鄰近地鐵隧道的鉆孔灌注樁施工技術(shù)研究

沈 鳴

(華潤置地(上海)有限公司，上海 201103)

1 概述

近二十年來軌道交通建設(shè)在全國各地飛速發(fā)展，以上海為代表的大型城市已建成總里程居世界前列的軌道交通網(wǎng)。大型商業(yè)樓及辦公樓在選址時(shí)傾向于便于搭乘軌道交通，甚至直接與車站相接的區(qū)域，因此如何在施工過程中做好對軌道交通線路的保護(hù)是上述工程建設(shè)的首要課題。本文將結(jié)合工程實(shí)例研究鄰近地鐵隧道區(qū)間條件下鉆孔灌注樁施工的技術(shù)措施。

2 工程實(shí)例

2.1 工程背景

上海某大型商業(yè)綜合體項(xiàng)目位于上海市長寧區(qū)。由于地鐵二號線隧道橫穿項(xiàng)目用地，工程建設(shè)分為東西兩個(gè)區(qū)進(jìn)行。建設(shè)場地原為歷史保護(hù)建筑，因此工程建設(shè)包括對部分保護(hù)建筑物的復(fù)建，其中部分保護(hù)建筑的樁基需緊鄰地鐵隧道施工。

2.2 工程地質(zhì)

根據(jù)勘查報(bào)告，本工程場地整體上屬正常地層分布區(qū)，第①層雜填土及浜填土，層厚3 m；第②層黏土，層厚1.6 m；第③層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，層厚3.3 m；第④層淤泥質(zhì)黏土，層厚7.6 m；第⑤層黏土及粉質(zhì)黏土，層厚21.6 m；第⑥層粉質(zhì)黏土，層厚3 m；第⑦層粉砂及粉細(xì)沙，層厚13.6 m。

2.3 工藝概況

以銀杏屋為代表的保護(hù)建筑物位于地鐵二號線正上方，基礎(chǔ)形式采用傳統(tǒng)的泥漿護(hù)壁鉆孔灌注樁，樁徑600 mm，樁長40 m，鉆孔樁邊緣至地鐵隧道最小距離為3.3 m，樁與隧道關(guān)系見圖1。

3 工藝性試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)背景

根據(jù)同類工程的研究結(jié)果，在鄰近地鐵區(qū)間隧道的條件下進(jìn)行鉆孔灌注樁施工時(shí)，使用長套筒跟進(jìn)保護(hù)可以有效減小隧道變形[1]。此外在夜間地鐵停運(yùn)期間進(jìn)行施工可避免施工過程中周邊土體受列車通過造成的振動(dòng)的影響，對防止縮頸及坍孔有積極作用。但考慮到本工程實(shí)際情況，如采用套筒輔助鉆進(jìn)成孔則無法在地鐵停運(yùn)期間內(nèi)完成灌注樁的施工，因此為選取最優(yōu)施工方案進(jìn)行工藝性試驗(yàn)。

3.2 試驗(yàn)介紹

在擬施工場地選取2根工程樁作為工藝性試驗(yàn)試樁，樁徑600 mm,樁長43 m，編號坑S1，S2。其中僅S2采用鋼護(hù)筒護(hù)壁方式施工。

在距離2根試樁中心約3.5 m位置各設(shè)置1個(gè)土體測斜孔，用以監(jiān)測施工過程對周邊環(huán)境的影響，監(jiān)測深度至樁底。試樁施工階段每天監(jiān)測2次～3次，試樁完成后再連續(xù)監(jiān)測，觀測后續(xù)的土體位移變化，至土體穩(wěn)定。

3.3 試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)S1測斜孔深度與變形量關(guān)系圖顯示，S1在成孔后變形量最大，變形量為2 mm左右，隨著施工過程進(jìn)行，變形量逐漸減小，混凝土澆筑后達(dá)到0.4 mm左右，之后變形量有所反彈最終趨于穩(wěn)定，最終變形量均保持在0.5 mm左右，詳見圖2。

根據(jù)S2測斜孔深度與變形量關(guān)系圖顯示，由鋼護(hù)筒形式護(hù)壁施工的試樁S2，成孔后變形量在1 mm左右，隨著施工過程進(jìn)行，變形量逐漸減小，混凝土澆筑完成后達(dá)到最小變形量在0.5 mm左右，之后變形量開始反彈，最終變形量均保持在1.5 mm左右，詳見圖3。

3.4 結(jié)果分析

夜間施工的S1變形量最大值(2 mm)出現(xiàn)在成孔后，后續(xù)趨于穩(wěn)定(0.5 mm～1 mm)；采用護(hù)筒的S2變形最大值(1.5 mm)出現(xiàn)在混凝土澆筑完成后4 d～5 d(1 mm～2 mm)。

夜間施工的S1隨深度變化最終變形量區(qū)別不大；使用套筒的S2數(shù)據(jù)較為離散。

通過比較S-1(夜間施工)與S-2(套筒護(hù)壁)的監(jiān)測數(shù)據(jù)，S1在成孔及清孔階段造成的土體變形在混凝土澆筑后會(huì)逐步穩(wěn)定并有一定的恢復(fù)，最終對周圍土體造成的變形影響較小，基本在1 mm以內(nèi)。使用套筒護(hù)壁工藝施工鉆孔樁，由于成孔后下放套筒需較長時(shí)間，且套筒與孔壁之間無法完全緊貼，套筒與孔壁之間的間隙造成混凝土澆筑后變形穩(wěn)定時(shí)間相對較長且離散性較大。綜合考慮上述因素后，決定在不使用鋼護(hù)筒的情況下進(jìn)行鉆孔樁的施工，但必須保證整個(gè)施工過程于地鐵停運(yùn)期間完成。

4 關(guān)鍵技術(shù)措施

為確保地鐵區(qū)間隧道萬無一失，鄰近地鐵的鉆孔灌注樁除應(yīng)滿足通常施工的要求外還應(yīng)采取額外的保護(hù)措施。

4.1 測量定位

施工前，根據(jù)地鐵監(jiān)護(hù)單位提供的坐標(biāo)將地鐵隧道邊線輪廓完整放樣至施工地坪上，在監(jiān)護(hù)單位復(fù)核無誤后，在隧道邊線坐標(biāo)點(diǎn)敲入鋼釘并用紅油漆作醒目標(biāo)識，每根樁位放樣完成后，除常規(guī)的監(jiān)理復(fù)核外，開孔前尚需由地鐵監(jiān)護(hù)現(xiàn)場確認(rèn)。

4.2 泥漿護(hù)壁

護(hù)壁漿液視現(xiàn)場實(shí)際情況，如有需要?jiǎng)t采用膨潤土人工造漿，以提高泥漿性能指標(biāo)；漿液性能定期測試，新漿要求比重1.04～1.05，粘度20 s～24 s；循環(huán)漿要求比重1.15～1.20，粘度20 s～26 s。必要時(shí)，可在泥漿中配入重晶石以增加比重，防止坍孔。

4.3 鉆進(jìn)成孔

成孔開始前應(yīng)做好充分的準(zhǔn)備工作，施工過程做好施工原始記錄。成孔時(shí)鉆機(jī)定位準(zhǔn)確、水平、穩(wěn)固，鉆機(jī)定位后，應(yīng)用鋼絲繩將護(hù)筒上口掛帶在鉆架底盤上。成孔過程中鉆機(jī)塔架頭部滑輪組、回轉(zhuǎn)器與鉆頭應(yīng)始終保持在同一鉛垂線上，保證鉆頭在吊緊狀態(tài)下鉆進(jìn)。鉆進(jìn)時(shí)應(yīng)根據(jù)不同的土質(zhì)采用不同的鉆速，避免樁徑擴(kuò)孔和縮徑影響質(zhì)量，以確保不大于1/200的垂直度。如發(fā)生孔斜，在偏斜處吊住鉆頭，上下反復(fù)掃孔，使孔校直。

4.4 混凝土灌注

為確保成樁速度，在二次清孔開始前就應(yīng)通知混凝土供應(yīng)商派出運(yùn)輸車輛，以確保清孔結(jié)束后能立即澆筑混凝土。為避免夜間施工擾民，混凝土澆筑中安排專人對攪拌車引領(lǐng)，要求不鳴笛不開大燈；考慮到工程樁樁徑600 mm，采用直徑200 mm的導(dǎo)管以防止卡管現(xiàn)象發(fā)生，并對每節(jié)導(dǎo)管進(jìn)行編號便于安裝；在拆除導(dǎo)管時(shí)用專用扳手進(jìn)行拆除，嚴(yán)禁敲打?qū)Ч堋?/p>

4.5 應(yīng)急預(yù)案

如發(fā)生孔口坍塌，難以處理的，應(yīng)將此孔用黏性土回填，待回填土固結(jié)后，重新開孔鉆進(jìn)。如因特殊原因?qū)е乱?guī)定時(shí)間內(nèi)無法順利成樁的，則必須在地鐵運(yùn)營開始前進(jìn)行回填，回填采用黏土拌合7%水泥進(jìn)行回填，并向相關(guān)各方進(jìn)行匯報(bào)。

5 監(jiān)測數(shù)據(jù)

施工期間地鐵隧道區(qū)間自動(dòng)監(jiān)測裝置記錄的隧道上行線及下行線的水平收斂位移情況見圖4，圖5，其中ZSSL18～ZSSL24為周邊上行線監(jiān)測點(diǎn)，ZXSL13～ZXSL19為下行線監(jiān)測點(diǎn)，由于鉆孔灌注樁施工對隧道水平位移的影響大于豎向位移[2]，故此處選用水平位移數(shù)據(jù)，且由于前期周邊基坑開挖對隧道已產(chǎn)生一定影響，故此處累計(jì)水平位移的初始值不為零。詳細(xì)數(shù)據(jù)見圖4，圖5。

根據(jù)監(jiān)測結(jié)果顯示，本工程鄰近地鐵隧道的鉆孔灌注樁施工過程基本未對2號線隧道區(qū)間造成影響。

6 結(jié)語

在鄰近地鐵隧道的條件下進(jìn)行鉆孔灌注樁施工時(shí)隧道的安全必須放在第一位考慮。在受到條件限制無法使用長套筒跟進(jìn)保護(hù)的情況下，將施工時(shí)間安排在地鐵停運(yùn)的夜間進(jìn)行可有效控制地鐵區(qū)間的水平收斂位移，保證隧道的安全。施工時(shí)還應(yīng)加強(qiáng)定位的測量復(fù)核，同時(shí)提高泥漿護(hù)壁的質(zhì)量防止坍孔，并做好特殊情況下的應(yīng)急預(yù)案，確保施工的質(zhì)量與安全。