鋼管樁免共振施工對鄰近地鐵的振動影響試驗研究

楊春柳

上海匯谷巖土工程技術有限公司 上海 201108

1 概述

鄰近地鐵結構的傳統樁基施工、基坑開挖等施工活動對隧道結構或多或少會產生一定的影響，如果施工對鄰近地鐵隧道結構的擾動超標，將影響到地鐵的正常運營甚至停運，后果將十分嚴重，社會影響惡劣[1-4]。為了最大限度降低施工造成的影響，探索鋼管樁施工過程中產生的振動影響程度，鋼管樁振沉可采用免共振的液壓振動錘施工。為獲取該工藝鋼管樁施工對鄰近土體的影響，確認所選錘型的適應性與可靠性，確保地鐵安全，在正式施工前現場選取一處（“彈鋼琴”段2號倉靠南側）進行鋼管樁免共振非原位施工測試，為后續大規模施工提供參考。

2 工程概況

上海市北橫通道新建工程Ⅱ標篩網廠段在樁號K8＋952.90～K9＋113.73范圍內需要穿越蘇州河，長度約160.83 m。其中，跨河段起止樁號為K9＋020.00～ K9＋086.00，長度約66 m。南北車道各呈現一定的弧度，其中南線隧道轉彎半徑為300 m，北線隧道轉彎半徑為550 m。本工程跨蘇州河段臨時圍堰有地鐵13號線通過，距離一期臨時圍堰最近處4.5 m，距離二期臨時圍堰最近處為14.5 m，為考慮地鐵運行安全，本段施工鋼平臺加拉森鋼板樁作臨時圍堰，鋼平臺結構形式為：基礎采用鋼管樁（φ800 mm×14 mm，長28 m）；上部結構依次為H700型鋼樁頂橫梁、H700型鋼縱梁、18#工字鋼橋面分布橫梁、厚10 mm鋼板橋面板、φ45 mm鋼管護欄，鋼平臺寬度8 m，鋼管樁設計底標高為－25.5 m，設計頂標高為＋1.80 m。鄰近的地鐵13號線隧道頂標高為－16.1～－14.4 m。

3 測試流程

3.1 測點布設

為量化鋼管樁施工對鄰近土體的影響分布規律及程度，進而判斷對鄰近隧道結構的影響，考慮實際空間相鄰關系，決定在離鋼管樁施工位置3、5、10 m處分別布設振動測試點、深層水平向土體位移測試點、深層垂直向土體位移測試點，測試深度達管樁端部以下，并至隧道底部一倍直徑以下，滿足測試全面覆蓋要求（圖1）。

圖1 振動測試測點布置示意

3.1.1 土體深層側向水平位移

1）測點布置。與鋼管樁的間距分別為3、5、10 m，單孔深度設計為32 m，測斜管口測試方向正對鋼管樁。

2）測點埋設。采用鉆孔法埋設，單孔深32 m，鉆機開孔直徑為130 mm，在土質較差地層鉆孔時應用泥漿護壁，終孔后進行清孔。測斜管沉放到位后，在測斜管與鉆孔空隙內回填黃砂或漿液；孔內充填物因固結下沉后及時補填；采用鉆孔法安裝的測斜管，應至少穩定一周以上，方能施測，并需確認是否穩定，測孔穩定后方能進行正式監測工作。

3.1.2 土體分層沉降

1）測點布置。本試驗采用“磁環法”進行測試，測點與“坑外土體深層側向位移”測點共用。沿豎向布設7個磁環，考慮監測代表性及有效覆蓋，在地鐵隧道頂、中心、底、上下各3 m均進行布置，其余按每5 m布設1個磁環。

2）測點埋設。具體可參考土體測斜監測孔鉆孔法埋設方法。

3.2 測試節點

監測頻率的確定應以能系統反映監測對象所測項目的重要變化過程而又不遺漏其變化時刻為原則。根據本次試驗要求，現場監測節點初定按表1執行。

表1 測試節點安排

3.3 數據分析

試驗開始前，對場地振動背景值進行采集。場地質點振動速度三維矢量峰值背景值為0.311 mm/s，數值較小。

3.3.1 壓樁過程

距離試驗鋼管樁3、5、10 m處典型振動速度波形分別如圖2～圖4所示。數據成果如表2所示。

3.3.2 拔樁過程

限于篇幅原因，拔樁階段典型振動速度波形不一一列舉。現將數據成果匯總如表3所示。

4 結論與建議

4.1 主要結論

前文介紹了鋼管樁免共振施工過程中振動的測試流程及結果，從結果可以得出：

1）場地背景振動數值為0.311 mm/s，數值較小。

圖2 距離試驗鋼管樁3 m處典型振動速度波形

圖3 距離試驗鋼管樁5 m處典型振動速度波形

圖4 距離試驗鋼管樁10 m處典型振動速度波形

表2 測試結果匯總（壓樁階段）

2）壓樁試驗測試數據表明：

① 距試樁3、5、10 m處質點振動速度三維矢量峰值為4.72、4.55、2.36 mm/s，徑向質點振動速度略大于切向、垂向質點振動速度。隨著距離的增加，施工造成的振動速度逐漸減小。

表3 測試結果匯總（拔樁階段）

② 距試樁3、5、10 m處質點振動主頻為34.6、36.1、34.4 Hz，與振動錘頭設計施振參數基本一致。

③ 在此階段，所測水平位移量介于2.11～9.43 mm之間，垂直位移量介于－3.38～7.22 mm之間。

3）拔樁試驗測試數據表明：

① 距試樁3、5、10 m處質點振動速度三維矢量峰值為4.870、4.530、0.751 mm/s。隨著距離的增加，拔樁施工造成的振動速度逐漸減小。

② 距試樁3、5、10 m處質點振動主頻為25.6、32.7、31.5 Hz。

4）根據國家標準GB 6722—2014《爆破安全規程》的有關規定，此次非原位振動試驗測試數據符合地鐵隧道結構的安全允許標準。

4.2 下一步工作

1）盡管此次非原位測試結果給后續施工作業提供了一定的參考依據，但正式施工時仍建議從地鐵隧道結構處直接測試振動結果，這樣更能反映實際振動情況。

2）此次試驗過程中由于條件所限，采用的是單傳感器進行數據采集，造成部分數據未能同步采集，在后續測試過程中應加以完善。

3）此次試驗壓樁及拔樁過程中，地基土均出現了不同程度的液化現象，液化的范圍及其對隧道結構的影響程度可作為后續的研究課題。