明挖隧道圍護(hù)樁侵限預(yù)防控制技術(shù)

王 凱

(中鐵二十二局集團(tuán)第四工程有限公司，天津 301700)

0 前 言

隨著我國社會(huì)主義經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅猛發(fā)展與綜合國力的增強(qiáng)，城市規(guī)模發(fā)展不斷加快，交通與環(huán)境的矛盾日益凸顯，鐵路作為主要交通工具之一，地下建設(shè)成為趨勢；鐵路隧道在郊區(qū)建設(shè)時(shí)，設(shè)計(jì)多為明挖法施工，鉆孔灌注樁因施工快捷、剛度大、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用明挖隧道圍護(hù)結(jié)構(gòu)[1-2]。鉆孔灌注樁作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)，基坑的限界成為影響隧道主體結(jié)構(gòu)厚度的主要因素之一，若侵入主體工程范圍需進(jìn)行鑿除處理，越接近基底，處理范圍越大，鉆孔灌注樁是圍護(hù)結(jié)構(gòu)的主要受力結(jié)構(gòu)，鉆孔灌注樁侵限部分鑿除安全風(fēng)險(xiǎn)極大，處理費(fèi)用成倍增加，故如何保證鉆孔樁不侵入襯砌主體成為鉆孔樁施工時(shí)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文以某城際鐵路聯(lián)絡(luò)線工程明挖隧道鉆孔圍護(hù)樁為例進(jìn)行技術(shù)探討。

1 工程概況

新建城際鐵路聯(lián)絡(luò)線一期工程某標(biāo)段包含榆安1#隧道、榆安2#隧道、新航城車站，全長4.53 km。均采用明挖法施工，基坑深度18～22 m；結(jié)合隧道所處位置的地質(zhì)條件、基坑深度和環(huán)境條件選取圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式，經(jīng)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較，隧道主要采取土釘墻放坡、鉆孔灌注樁+鋼支撐圍護(hù)形式；其中榆安1#隧道設(shè)計(jì)2 468根鉆孔圍護(hù)樁，榆安2#隧道設(shè)計(jì)3 440根鉆孔圍護(hù)樁，新航城車站設(shè)計(jì)1 741根鉆孔圍護(hù)樁。樁徑0.8～1 m，樁長8～34 m不等，圍護(hù)樁成孔采用旋挖鉆成孔工藝。

2 鉆孔圍護(hù)樁預(yù)防侵限技術(shù)控制難點(diǎn)

基于明挖隧道鉆孔圍護(hù)樁作用和相對位置的特殊性，為了保證鉆孔圍護(hù)樁不侵入主體結(jié)構(gòu)范圍，施工質(zhì)量除了滿足規(guī)范要求混凝土強(qiáng)度、樁身完整性、勻質(zhì)性等主控項(xiàng)目外，一般項(xiàng)目的樁體垂直度控制也應(yīng)作為主控項(xiàng)目進(jìn)行控制，施工驗(yàn)收時(shí)必須全部合格。

現(xiàn)行《鐵路隧道工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》(TB 10417—2018)未對明挖隧道圍護(hù)樁垂直度驗(yàn)收做出明確規(guī)定；圖紙要求鉆孔圍護(hù)樁垂直度偏差≤1%，與《鐵路橋涵工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》(TB 10415—2018)中樁基礎(chǔ)垂直度控制要求一致。根據(jù)基坑深度計(jì)算基底處圍護(hù)樁偏移量為：

Δl=h×100×r

(1)

式中，Δl為鉆孔樁基底處偏移量，cm；h為鉆孔樁孔頂至基底的高度，m；r為鉆孔樁垂直度，%。

鉆孔圍護(hù)樁自地面開始施工，h取值22 m，若r=1%時(shí)，可計(jì)算的Δl=22 cm，基坑底部圍護(hù)樁已侵入主體22 cm，將影響基底部分側(cè)墻襯砌厚度，樁間噴錨厚度最小值為5 cm，還需對樁身混凝土進(jìn)行處理17 cm。

樁身混凝土鑿除最大范圍為以不破壞樁身主筋為標(biāo)準(zhǔn)，樁身最大允許鑿除混凝土厚度為保護(hù)層厚度7 cm，加上樁間噴錨厚度，樁身基底位置最大可接受偏差為12 cm，反推可得鉆孔圍護(hù)樁精度控制為5‰以內(nèi)。故鉆孔圍護(hù)樁垂直度控制難度大、精度要求高，是鉆孔圍護(hù)樁施工質(zhì)量控制難點(diǎn)。

3 圍護(hù)樁侵限預(yù)防控制措施

3.1 樁身質(zhì)量控制措施

1)旋挖鉆桅桿垂直度校核。旋挖鉆進(jìn)場組裝完成后，由測量專業(yè)人員采用全站儀或經(jīng)緯儀復(fù)核桅桿垂直度，桅桿垂直度控制在5‰以內(nèi)；在桅桿垂直度符合要求的情況下，鉆機(jī)總控屏進(jìn)行清零校準(zhǔn)，保證顯示屏顯示數(shù)據(jù)與桅桿垂直度相一致。在施工過程中，鉆機(jī)桅桿垂直情況至少每7天校核一次；出現(xiàn)樁孔垂直度超標(biāo)時(shí)，再次校核鉆桿垂直度。

2)樁位放樣精度控制。明挖隧道圍護(hù)樁放樣前按設(shè)計(jì)位置計(jì)算孔位坐標(biāo)，并報(bào)測量監(jiān)理工程師審批，保證計(jì)算數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。放樣前放樣數(shù)據(jù)應(yīng)經(jīng)測量班長、監(jiān)理工程師核對，核對無誤后方可進(jìn)行放樣；圍護(hù)樁樁位放樣一般采用RTK(Real-time kinematic，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位)技術(shù)，放樣前先對RTK校核。樁位放樣采用放樣和復(fù)核兩次控制，由測量人員放樣鉆孔圍護(hù)樁位置，勞務(wù)人員按放樣位置埋設(shè)護(hù)筒，護(hù)筒埋設(shè)完成后，由測量人員對護(hù)筒位置再次測量復(fù)核，檢查護(hù)筒和護(hù)樁拉線中心點(diǎn)位置是否準(zhǔn)確。

3)場地平整。鉆孔圍護(hù)樁開鉆前清理鉆機(jī)站位位置，清理表面淤泥和浮土，必要時(shí)對場地范圍采用磚渣或其他材料進(jìn)行換填，保證鉆機(jī)在鉆孔過程中不會(huì)發(fā)生傾斜，影響成孔質(zhì)量。

4)鉆孔過程控制。鉆機(jī)開孔前，由現(xiàn)場技術(shù)人員核對鉆頭與護(hù)樁拉線交叉點(diǎn)位置，同時(shí)檢查旋挖鉆機(jī)控制室內(nèi)顯示屏上鉆桿垂直度，全部檢查合格后，由鉆機(jī)操作人員對桅桿進(jìn)行鎖死，在鉆進(jìn)過程中禁止調(diào)整桅桿方向[3]。鉆機(jī)鉆孔過程中，鉆機(jī)操作人員發(fā)現(xiàn)顯示屏上鉆桿垂直度偏差>1%時(shí)，及時(shí)通知現(xiàn)場管理人員復(fù)核并校正；技術(shù)人員隨身攜帶吊錘，定時(shí)復(fù)核鉆桿垂直度，發(fā)現(xiàn)鉆桿垂直度出現(xiàn)明顯偏差時(shí)，及時(shí)復(fù)核成孔質(zhì)量，并采取有效的糾偏措施。

5)成孔質(zhì)量檢測。圍護(hù)樁成孔后需檢查成孔質(zhì)量，成孔斜度檢測目前采用較先進(jìn)的成孔檢測儀器為超聲波測壁儀[4]。采用超聲波測壁儀檢測成孔斜度，若斜度偏差>1%且隧道基底位置樁身侵入主體超過12 cm，需回填黏土，重新鉆孔或修正成孔斜度。

6)塌孔控制。圍護(hù)樁局部塌孔，混凝土灌注后，塌孔部位樁身形成鼓肚，會(huì)侵入主體結(jié)構(gòu)，造成圍護(hù)結(jié)構(gòu)侵限，施工過程中應(yīng)加強(qiáng)對鉆機(jī)鉆進(jìn)速度和泥漿比重控制，減少塌孔造成的圍護(hù)樁侵限。

3.2 規(guī)避圍護(hù)樁侵限預(yù)防措施

圍護(hù)樁垂直度控制要求精度高、難度大；本文以防止圍護(hù)樁侵入主體為最終目的，規(guī)避圍護(hù)樁侵限對主體結(jié)構(gòu)厚度的影響為出發(fā)點(diǎn)，制定了以下預(yù)防措施。

3.2.1 增加預(yù)留量

圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工前，根據(jù)目前行業(yè)垂直度控制精度水平和基坑深度，對圍護(hù)樁在垂直于線路的方向進(jìn)行調(diào)整，外放調(diào)整量計(jì)算公式如下：

Δa=Δl-b

(2)

式中，Δa為圍護(hù)樁在垂直于線路方向外放調(diào)整值；b為圍護(hù)樁在不加固情況下最大鑿除允許值，此處取值為12 cm。

當(dāng)圍護(hù)樁垂直度控制水平為1%，基坑深度為22 m時(shí)，根據(jù)式(1)和式(2)計(jì)算可得圍護(hù)樁在垂直于線路方向外放調(diào)整值為10 cm。

根據(jù)計(jì)算得出的圍護(hù)樁外放量，由測量人員在設(shè)計(jì)位置基礎(chǔ)上將圍護(hù)樁位置外調(diào)10 cm，并按調(diào)整后的數(shù)據(jù)放樣樁位，從而減少圍護(hù)樁侵入主體范圍的數(shù)量。

此類圍護(hù)樁侵限控制措施會(huì)造成襯砌結(jié)構(gòu)混凝土或樁間噴錨混凝土數(shù)量增加。但因此造成的混凝土超方成本遠(yuǎn)低于因圍護(hù)樁侵限處理成本，并減少了因圍護(hù)樁處理帶來的基坑安全風(fēng)險(xiǎn)和工期風(fēng)險(xiǎn)。

3.2.2 旋挖鉆機(jī)站位控制

圍護(hù)樁成孔多采用旋挖鉆成孔工藝，具有自動(dòng)化程度高、勞動(dòng)強(qiáng)度低、成孔速度快等優(yōu)點(diǎn)。旋挖鉆機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 旋挖鉆機(jī)結(jié)構(gòu)圖

在旋挖鉆鉆進(jìn)成孔過程中，因鉆機(jī)操作手水平參差不齊或急于成孔，鉆桿豎向荷載加載較大，對鉆機(jī)產(chǎn)生向上的反作用力，造成鉆機(jī)向后傾斜，帶動(dòng)鉆桿向機(jī)身側(cè)傾斜，對圍護(hù)樁成孔垂直度造成影響。為了避免此類傾斜引起的圍護(hù)樁侵限，可以采取調(diào)整鉆機(jī)施工方向的措施。鉆孔時(shí)，鉆機(jī)鉆頭向著線路外側(cè)或鉆機(jī)鉆頭方向與線路方向一致進(jìn)行鉆孔施工。此類鉆孔方式，成樁傾斜方向會(huì)向線路外側(cè)或線路方向傾斜，不會(huì)侵入襯砌主體結(jié)構(gòu)。

3.2.3 減少虛鉆長度

該工程施工時(shí)鉆孔圍護(hù)樁自地面開始施工，放坡開挖高度為3 m，圍護(hù)樁孔鉆長度為4 m，從式(1)中可以看出，如果采取先開挖再進(jìn)行鉆孔圍護(hù)樁施工，可以減小孔頂至基坑底的高度值h，從而減小基地處樁身偏移量Δl。因此，在編制施工組織方案時(shí)，應(yīng)先施工放坡開挖工程，再進(jìn)行鉆孔圍護(hù)樁施工，減小鉆孔圍護(hù)樁垂直度控制難度。此項(xiàng)措施符合鉆機(jī)向外側(cè)站位理念，同時(shí)減少空鉆長度，節(jié)約了成本；缺點(diǎn)是因基坑開挖對鋼筋籠運(yùn)輸、泥漿池設(shè)置、鉆渣外運(yùn)等施工帶來不便。

4 侵限樁數(shù)量統(tǒng)計(jì)

截止筆者撰文，榆安1#隧道、榆安2#隧道鉆孔圍護(hù)樁已全部施工完成，并完成開挖施工，由現(xiàn)場技術(shù)人員對鉆孔樁侵限處理情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，具體如表1所示。

表1 侵限樁統(tǒng)計(jì)表

榆安2#隧道最先組織施工，項(xiàng)目部對侵限樁控制不夠重視，按1%進(jìn)行垂直度控制。榆安1#隧道開工較晚，項(xiàng)目部采取了圍護(hù)樁施工垂直度控制措施，同時(shí)采取了規(guī)避侵限措施，侵限樁數(shù)量明顯較少，為項(xiàng)目部節(jié)省了侵限樁處理費(fèi)用和工期。

5 結(jié)束語

明挖隧道圍護(hù)樁預(yù)留外放量為鉆孔施工垂直度預(yù)留了控制范圍，在預(yù)防圍護(hù)樁侵限控制中起到了顯著效果，但應(yīng)在施工過程中，根據(jù)施工精度及時(shí)調(diào)整，減少混凝土超方，避免成本增加。預(yù)防圍護(hù)樁侵限措施應(yīng)堅(jiān)持事前預(yù)防、事中控制原則，減少成孔后再返工或進(jìn)行修正，避免對開挖后的侵限樁身進(jìn)行處理。圍護(hù)樁施工前還需加強(qiáng)對旋挖鉆機(jī)工況的檢查和人員的培訓(xùn)，只有不斷加強(qiáng)操作人員的質(zhì)量控制意識，才能有效保證各類圍護(hù)樁侵限預(yù)防措施落實(shí)到位，取得應(yīng)有的效果。

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