沈宏雁/SHEN Hongyan

(中鐵十六局集團(tuán)地鐵工程有限公司，北京 100000)

1 工程概況

成都地鐵17 號(hào)線二期“機(jī)-人”（機(jī)車廠站-人民塘站）盾構(gòu)區(qū)間由機(jī)車廠站大里程盾構(gòu)井始發(fā)，區(qū)間隧道在里程ZDK96+200～ZDK96+280、YDK96+140～YDK96+245 位置下穿市政道路普絡(luò)斯A 線下穿隧道框架段，該位置盾構(gòu)區(qū)間隧道埋深約19m。普絡(luò)斯A 線下穿隧道采用普通鋼筋圍護(hù)樁的支護(hù)形式，局部樁底侵入盾構(gòu)掘進(jìn)范圍。下穿隧道樁基為?1 500@2 200 鉆孔樁，樁長約18.2m。下穿隧道西側(cè)需破除圍護(hù)樁37 根，東側(cè)需破除23 根。樁頂冠梁尺寸1 700mm×1 000mm，冠梁頂距離現(xiàn)有地面高度約3m。

2 工程需求分析

1）工期方面 確保關(guān)鍵工序：機(jī)車廠站-人民塘站盾構(gòu)區(qū)間計(jì)劃2021 年3 月31 日左線始發(fā)、5 月31 日右線始發(fā)。必須確保在盾構(gòu)通過前將侵入隧道的圍護(hù)樁處理完成。按照盾構(gòu)掘進(jìn)4環(huán)／天+中間停機(jī)拆除負(fù)環(huán)7 天計(jì)算，左線圍護(hù)樁需在2021 年4 月14 日前處理完成，右線圍護(hù)樁需在2021 年6 月4 日前處理完成。

2）環(huán)保方面 鑒于成都市環(huán)保施工外部環(huán)境壓力較大（省、中央環(huán)保督察、迎大運(yùn)等），確保施工工藝所需場地滿足車輛通行要求，產(chǎn)生的廢水、污水、建渣、噪聲等對周邊環(huán)境影響符合當(dāng)?shù)匾蟆?/p>

3）安全方面 因施工深度范圍分布雜填土層、硬塑黏土層、全風(fēng)化泥巖層、強(qiáng)風(fēng)化泥巖層。其中黏土、全風(fēng)化泥巖、強(qiáng)風(fēng)化泥巖均為中等膨脹土，成都地區(qū)地下水豐富且降雨量大，受到降雨等外部環(huán)境的影響，周圍土體吸水膨脹，需確保在復(fù)雜地層下施工的安全穩(wěn)定性。

4）對道路下穿隧道結(jié)構(gòu)影響方面 因道路下穿隧道車流量大、且為新建道路，道路下穿隧道圍護(hù)樁對道路下穿隧道結(jié)構(gòu)起保護(hù)作用。施工中確保對圍護(hù)樁及下穿隧道結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定性無影響。

3 傳統(tǒng)方法分析

傳統(tǒng)施工方法有機(jī)械拔樁、沖擊鑿樁和人工挖孔鑿樁。

機(jī)械拔樁和沖擊鑿樁特點(diǎn)有：①機(jī)械拔樁、沖擊鑿樁采用大型施工機(jī)械，占地需求較大，本施工場地所處位置車流量較大，交通導(dǎo)改困難，只能小范圍打圍施工；②機(jī)械拔樁、沖擊鑿樁施工產(chǎn)生噪聲大，因施工場地緊鄰住宅小區(qū)，會(huì)造成嚴(yán)重的擾民；③機(jī)械拔樁施工成本高昂，拔樁每延米約6 500 元；④機(jī)械拔樁對圍護(hù)樁進(jìn)行全面破壞，對下穿結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定影響大。

人工挖孔鑿樁特點(diǎn)有：①施工方法所需工期時(shí)間長，按照正常工期1m／天，每個(gè)樁處理需求時(shí)間至少25 天，且需跳樁施工（至少需要2 輪完成），不能滿足工期要求；②人工挖孔鑿樁產(chǎn)生的廢水、污水、建渣很多，施工場地環(huán)保不達(dá)標(biāo)；③受膨脹土地層以及地下水豐富且易補(bǔ)給，采用人工挖孔工藝樁孔側(cè)壁地層遇水膨脹，安全風(fēng)險(xiǎn)度極高，樁孔護(hù)壁所需鋼筋、模板、混凝土等一系列施工工序耗時(shí)耗料。

4 施工工藝研究

水鉆成孔作業(yè)采用電動(dòng)水鉆機(jī)，施工時(shí)噪聲小、工藝簡單靈活、受場地制約小、對大氣無污染、產(chǎn)生污水少、對周邊結(jié)構(gòu)無影響、成孔尺寸有保證，已經(jīng)在橋梁鉆孔樁施工中得到廣泛應(yīng)用。

4.1 施工工藝對比選擇

從技術(shù)可行性、經(jīng)濟(jì)性、有效性、安全性等方面對3 個(gè)施工方案進(jìn)行深入分析，最終選擇小型水鉆成孔消阻，如表1 所示。

表1 隧道圍護(hù)樁施工方案對比分析表

4.2 施工實(shí)況研究

1）打圍范圍 為盡量減小施工期間對蜀龍路與民線路交叉口交通通行的影響，保障車輛正常通行，施工區(qū)域擬分4 處進(jìn)行圍擋，圍擋寬度為以圍護(hù)樁為中心共4m，長度為以圍護(hù)樁為中心外擴(kuò)3m?，F(xiàn)場按每次開孔11 個(gè)，全部樁孔同時(shí)開挖，共計(jì)兩輪完成全部22根樁基截樁施工。先施工左線1、2 鑿樁區(qū)域，后施工右線1、2 鑿樁區(qū)域（圖1）。

圖1 場地打圍圖

2）挖槽范圍 因侵入隧道的圍護(hù)樁樁頂位于地面以下約3m，原下穿隧道圍護(hù)樁施工時(shí)可能存在偏差，挖槽時(shí)應(yīng)適當(dāng)外擴(kuò)，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，槽孔內(nèi)壁為樁中心外擴(kuò)1.1m，即凈寬2.2m。

3）水鉆成孔范圍 既有樁樁徑1.5m，為保留足夠厚度的外圈鋼筋混凝土作為護(hù)壁，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際，在路面及填土厚度3m 深度樁孔開挖完成后，采用在原有樁基?150cm中心取芯直徑?120cm，即護(hù)壁參數(shù)：厚度15cm，混凝土強(qiáng)度為C30，最小配筋主筋（豎筋）29 根C28@100mm，螺旋筋（分布筋）A12@150mm。泥巖分界位置斷面（水土合算）地層壓力為p1=119.6kPa，樁底斷面（水土合算）地層壓力為p2=154.6kPa，樁端位置圍護(hù)樁承受的地層壓力最大，為最不利斷面位置。豎向取1m 樁，采用MIDAS 有限元軟件對其進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算。圍護(hù)樁混凝土強(qiáng)度等級C30，鉆孔取芯后截面厚度150mm，水平向箍筋直徑12mm，豎向間距100mm。構(gòu)件編號(hào)為ZH-1，截面為矩形，截面寬1 000mm，截面高150mm，構(gòu)件計(jì)算長度為1 000mm，混凝土強(qiáng)度等級C30，fc=14.3N／mm2，鋼筋類型，為HPB300，fy′=270N／mm2，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)為1.0，縱筋最小配筋率為0.600%，軸向力設(shè)計(jì)值N=269.000kN。根據(jù)GB 50010-2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》計(jì)算得出穩(wěn)定系數(shù)φ=1.000。最終求得縱筋面積A′s=-6837mm2，因 為A′s≤0，應(yīng)按構(gòu)造要求配筋，故A′s=A′smin=900mm2。實(shí)際配筋面積：A′s=1130mm2>900mm2，滿足受力要求。經(jīng)計(jì)算，混凝土強(qiáng)度及配筋率均滿足荷載要求。

4）每循環(huán)成孔深度及角度 利用水鉆沿樁身中心環(huán)形線逐個(gè)取芯（取芯外邊緣直徑為樁身直徑-30cm，每循環(huán)取芯長度約40cm），為避免整塊樁芯混凝土較大劈裂困難，可在樁芯混凝土中部均勻分布若干相同取芯掏槽孔（圖2）。水鉆完成后取出芯塊。采用電鉆在周邊孔與掏槽孔之間打設(shè)鉆眼，使用鋼楔子將樁芯混凝土劈裂。周邊孔取芯時(shí)保持7.5～10°的外傾角度，保證下一循環(huán)的取芯直徑。

圖2 鉆孔布置圖

5）垂直運(yùn)輸方式 根據(jù)鉆孔布設(shè)，最大渣塊重38.5kg，吊桶采用皮革式吊桶，出渣的允許最大重量為90kg（含水分重量)，采用規(guī)格為6×19、直徑為11mm 的鋼絲繩。出渣時(shí)渣土堆放高度不得高出吊桶上邊緣且低于10cm，以防渣土吊運(yùn)過程中掉落。當(dāng)起吊大塊渣土?xí)r，井下人員在準(zhǔn)備完成先撤回地面后再起吊。提升架采用工16A 工字鋼焊接為整體。

6）渣土存放及運(yùn)輸 孔內(nèi)渣土在吊運(yùn)至地面后臨時(shí)存放于場地內(nèi)臨時(shí)渣土坑內(nèi)，每天使用裝載機(jī)裝運(yùn)至渣土存放場后集中拉出。

7）人員上下通道 作業(yè)人員上下采用軟梯，軟梯上部固定在地錨上，并在軟梯與護(hù)壁接觸地方設(shè)置防磨墊，軟梯中部與護(hù)壁上預(yù)埋的鋼筋固定在一起避免晃動(dòng)。在緊急情況下，人員可站入吊桶內(nèi)，將安全帶固定在吊鉤上，使用汽車吊將人員吊出作為應(yīng)急逃生通道。

8）通風(fēng)及照明 由于空間狹小，需配備足夠通風(fēng)設(shè)備及照明?，F(xiàn)場通風(fēng)擬采用1.5kW 高壓漩渦鼓風(fēng)機(jī)，將地面新鮮空氣通過DN100 耐磨塑料送風(fēng)管輸送至孔道內(nèi)，風(fēng)管口距孔底約2m，距孔底2m處使用12V安全電壓的防爆燈泡進(jìn)行照明。必要時(shí)工人可以佩戴便攜式頭部探照燈進(jìn)行輔助照明。

9）樁孔防護(hù)及人員防墜 鑿樁孔口和鑿樁周邊都必須設(shè)置防護(hù)欄桿。要求：防護(hù)欄桿高度1.2m，上中下各設(shè)一道橫桿，底部設(shè)踢腳板；欄桿立柱間隔小于2m，且與孔口混凝土固定牢固。每次作業(yè)完成后孔口使用C18@150×150 鋼筋網(wǎng)進(jìn)行覆蓋，并做好警示標(biāo)志及標(biāo)語。作業(yè)過程中地面作業(yè)人員及監(jiān)護(hù)人員需系好安全帶。作業(yè)人員應(yīng)懸掛“安全繩”并隨身佩戴防墜器，以備意外情況時(shí)有關(guān)人員能順利上下，正常情況下，操作人員上下孔應(yīng)通過爬梯進(jìn)行，禁止乘坐吊具。樁孔上監(jiān)護(hù)人員與下孔作業(yè)人員均需佩戴對講機(jī)，并保持聯(lián)絡(luò)，隨時(shí)溝通孔內(nèi)及地面情況。

5 結(jié)語

1）左線圍護(hù)樁在2021 年4 月10 日處理完成，右線圍護(hù)樁在2021 年5 月30 日處理完成。確保在盾構(gòu)通過前將侵入隧道的圍護(hù)樁全部處理完成。

2）施工工藝所需場地滿足車輛通行要求，產(chǎn)生的廢水、污水、建渣、噪聲等對周邊環(huán)境基本無影響符合當(dāng)?shù)匾蟆?/p>

3）施工中無安全質(zhì)量事故及安全質(zhì)量事故隱患發(fā)生。

4）施工中通過對下穿隧道進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果顯示施工對圍護(hù)樁及下穿隧道結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定性無影響。

本施工工藝與傳統(tǒng)人工挖孔樁、機(jī)械拔樁破除既有樁施工相比，成本低、工序簡便、對既有結(jié)構(gòu)無影響、對周邊環(huán)境無影響、安全系數(shù)高、速度快，經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益顯著。