復合地層導洞內成樁工藝研究

魏晨亮

（中鐵隧道股份有限公司，河南 鄭州 450000）

近年來拱蓋法廣泛應用地下車站建設，通常做法是設置導洞，在洞內[2]施做邊樁和中樁，形成穩定的受力體系后進行車站結構施工，由于洞內成樁施工機械受到限制，加上洞內場地狹小。需綜合考慮作業空間、機械設備勞動力、成樁工藝等多方面因素，在北京地鐵、沈陽地鐵已有不少成功實例。但在廣州復合地層中成孔面臨成孔難、精度難以控制等難點。如何在導洞內成樁對存在的各種難點制定有效對策，確保安全質量可控、造價經濟、工效合理，本文以廣州地鐵某拱蓋法車站為工程背景對此予以探討，旨在為類似工程提供鑒。

1 工程概況

廣州地鐵某拱蓋法施工車站，為地下兩層島式車站，長約280m，標準段寬22.6m，覆土厚度約15m，采用兩聯拱雙層結構。

圖1 拱蓋法車站施工流程示意圖

2 工程地質條件

該段地層自上而下分別為＜1＞雜填土、＜4-2B＞淤泥質土層、＜4N-2＞粉質粘土層、＜3-1＞粉細砂層、＜5N-2＞硬塑狀碎屑巖殘積粉質粘土層、＜6＞全風化泥質粉砂巖、＜7-3＞強風化泥質粉砂巖、＜8-3＞中風化泥質粉砂巖。車站拱頂基本位于7號地層，巖石強度為12-16MPa，其余部位基本位于8 號地層，巖石強度為25-30 MPa。

3 成樁工藝研究

邊樁及中樁成樁工藝主要有機械[3]成孔和人工挖孔樁。

3.1 鉆孔灌注樁實驗

洞內鉆孔施工受導洞空間的限制，選型應充分考慮鉆機性能及其空間適應性等問題，根據地質條件，滿足空間尺寸要求，與地質匹配，鉆機效率高、重量輕且移動方便，利于文明施工。

圖2 邊樁設置設計圖

1） 全套管鉆機，露天試驗，施工中采用反循環工藝，需大型泥漿循環系統設備，垂直度偏差大，施工綜合功為0.1m/小時，施工準備、更換鉆頭及移機10h，樁按16m 考慮，施工一根樁需要90h，施工效率低。2） 全液壓反循環鉆機，基坑內試驗，施工中采用反循環工藝，需大型泥漿循環系統設備，垂直度偏差大（可增加配重），施工綜合功為0.3m/小時，鉆頭磨損快，施工準備、更換鉆頭及移機8h，樁按16m 考慮，施工一根樁需要61h，施工效率低。3） 全液壓履帶反循環鉆機，鉆孔直徑可調整（0.6m～3m）。鉆進壓力僅為幾噸，適用于土層或砂夾卵石層，無法在巖石地層成樁。4） 反頂超低旋銑鉆機，鉆孔最大直徑1.8m，正循環工藝，鉆孔先鉆導向孔直徑250mm，深度大于大孔深度。換大刀盤擴孔至深度要求。鉆、擴孔時注入冷卻水，碎末由泥漿泵抽出，處理后水可繼續使用，施工效率0.12m/小時。

表1 成樁設備比選表

3.2 鋼管樁

采用錨固鉆機，邊樁規格：φ300@1000、雙排。成樁效率：8 號地層4h/根，樁長16 米。存在問題：孔底沉渣厚，采用注漿泵或者特殊的污水泵抽出。需設置專門泥漿箱，鉆孔基本滿足需要，混凝土批量澆筑。

圖3 邊樁尺寸和錨固鉆機

3.3 軟土人工挖孔樁

放好樁位，破除小導洞[4]仰拱初支，修筑高度不少于10cm 護肩，采用分節挖土，分節支護（若需要），用鐵鍬等把渣土裝入吊桶，用提升架提升至地面。

3.4 巖石水磨鉆人工挖孔樁

采用水磨鉆人工挖孔施工小導洞內[5]樁基，先用水磨鉆沿樁孔輪廓抽芯，再用劈裂機劈裂巖芯。不設挖孔樁護壁。

4 邊樁內力計算

圖4 水磨鉆人工挖孔樁圖

圖5 拱腳以下5m 為<7>號層

1） 1200@3000 砼邊樁位移、內力計算；

2） 300@500 鋼管邊樁位移、內力計算；

拱蓋法車站邊樁采用混凝土樁和鋼管樁，內力及側向土壓力均滿足要求，300 鋼管樁邊樁相對偏柔。

5 施工工藝對比

1） 小導洞施工空間較小，機械鉆孔樁不能選用大型設備，在廣州復合地層施工難度較，人工挖孔樁地層適應性廣。機械成孔施工安全優于人工挖孔樁。若樁深控制在中風化地層中，適當減少樁長，及時做好護壁及降水，可以保證安全。2） 鉆機成孔采用機械化作業，單孔工效較高，導洞內凈空狹小且鉆機數量有限，綜合工效低于人工挖孔樁。且采用人工挖孔樁，中柱梁體系等施工可與邊樁的施工平行作業。初步計算，小導洞內機械成孔比人工挖孔樁多近3 個月，人工挖孔樁工期優勢明顯。3） 人工挖孔樁費用較高，相對于鉆孔樁，綜合對比費用需增加約120 萬元。在廣州復合地層拱蓋法的邊樁選型中，人工挖孔樁工藝簡單對地層的適應性較強，樁身質量可靠且工期短，綜合費用相對較高。鉆孔樁采用機械成孔，安全性較高且綜合造價低，但工藝復雜、作業環境差、工期長、樁身質量不易控制，對地層的適應性差。鋼管樁施工速度快，但工程費用高。三種工法各有長短和利弊，在實際工程應用中，應根據場地地層條件、工期、造價等情況進行綜合比較后確定。

圖6 拱腳以下為<8>號層

圖8 拱腳以下為<8>號層

綜合施工環境及水文地質情況，車站范圍主要以＜7-3＞強風化泥質粉砂巖、＜8-3＞中風化泥質粉砂巖地質為主，地層穩定，優先采用人工挖孔樁，樁身長度進入中風化巖層1-2 米。

6 結語

1） 洞內狹小空間施工需要對機械設備進行綜合比選，使其滿足洞內狹小空間的泥漿、設備、吊裝和施工組織的要求；2） 機械成孔的同時需綜合考慮地質條件、施工效率及工程經濟性，在地質允許的條件下優選人工挖孔樁；3） 優化樁基施工工藝，確保施工安全，施工精度滿規范要求，滿足混凝土灌注連續、快速的要求；4） 過程中還需加強監測，合理安排施工順序，確保管線、地表建筑物沉降滿足要求。