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地铁隧道钻孔灌注桩施工技术探析

摘要:以上海某大型商业综合体项目为例研究邻近地铁隧道条件下钻孔灌注桩施工的技术要点。通过分析工艺性试验结果,对使用长套筒跟进保护施工及在夜间地铁停运期间进行施工两种方法造成的影响进行比较,确认了后者的可行性。施工监测数据显示,在施工技术措施适当的情况下,在夜间地铁停运期间进行邻近地铁隧道的钻孔灌注桩施工可有效控制地铁区间的水平位移,保证隧道的安全。

关键词:地铁隧道,钻孔灌注桩,水平位移,夜间施工

1概述

近二十年来轨道交通建设在全国各地飞速发展,以上海为代表的大型城市已建成总里程居世界前列的轨道交通网。大型商业楼及办公楼在选址时倾向于便于搭乘轨道交通,甚至直接与车站相接的区域,因此如何在施工过程中做好对轨道交通线路的保护是上述工程建设的首要课题。本文将结合工程实例研究邻近地铁隧道区间条件下钻孔灌注桩施工的技术措施。

2工程实例

2.1工程背景

上海某大型商业综合体项目位于上海市长宁区。由于地铁二号线隧道横穿项目用地,工程建设分为东西两个区进行。建设场地原为历史保护建筑,因此工程建设包括对部分保护建筑物的复建,其中部分保护建筑的桩基需紧邻地铁隧道施工。

2.2工程地质

根据勘查报告,本工程场地整体上属正常地层分布区,第①层杂填土及浜填土,层厚3m;第②层黏土,层厚1.6m;第③层淤泥质粉质黏土,层厚3.3m;第④层淤泥质黏土,层厚7.6m;第⑤层黏土及粉质黏土,层厚21.6m;第⑥层粉质黏土,层厚3m;第⑦层粉砂及粉细沙,层厚13.6m。

2.3工艺概况

以银杏屋为代表的保护建筑物位于地铁二号线正上方,基础形式采用传统的泥浆护壁钻孔灌注桩,桩径600mm,桩长40m,钻孔桩边缘至地铁隧道最小距离为3.3m,桩与隧道关系见图1。

3工艺性试验

3.1试验背景

根据同类工程的研究结果,在邻近地铁区间隧道的条件下进行钻孔灌注桩施工时,使用长套筒跟进保护可以有效减小隧道变形[1]。此外在夜间地铁停运期间进行施工可避免施工过程中周边土体受列车通过造成的振动的影响,对防止缩颈及坍孔有积极作用。但考虑到本工程实际情况,如采用套筒辅助钻进成孔则无法在地铁停运期间内完成灌注桩的施工,因此为选取最优施工方案进行工艺性试验。

3.2试验介绍

在拟施工场地选取2根工程桩作为工艺性试验试桩,桩径600mm,桩长43m,编号坑S1,S2。其中仅S2采用钢护筒护壁方式施工。在距离2根试桩中心约3.5m位置各设置1个土体测斜孔,用以监测施工过程对周边环境的影响,监测深度至桩底。试桩施工阶段每天监测2次~3次,试桩完成后再连续监测,观测后续的土体位移变化,至土体稳定。

3.3试验结果

根据S1测斜孔深度与变形量关系图显示,S1在成孔后变形量最大,变形量为2mm左右,随着施工过程进行,变形量逐渐减小,混凝土浇筑后达到0.4mm左右,之后变形量有所反弹最终趋于稳定,最终变形量均保持在0.5mm左右,详见图2。根据S2测斜孔深度与变形量关系图显示,由钢护筒形式护壁施工的试桩S2,成孔后变形量在1mm左右,随着施工过程进行,变形量逐渐减小,混凝土浇筑完成后达到最小变形量在0.5mm左右,之后变形量开始反弹,最终变形量均保持在1.5mm左右,详见图3。

3.4结果分析

夜间施工的S1变形量最大值(2mm)出现在成孔后,后续趋于稳定(0.5mm~1mm);采用护筒的S2变形最大值(1.5mm)出现在混凝土浇筑完成后4d~5d(1mm~2mm)。夜间施工的S1随深度变化最终变形量区别不大;使用套筒的S2数据较为离散。通过比较S-1(夜间施工)与S-2(套筒护壁)的监测数据,S1在成孔及清孔阶段造成的土体变形在混凝土浇筑后会逐步稳定并有一定的恢复,最终对周围土体造成的变形影响较小,基本在1mm以内。使用套筒护壁工艺施工钻孔桩,由于成孔后下放套筒需较长时间,且套筒与孔壁之间无法完全紧贴,套筒与孔壁之间的间隙造成混凝土浇筑后变形稳定时间相对较长且离散性较大。综合考虑上述因素后,决定在不使用钢护筒的情况下进行钻孔桩的施工,但必须保证整个施工过程于地铁停运期间完成。

4关键技术措施

为确保地铁区间隧道万无一失,邻近地铁的钻孔灌注桩除应满足通常施工的要求外还应采取额外的保护措施。

4.1测量定位

施工前,根据地铁监护单位提供的坐标将地铁隧道边线轮廓完整放样至施工地坪上,在监护单位复核无误后,在隧道边线坐标点敲入钢钉并用红油漆作醒目标识,每根桩位放样完成后,除常规的监理复核外,开孔前尚需由地铁监护现场确认。

4.2泥浆护壁

护壁浆液视现场实际情况,如有需要则采用膨润土人工造浆,以提高泥浆性能指标;浆液性能定期测试,新浆要求比重1.04~1.05,粘度20s~24s;循环浆要求比重1.15~1.20,粘度20s~26s。必要时,可在泥浆中配入重晶石以增加比重,防止坍孔。

4.3钻进成孔

成孔开始前应做好充分的准备工作,施工过程做好施工原始记录。成孔时钻机定位准确、水平、稳固,钻机定位后,应用钢丝绳将护筒上口挂带在钻架底盘上。成孔过程中钻机塔架头部滑轮组、回转器与钻头应始终保持在同一铅垂线上,保证钻头在吊紧状态下钻进。钻进时应根据不同的土质采用不同的钻速,避免桩径扩孔和缩径影响质量,以确保不大于1/200的垂直度。如发生孔斜,在偏斜处吊住钻头,上下反复扫孔,使孔校直。

4.4混凝土灌注
为确保成桩速度,在二次清孔开始前就应通知混凝土供应商派出运输车辆,以确保清孔结束后能立即浇筑混凝土。为避免夜间施工扰民,混凝土浇筑中安排专人对搅拌车引领,要求不鸣笛不开大灯;考虑到工程桩桩径600mm,采用直径200mm的导管以防止卡管现象发生,并对每节导管进行编号便于安装;在拆除导管时用专用扳手进行拆除,严禁敲打导管。

4.5应急预案

如发生孔口坍塌,难以处理的,应将此孔用黏性土回填,待回填土固结后,重新开孔钻进。如因特殊原因导致规定时间内无法顺利成桩的,则必须在地铁运营开始前进行回填,回填采用黏土拌合7%水泥进行回填,并向相关各方进行汇报。

5监测数据施工期间

地铁隧道区间自动监测装置记录的隧道上行线及下行线的水平收敛位移情况见图4,图5,其中ZSSL18~ZSSL24为周边上行线监测点,ZXSL13~ZXSL19为下行线监测点,由于钻孔灌注桩施工对隧道水平位移的影响大于竖向位移[2],故此处选用水平位移数据,且由于前期周边基坑开挖对隧道已产生一定影响,故此处累计水平位移的初始值不为零。详细数据见图4,图5。根据监测结果显示,本工程邻近地铁隧道的钻孔灌注桩施工过程基本未对2号线隧道区间造成影响。

6结语

在邻近地铁隧道的条件下进行钻孔灌注桩施工时隧道的安全必须放在第一位考虑。在受到条件限制无法使用长套筒跟进保护的情况下,将施工时间安排在地铁停运的夜间进行可有效控制地铁区间的水平收敛位移,保证隧道的安全。施工时还应加强定位的测量复核,同时提高泥浆护壁的质量防止坍孔,并做好特殊情况下的应急预案,确保施工的质量与安全。

作者:沈鸣 单位:华润置地(上海)有限公司

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