閆靜雅

上海申通地鐵集團(tuán)有限公司 上海 200070

近年來，上海地下空間開發(fā)以及大型市政工程建設(shè)規(guī)模加大，不可避免地出現(xiàn)大量鄰近地鐵隧道施工鉆孔灌注樁的工程，部分樁基距離隧道不到3 m，為確保地鐵結(jié)構(gòu)安全，需對(duì)鉆孔灌注樁施工保護(hù)措施的效果進(jìn)行研究。

本文針對(duì)近些年鄰近地鐵側(cè)加設(shè)鋼護(hù)筒、預(yù)設(shè)加固樁以及運(yùn)營(yíng)空窗期快速施工方法的3種鉆孔灌注樁施工保護(hù)措施進(jìn)行介紹。

1 鋼護(hù)筒保護(hù)施工方法

1.1 設(shè)計(jì)原則

一般距離地鐵隧道6 m以內(nèi)的鉆孔灌注樁采用鋼護(hù)筒護(hù)壁施工，護(hù)筒深度超過隧道底部不小于3 m，鋼護(hù)筒不得回收。

1.2 施工原則

這種保護(hù)措施的主要控制變形階段在鋼護(hù)筒的施工階段，鋼護(hù)筒下壓存在擠土施工，鋼護(hù)筒預(yù)鉆孔孔壁與護(hù)筒間存在間隙，均會(huì)對(duì)鄰近的地鐵造成附加影響。鋼護(hù)筒施工完成后，鉆孔灌注樁在護(hù)筒保護(hù)內(nèi)施工，只需要控制護(hù)筒以下鉆孔施工時(shí)間及施工影響，一般要求護(hù)筒以下部分鉆孔灌注樁施工時(shí)間不超過12 h。

1.3 施工工程實(shí)例

一種鋼護(hù)筒施工方式為鋼護(hù)筒壓入法[1]。滬杭鐵路客運(yùn)專線采用板梁方式上跨上海軌交9號(hào)線，客運(yùn)專線有4排16根鉆孔灌注樁位于地鐵保護(hù)區(qū)內(nèi)，4排樁的跨距全部為10 m，樁基的直徑為0.8 m，樁長(zhǎng)46 m。此段并行3條地鐵隧道，隧道管片外徑為6.2 m，管片寬度1.2 m，隧道埋深7 m，所處土層為④層淤泥質(zhì)黏土。3條地鐵隧道分別位于4排鉆孔灌注樁之間（圖1）。所有樁基均采用φ1 m×1.2 cm鋼護(hù)筒護(hù)壁施工，鋼護(hù)筒的總長(zhǎng)度為20 m，其中地面上2 m，地面下埋深18 m。

圖1 樁基與隧道剖面關(guān)系

采用全回轉(zhuǎn)套管鉆機(jī)下壓鋼護(hù)筒，但下壓鋼護(hù)筒過程造成鄰近隧道水平收斂變形值達(dá)到10 mm，嚴(yán)重報(bào)警（圖2）。后續(xù)通過打設(shè)泄壓孔、控制跳排壓入鋼護(hù)筒順序、調(diào)整下壓速度、沖水減小摩阻力以及信息化指導(dǎo)施工等措施，減小鋼護(hù)筒施工過程影響。

圖2 隧道兩側(cè)下壓鋼護(hù)筒對(duì)隧道收斂變形影響曲線

另一種鋼護(hù)筒施工的方式為先鉆孔后下護(hù)筒。護(hù)筒內(nèi)徑為設(shè)計(jì)樁徑＋50 mm，壁厚8 mm，鋼護(hù)筒制作精度要確保筒身整圓度，以避免卡住鉆頭。由于采用先鉆孔后沉護(hù)筒的方法施工，實(shí)際的鉆孔直徑需比鋼護(hù)筒的外徑稍大，鋼護(hù)筒下放鉆孔直徑為設(shè)計(jì)樁徑＋150 mm，因此鋼護(hù)筒可基本靠自身重力下沉到位。待鋼護(hù)筒完全沉放到位，位置準(zhǔn)確無誤時(shí)，在鋼護(hù)筒與護(hù)壁間隙內(nèi)插入注漿管，對(duì)鋼護(hù)筒與護(hù)壁間隙進(jìn)行注漿，使其填滿水泥漿液，從而確保護(hù)筒周邊土體穩(wěn)定性，減小施工對(duì)盾構(gòu)線路的影響。

1.4 注意事項(xiàng)

這種保護(hù)措施的鋼護(hù)筒不能回收，造價(jià)較高[2]。對(duì)鋼護(hù)筒的施工最早實(shí)施的項(xiàng)目采用慢速壓入法，但施工對(duì)鄰近隧道擠壓明顯，影響較大。后期較多工程采用預(yù)鉆孔后下放鋼護(hù)筒方法。但無論是壓入還是預(yù)鉆孔后放入，均會(huì)因鋼護(hù)筒的施工造成鄰近地鐵的變形。使用護(hù)筒護(hù)壁工藝施工鉆孔樁，由于成孔后下放護(hù)筒需較長(zhǎng)時(shí)間，且護(hù)筒與孔壁之間無法完全緊貼，護(hù)筒與孔壁之間的間隙會(huì)造成混凝土澆筑后變形穩(wěn)定時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)且離散性較大。

對(duì)于少量距離隧道較近（如橋梁樁基），且樁徑、樁長(zhǎng)較大，施工需時(shí)較長(zhǎng)的樁基，可考慮采用鋼護(hù)筒施工，且應(yīng)避免壓入而應(yīng)采用鉆孔跟進(jìn)的方式施工鋼護(hù)筒。

2 預(yù)加固保護(hù)施工方法

2.1 設(shè)計(jì)原則

對(duì)樁基或承臺(tái)位置進(jìn)行土體預(yù)加固，加固范圍大于1倍樁徑范圍為宜，加固樁宜采用MJS或三軸攪拌樁等非擠土工藝，樁長(zhǎng)超過隧道底部不小于3 m。

2.2 施工原則

注意機(jī)械站位，尤其是三軸攪拌樁機(jī)械設(shè)備不允許放置于隧道上方。必須先進(jìn)行非原位試樁獲取加固樁施工工藝參數(shù)，減小加固樁施工的影響。樁基須待加固完成后施工，加固體以下單樁施工時(shí)間應(yīng)控制在12 h內(nèi)。

2.3 施工工程實(shí)例

大中里項(xiàng)目上跨軌交2號(hào)線區(qū)間隧道，隧道兩側(cè)設(shè)置φ850 mm鉆孔灌注樁，有效樁長(zhǎng)71.1 m，樁端進(jìn)入⑨層土，總樁數(shù)143根。部分樁基與隧道最近距離僅3 m。工程樁基在三軸攪拌樁加固體中套打，加固體深度超過隧道底部3 m（圖3）。

圖3 預(yù)加固、樁基與隧道剖面關(guān)系

該工程樁基數(shù)量大，樁基深度大，鉆孔深72.50 m，位于加固體下方樁長(zhǎng)54.50 m。下部穿越⑤層、⑦層土厚度大，單樁施工時(shí)間長(zhǎng)。第1階段選用GPS10加強(qiáng)型設(shè)備非原位試樁7根，單樁施工平均用時(shí)42.26 h，其中加固體以下成孔至混凝土澆筑完成用時(shí)19.53～30.68 h，不能滿足地鐵方要求。第2階段采用GPS10加強(qiáng)型配合金泰SP30型鉆機(jī)非原位試樁28根，埋設(shè)3組土體測(cè)斜。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，整個(gè)鉆進(jìn)過程中施工范圍3 m外土體的側(cè)向最大位移為3.50 mm，混凝土澆筑結(jié)束24 h后土體位移部分恢復(fù)，最大位移為1.93 mm。加固體以下成孔至混凝土澆筑完成用時(shí)最短縮減至17.25 h。第3、第4階段采用GPS10加強(qiáng)型配合金泰SP30型鉆機(jī)分別試做6根及31根距離地鐵隧道6 m的原位樁基，隧道內(nèi)采用沉降及水平直徑收斂自動(dòng)化監(jiān)測(cè)配合。第3階段上行線沉降數(shù)據(jù)最大值0.63 mm；下行線沉降數(shù)據(jù)最大值為0.71 mm。第4階段上行線沉降數(shù)據(jù)最大值為3.80 mm；下行線沉降數(shù)據(jù)最大值為1.70 mm。

經(jīng)過多次非原位試驗(yàn)，總結(jié)出相關(guān)施工優(yōu)化措施，保證施工效率及影響可控：采用SP30進(jìn)行上部17.8 m加固范圍內(nèi)的成孔施工，然后利用GPS10型鉆機(jī)施工17.8 m加固區(qū)以下部分，直至混凝土澆筑結(jié)束；鉆頭直徑由原850 mm增至890 mm，避免后續(xù)縮孔導(dǎo)致鋼筋籠無法正常下放到位；考慮到⑤層及⑦層土鉆進(jìn)中鉆頭磨損較大，現(xiàn)場(chǎng)配置備用鉆頭，若發(fā)現(xiàn)鉆頭磨損過大，需及時(shí)更換鉆頭后再繼續(xù)鉆進(jìn)。

2.4 注意事項(xiàng)

預(yù)加固施工即會(huì)對(duì)鄰近地鐵隧道產(chǎn)生變形影響，首先應(yīng)選擇合理的加固方式，并進(jìn)行非原位試驗(yàn)，減小加固施工影響。加固體內(nèi)套打施工鉆孔灌注樁，應(yīng)選擇合理的機(jī)械設(shè)備，雖然加固體范圍內(nèi)成孔不是關(guān)鍵工序，但如因加固體強(qiáng)度較高，鉆孔施工時(shí)間過長(zhǎng)，同樣會(huì)對(duì)鄰近隧道造成不利影響。原位施工鉆孔灌注樁前，應(yīng)先進(jìn)行非原位試成樁，優(yōu)化各項(xiàng)施工措施，縮短加固體下部成孔至混凝土澆筑完成的時(shí)間。

3 運(yùn)營(yíng)空窗期快速施工方法

3.1 施工原則

確保從樁基開始鉆孔至混凝土澆筑完成的時(shí)間段控制在地鐵隧道停運(yùn)期間，上海地鐵一般停運(yùn)時(shí)間僅6 h，2018年部分線路延長(zhǎng)運(yùn)營(yíng)，很多線路天窗時(shí)間不滿5 h。施工單位須保證在地鐵晚高峰過后至第2天早高峰來臨前的7 h內(nèi)完成施工，確保樁基不因地鐵振動(dòng)造成坍孔而影響地鐵隧道的安全。由于對(duì)成樁時(shí)間有嚴(yán)格的限制，因此施工前應(yīng)制訂出詳細(xì)、可行的分工序施工時(shí)間控制標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 施工工程實(shí)例

南京東路179地塊樁型為直徑650 mm，長(zhǎng)度45 m，部分樁基距離地鐵隧道約4 m。

該項(xiàng)目借鑒車載反循環(huán)鉆機(jī)工藝[3]，采用新型泵吸反循環(huán)法，將鉆頭切削產(chǎn)生的泥條通過大功率泥漿泵吸走，加快成孔速度。該工藝鉆削式快速成孔系統(tǒng)的成孔速度比常規(guī)的成孔速度提高2～3倍，可縮短成孔周期，具有孔底沉渣少、清孔快的顯著特點(diǎn)。工程使用鉆削成孔工藝，配合重力式漿泥分離裝置及立式漿泥分離系統(tǒng)，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)泥漿進(jìn)行工具式的存儲(chǔ)、分離，做到現(xiàn)場(chǎng)無泥漿外露，減少泥漿外運(yùn)頻次，亦降低重車對(duì)軌交2號(hào)線區(qū)間隧道影響。

灌注樁快速成孔工藝、重力式泥漿分離及泥漿處理3個(gè)系統(tǒng)的配合可以縮短普通灌注樁的成孔時(shí)間，且孔底沉渣少，清孔快甚至無需一次清孔。

現(xiàn)場(chǎng)先進(jìn)行了4根非原位試樁，在距離工程樁為2 m左右的位置布置測(cè)斜管，收集樁基施工不同階段的土體變形數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)表明樁周土體變形最大值在2 mm以內(nèi)。晚上地鐵停運(yùn)前0.5 h進(jìn)行開鉆準(zhǔn)備工作，成孔時(shí)間控制在2.5 h以內(nèi)，提鉆桿0.5 h，下放鋼筋籠2 h，下放澆搗管并二清1 h，澆筑混凝土1 h，整個(gè)過程7 h內(nèi)完成。在軌交車輛到達(dá)工地前完成混凝土澆灌。

樁基正式施工時(shí)，監(jiān)測(cè)結(jié)果表明在隧道近距離樁基施工過程中，地鐵隧道的沉降和收斂都保持在2 mm以內(nèi)。

3.3 注意事項(xiàng)

這種方法適用于通過改進(jìn)機(jī)械設(shè)備及各工序搭接措施縮短常規(guī)單樁施工時(shí)間的樁基，一般樁徑及樁長(zhǎng)不大的可以實(shí)現(xiàn)。對(duì)于部分無法做到將整根樁施工時(shí)間控制在7 h內(nèi)的，可放松到隧道頂部以下部分鉆孔至將混凝土澆筑完成時(shí)間控制在地鐵停運(yùn)空窗期內(nèi)。

4 優(yōu)、缺點(diǎn)對(duì)比及適用性

鋼護(hù)筒保護(hù)措施的護(hù)筒不能回收，成本高，且護(hù)筒自身施工對(duì)周邊環(huán)境影響較大。預(yù)加固保護(hù)措施需提前完成土體加固，增加額外的施工時(shí)間，且需特別注意加固施工的疊加影響?？沾捌诳焖偈┕し椒ǖ慕?jīng)濟(jì)效益和時(shí)間成本控制均較好，但不適用于樁徑大、樁深長(zhǎng)、樁底穿過較厚砂性土層等耗時(shí)過長(zhǎng)的樁基施工。

一般對(duì)于單樁傳統(tǒng)施工時(shí)間可控制在12 h以內(nèi)，通過改進(jìn)機(jī)械設(shè)備及精心組織施工，能確保在7 h內(nèi)完成隧道頂部以下鉆孔及混凝土澆筑過程的樁基可采用運(yùn)營(yíng)空窗期快速施工的方法。

對(duì)于單樁施工時(shí)間用時(shí)較長(zhǎng)，無法滿足空窗期快速施工的，結(jié)合土層情況及樁基平面布置，優(yōu)先選擇預(yù)加固保護(hù)施工方法。對(duì)于樁數(shù)少且平面布置離散的大直徑鉆孔灌注樁，可考慮采用鋼護(hù)筒保護(hù)施工方法，但需采用預(yù)鉆孔跟進(jìn)鋼護(hù)筒方法。鋼護(hù)筒保護(hù)措施及預(yù)加固保護(hù)措施均需考慮保護(hù)措施施工過程對(duì)鄰近隧道的疊加影響。

5 結(jié)語

在鄰近地鐵隧道的樁基設(shè)計(jì)過程中即應(yīng)事先考慮施工影響因素，合理選擇保護(hù)措施。

試成樁是施工關(guān)鍵，需試驗(yàn)施工機(jī)械設(shè)備、施工參數(shù)、施工擾動(dòng)等。非原位試驗(yàn)時(shí)，在對(duì)應(yīng)參照距離位置布置測(cè)斜孔等監(jiān)測(cè)措施，以監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)反分析指導(dǎo)施工，為后續(xù)原位施工明確各項(xiàng)施工參數(shù)[4-6]。

施工前，必須對(duì)隧道位置進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)復(fù)測(cè)，地面放樣并做好明顯標(biāo)識(shí)，確?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工時(shí)樁基與隧道準(zhǔn)確的相對(duì)位置。在信息化指導(dǎo)施工過程中，隧道內(nèi)部必須采用自動(dòng)化監(jiān)測(cè)設(shè)備，及時(shí)獲取變形數(shù)據(jù)，以反饋指導(dǎo)施工。

緊鄰地鐵隧道施工工程樁，可考慮一些新工藝，例如ICE高頻免振動(dòng)鋼管樁，在軌交2號(hào)線虹橋機(jī)場(chǎng)停機(jī)坪整治工程中，樁徑800 mm、樁長(zhǎng)46 m的ICE高頻免振動(dòng)鋼管樁，夜間停運(yùn)期間分2節(jié)壓入，每節(jié)施工時(shí)間僅需幾分鐘，對(duì)距離不足3 m的地鐵隧道，振動(dòng)及變形影響均處于可控狀態(tài)。