填充的水泥土進行夯實→拔除第二節鋼套管（6.5 m）→拔除第二節鋼套管（7.8 m）→拔除套管時同步回填水泥土，每隔2 m～3 m用沖抓斗對填充的水泥土進行夯實。

3.2.6 套管拔除

清孔至原狀土后，立即拔除全回轉鉆機的套管，與上部回填水泥土施工同步進行。當回填至地坪標高后，移動RT-150型全回轉鉆機至下一個孔位置等待繼續進行拔樁清障施工，如圖7所示。

圖7 鋼套管拔除示意圖

套管拔除具體施工步驟如下：（1）利用自身上下抱箍，卡住鋼套管拔出套管；（2）上抱箍卡住套管，利用自身頂升架進行旋轉上拔，頂升架起拔高度700 mm；（3）當拔到指定高度，下抱箍卡住套管，隨即上抱箍松開；（4）上抱箍下壓700 mm，再次卡住套管，松開下抱箍，重復上述工作直至拔出1節套管的高度（一節套管長6.5 m）；（5）利用吊車吊住套管。拆除連接螺絲，將鋼套管吊放至指定堆放地點擺放；（6）鉆機拔完所有套管，即可進行移機。利用吊車拆除配重及反力架等相關附件，吊至下一樁位點，等待下次鉆進。

4 結語

采用全回轉套管鉆機對侵入盾構隧道的鋼筋混凝土樁基進行了拔除作業，詳細介紹了全回轉樁基拔除的施工流程和施工要點，相比于其它樁基清障方法，全回轉工法具有以下優勢：安全可靠，對周邊土體擾動小；施工速度快、質量高，且適用范圍廣泛；風險小、能夠確保后續工程施工；節能環保、優質高效；快速經濟、降低工程造價。