巖溶發育區段旋挖鉆成孔施工工藝研究

摘 要：本文以長株潭城際鐵路綜合Ⅲ標車輛段工區聯合車庫樁基礎施工為實例，闡述旋挖鉆在巖溶地區樁基礎施工過程中的工藝原理、方案比選、針對溶洞、斜巖所采用的處理方法等，通過本工程實踐，使得巖溶發育地區樁基礎的施工工藝及技術得到了成功驗證和發展，取得了較為成熟的經驗。

關鍵詞：巖溶地區 旋挖鉆 鋼護筒 溶洞 斜巖

一、工程概況

長株潭城際鐵路綜合Ⅲ標株洲車輛段工程地處株洲市荷塘區境內，為長株潭城際鐵路跨株洲車輛段遷改配套的站線及生產生活房建工程。新建線路起始里程為CLDK0+ 000～CLDK2+576，全長2576m，前接430專用線，主要房建工程共32棟，含樁基礎的房屋 7 棟，合計42263㎡；因廠房及辦公用房建筑區域處于巖溶發育區段，房屋建筑樁基礎（摩擦樁）均采用φ0.8m樁基礎結構，設計樁長6～35m。

二、地質情況

根據湖南核工建設地質勘測資料揭示，表層為第四系人工填土層（Q4ml）下主要為第四系全新統坡沖洪層（Q4al+pl）粉質粘土、細圓礫土，覆蓋層細砂、中砂層厚0～12m（軟弱夾層占勘探孔位44%）；下伏基巖為盆系（D2q）灰巖。基巖為（8）2-2強風化帶（W3）及（8）2-3弱風化帶（W2），巖溶較發育多為填充型溶洞。基巖頂面標高3-15m，多數在6-8m見基巖面。場地位于黃塘均壩斷褶帶與白馬壟梅林橋斷褶帶之間，受柏先橋逆斷層及次生斷層影響，區內巖溶較發育，最大溶洞高度為7.6米，最大覆厚砂層達到11.9米。由上面地質勘測資料分析，旋挖機在復雜地質鉆進時要根據地質資料進行具體情況施工，特別在覆厚砂層和較大溶洞地方本

三、施工前準備

事先清理施工現場地表植物、雜物，機械平整、碾壓場地，規劃施工機械站位和道路，填筑片石并平整壓實，承臺范圍內鋪設2cm厚鋼板，挖設排水溝。泥漿循環系統包括：泥漿循環池，泥漿沉淀池，砂石泵，泥漿泵及泥漿管，進水管及水泵等。泥漿循環池和泥漿沉淀池用普通紅磚砌筑，1：2.5水泥砂漿抹面，池底澆筑50mm厚C20混凝土墊層，池頂設置標準防護欄桿。泥漿循環池和泥漿沉淀池深3m，半埋式設置，其容量滿足附近樁基的泥漿容量。旋挖鉆機鉆孔泥漿采用膨潤土泥漿，泥漿配比事先通過試驗調配確定。

四、主要施工工藝及注意事項

（一）樁位測量及放樣

按照設計單位提供施工總平面圖和控制網中所設置的導線點、水準點進行導線控制網的復測形成復測成果報告。復測成果精度滿足規范要求后補充加密施工所需要的各種標樁，建立滿足施工要求的平面和立面施工測量控制網。依據施工順序計算施工樁位坐標并放樣樁位，埋設護樁。

（二） 鉆孔平臺及護筒的埋設

鉆孔平臺平整時，要先進行測量放線，通過四個角來確定平臺的大小；護筒埋設要根據地質資料先進行分析，一般地質情況護筒直徑比鉆孔直徑大40cm：有溶洞的樁孔根據鉆孔樁穿過溶洞的層數確定護筒的直徑；護筒的深度根據各樁地質條件確定，厚度采用8mm及以上的鋼板制作。護筒埋設高出施工地面0.5m以上。埋置深度在黏性土不小于1m，砂土中不小于2m，當表面松軟時，將護筒埋置于較硬密實的土層中至少0.5m。護筒頂面中心與設計樁位偏差不得大于5cm，傾斜度不得大于1%。旋挖鉆施工樁基礎巖溶區段的鋼護筒跟進首先跟進至基巖面后，依據巖溶溶腔發育程度確定跟進進尺。注意事項：通過地質勘測資料結合實際情況來埋設鋼護筒，減少浪費。

（三）旋挖機就位

旋挖機就位時，要事先檢查鉆機的性能狀態是否良好。保證鉆機工作正常，保證樁位附近平整，把旋挖機開到樁位旁，螺旋鉆頭的尖端對樁位標注點，鉆頭中心偏差不大于5cm。鉆機停位回轉中心距孔位3-4cm間。變幅油缸盡可能將桅桿縮回，以減小鉆機自重和提升下降脈動壓力對孔的影響。檢查在回轉半徑是否有障礙物影響回轉。鉆機就位后，側放護筒頂，鉆機平臺標高，用于鉆孔時孔深測量參考。

（四） 旋挖機鉆孔作業

1、旋挖鉆的鉆進是用動力頭驅動鉆桿和鉆頭旋轉，利用鉆頭下端的合金鉆頭對土層進行切削破碎，切削的土體被擠進鉆斗，裝滿后將鉆斗提出孔口，旋轉鉆機底盤然后反轉，并開啟鉆斗閥門，將土體排放到地面后，集中利用自卸車運走。旋挖機在鉆進過程中要根據地質及時更換鉆頭，在土層和砂層時采用十字牙輪掏渣斗，這樣在鉆進過程中渣土進入掏渣斗時也對護壁進行了擠壓加固；

2、旋挖鉆機初始鉆進進尺要緩慢，盡量減少鉆桿晃動，保證鉆孔的垂直度。鉆進過程中，需根據地質情況控制進尺速度，由硬地層鉆到軟土層時，可適當加快鉆進速度；當有軟地層變為硬地層時，要減速慢進；在易縮徑的地層中，應適當增加掃孔次數，防止縮徑，對硬塑層采用快轉速鉆進，以提高鉆進效率，砂層則采用慢轉速慢鉆進并適當增加泥漿比重和粘度。應隨時調整機架保持鉆桿垂直、位置正確，防止因鉆桿晃動引起擴大孔徑及增加孔底沉渣。斗底鐵門在鉆進中始終要保持關閉狀態，以防止鉆斗的土砂掉落到孔內。

3、旋挖機在鉆進時，要注意在鉆進時進尺的控制。應根據旋挖斗的容量，一般在斗容量的三分之二為合適。進尺深度除了根據樁徑而定，也要根據地層的密度控制進尺深度。進尺過多，導致卸土困難，還會導致埋鉆卡鉆的事故發生；過少會延誤施工進度與設備、能源的消耗，成本提高，降低了效率。

4、成孔后鉆頭要多次上下往復作業進行洗孔，以保證孔徑滿足要求。對泥漿性能進行隨時觀測和試驗，以保證鉆孔過程中泥漿的性能穩定，防止孔內水位波動，護壁質量不佳，使孔壁砂向孔內涌流。孔的垂直度主要是靠調整機座、大臂和鉆桿座孔之間的相對位置來確定的。因為大臂和鉆桿座孔上都裝有刻度盤，調整大臂和鉆桿座孔的相對位置，通過刻度盤指針的指示即可知道鉆桿是否垂直于機座；

五、總結

（一）旋挖鉆機鉆進施工重點應對巖溶區段的發育情況予以充分的認識；施工中應積極預防偏孔、埋鉆桿、孔口塌陷等突發事故的發生；針對地質資料預測巖面起伏大的陡坡地段旋挖機更換為筒鉆切割，緩慢加壓直至穿過斜巖層，在進入整板巖后更換為牙輪鉆成孔。

（二）巖溶區段旋挖鉆施工應重點控制初始入巖階段的進尺速度、鉆桿垂直度及擊穿巖溶溶腔頂板階段進尺速度及機械液壓下壓力。旋挖鉆機入巖對傾斜巖面施工易造成扭矩損失并往往會發生鉆桿斷裂事故，入巖階段應控制速率及扭矩針對異常垂直度變化及設備扭矩變化值實時監控預防事故；在地勘資料反映需穿越溶腔情況下，應及時調整鉆進速度及鉆桿下壓力預防巖溶溶腔頂板出現大范圍坍塌造成坍孔埋鉆事故。在未實施鋼護筒全程跟進的軟弱土層，旋挖鉆機應加大反復提升鉆頭頻率，并控制好泥漿的粘度稠度確保泥漿固壁效果。

（三）綜上所述，通過以巖溶地區長株潭城際鐵路綜合Ⅲ標車輛段工區樁基礎旋挖機成樁效率分析，我們可以看出，在處理巖溶地區時旋挖鉆施工不管從效率上還是綜合成本上都具有較大優勢，為施工單位在巖溶地區施工巖溶樁基提供了啟示和借鑒。

參考文獻

[1]《公路施工手冊：橋涵（M）》（交通部第一公路工程總公司主編）.

[2]《橋梁施工專項技術手冊》（作者：桂業昆，邱式中）.

[3]《客貨共線鐵路橋涵工程施工技術指南》（TZ203-2008）.

作者簡介

何奎元（1964.12-），男，浙江諸暨人，1987年畢業于西南交通大學鐵道工程專業，工程碩士，副教授。