樊延祥

（中鐵十九局集團(tuán)第五工程有限公司，116100，大連／／高級(jí)工程師）

1 工程概況

1.1 總體概況

寧夏路站是青島地鐵3號(hào)線五標(biāo)明挖車站。為地下雙層雙跨矩形框架結(jié)構(gòu)，為標(biāo)準(zhǔn)島式站臺(tái)車站，車站全長(zhǎng)154.75m，車站站臺(tái)中心里程為K9＋431.479，頂板覆土3.3m，底板埋深16.45m左右，標(biāo)準(zhǔn)段寬度18.8m，設(shè)備用房外掛段結(jié)構(gòu)凈寬44.6 m。車站主體采用明挖順作法施工，基坑采用鉆孔灌注樁＋鋼支撐復(fù)合支護(hù)措施，鉆孔灌注樁采用φ800＠400灌注樁，樁長(zhǎng)為19～21m，混凝土為C30。

1.2 地層概況

寧夏路車站主體結(jié)構(gòu)施工范圍內(nèi)第四系上部土層為人工填土（素、雜）、粉質(zhì)黏土，下伏基巖為燕山期花崗巖，主要為燕山晚期（γ53）侵入花崗巖為主，部分燕山晚期侵入脈巖，巖性為煌斑巖，呈脈狀穿插其間，于不同巖性接觸帶見(jiàn)有糜棱巖、碎裂巖。強(qiáng)風(fēng)化帶風(fēng)化厚度較大，中、微風(fēng)化巖面起伏較大，依次為強(qiáng)風(fēng)化花崗巖上亞帶、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖中亞帶、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖下亞帶、中風(fēng)化花崗巖和微風(fēng)化花崗巖（見(jiàn)表1）。

表1 巖石厚度統(tǒng)計(jì)表

2 施工方法

2.1 成孔設(shè)備的選型

根據(jù)車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)、硬巖地層、地下水和周邊環(huán)境條件，通過(guò)對(duì)硬巖地層成孔工藝的鉆進(jìn)難度、安全風(fēng)險(xiǎn)、設(shè)備資源、工效、成本等方面進(jìn)行比選分析，推薦采用旋挖鉆機(jī)或MZ系列搖動(dòng)式全套管鉆機(jī)作為成孔設(shè)備。由于MZ系列搖動(dòng)式全套管鉆機(jī)成孔成本高、設(shè)備資源較少，最終決定采用旋挖鉆機(jī)作為成孔設(shè)備進(jìn)行圍護(hù)樁施工。

2.2 施工流程

旋挖鉆機(jī)在硬巖地層成孔的基本流程為：樁位放樣，埋設(shè)鋼護(hù)筒，旋挖鉆機(jī)初步就位，然后在技術(shù)人員的指揮下進(jìn)一步調(diào)整鉆機(jī)垂直度，并使鉆頭中心與樁孔位中心重合，樁機(jī)定位要準(zhǔn)確、水平、垂直、穩(wěn)固，鉆機(jī)導(dǎo)桿中心線、回旋盤(pán)中心線、護(hù)筒中心線應(yīng)保持同一直線，啟動(dòng)泥漿泵向護(hù)筒內(nèi)補(bǔ)充優(yōu)質(zhì)泥漿，鉆頭入孔開(kāi)始鉆進(jìn)，鉆進(jìn)過(guò)程中適時(shí)補(bǔ)充孔內(nèi)的泥漿，轉(zhuǎn)動(dòng)鉆桿桅桿，將取出的渣土棄于孔外，然后由挖機(jī)集中清理堆放。本工程圍護(hù)樁均采用泥漿護(hù)壁。

2.3 施工過(guò)程控制

鉆機(jī)施工前，必須對(duì)鉆頭直徑、鉆頭磨損情況以及護(hù)筒直徑進(jìn)行檢查，施工過(guò)程中設(shè)專職管理人員對(duì)鉆機(jī)鉆進(jìn)施工進(jìn)行記錄，包括鉆進(jìn)深度、地質(zhì)情況、施工中出現(xiàn)的問(wèn)題（如漏漿、塌孔）、機(jī)械設(shè)備狀況等。記錄必須認(rèn)真、及時(shí)、準(zhǔn)確、清晰，能為下一步施工提出指導(dǎo)性建議。

旋挖鉆機(jī)配備電子控制系統(tǒng)顯示并調(diào)整鉆桿的垂直度，同時(shí)在鉆桿的兩個(gè)側(cè)面均設(shè)有垂直度儀，在鉆進(jìn)的過(guò)程中有專人負(fù)責(zé)觀察兩個(gè)垂直度儀，同時(shí)在平行于基坑一側(cè)設(shè)置測(cè)量?jī)x器，由測(cè)量人員負(fù)責(zé)校核鉆桿垂直度，隨時(shí)指揮機(jī)手調(diào)整鉆桿垂直度。通過(guò)電子控制和人工觀察兩個(gè)方面來(lái)確保鉆桿垂直度，從根本上保證了圍護(hù)樁成孔的垂直度。

旋挖鉆進(jìn)是一個(gè)短進(jìn)尺、多回次的重復(fù)循環(huán)過(guò)程，旋挖鉆機(jī)在硬巖地層相對(duì)于軟巖地層有回次進(jìn)尺短、回次時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn)，鉆頭隨著鉆入巖層的深度及地層的變化，回轉(zhuǎn)阻力有增加；由于旋挖鉆機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)中液力變矩器的作用，隨回轉(zhuǎn)阻力增大其轉(zhuǎn)速降低，內(nèi)外鉆桿傳遞扭矩的槽、鍵接觸面上的壓力也隨之增大，這時(shí)操縱加壓油缸對(duì)鉆桿柱加壓，其壓力可傳到鉆頭，增大鉆頭切入深度；鉆進(jìn)負(fù)荷隨之增大，轉(zhuǎn)速進(jìn)一步降低，在很短時(shí)間內(nèi)是切入深度回轉(zhuǎn)阻力矩逐漸增大，負(fù)載和轉(zhuǎn)速在很大范圍內(nèi)波動(dòng)的鉆進(jìn)過(guò)程，這也是旋挖鉆機(jī)鉆進(jìn)的顯著特點(diǎn)。當(dāng)鉆進(jìn)至進(jìn)尺困難的硬巖時(shí)，在負(fù)荷增大到一定程度后，操縱加壓液壓缸，通過(guò)動(dòng)力頭對(duì)鉆桿柱短時(shí)間加壓，加壓操作可視情況，重復(fù)進(jìn)行1～2次，當(dāng)加壓后鉆頭切入量也很小甚至不切入時(shí)，應(yīng)立即提鉆，故鉆進(jìn)過(guò)程中，操作手應(yīng)密切注視工作艙內(nèi)的壓力、轉(zhuǎn)速儀表以及鉆進(jìn)負(fù)荷變化情況，適時(shí)加壓、提鉆。

鉆進(jìn)過(guò)程中當(dāng)鉆進(jìn)深度從軟巖層變化至硬巖層時(shí)，要減速慢進(jìn)，防止地層變化處出現(xiàn)擴(kuò)孔現(xiàn)象。

3 旋挖鉆機(jī)成孔施工分析

3.1 大功率鉆機(jī)施工效率較高

基坑圍護(hù)樁分別采用兩臺(tái)鉆機(jī)施工，型號(hào)分別為XLG180型以及SANY SR200型，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工情況以及施工記錄統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析（見(jiàn)表2），在成孔過(guò)程中扭矩小的XLG180型鉆機(jī)（最大輸出扭矩＝178kN·m）與扭矩大的SANY SR200型（最大輸出扭矩＝200kN·m）相比，成孔時(shí)間平均長(zhǎng)0.5～1h，在硬巖地層范圍鉆頭進(jìn)尺的時(shí)間普遍較長(zhǎng)，在硬巖地層中成孔時(shí)應(yīng)盡量選擇大功率鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔作業(yè)施工，成孔時(shí)間和質(zhì)量都可以得到保障。

表2 不同功率鉆機(jī)成孔時(shí)間表

3.2 不同地層旋挖鉆頭的選用

圍護(hù)樁成孔過(guò)程中共采用了3種旋挖鉆頭，針對(duì)寧夏路站特殊地質(zhì)情況3種鉆頭均能發(fā)揮不同的工效（見(jiàn)圖1）。

圖1 旋挖鉆頭類型照片

耐磨合金鋼鏟式斗齒旋挖鉆頭在現(xiàn)場(chǎng)施工中主要使用于埋深0～11、12m土層，因?yàn)榇朔秶翆踊緸榛靥钔翆雍蛷?qiáng)風(fēng)化巖層，所以成孔施工進(jìn)尺較快，鉆進(jìn)至中風(fēng)化石層時(shí)，由于其鏟式斗齒不具備切削、壓碎巖石功能，必須更換耐磨合金子彈頭截齒旋挖鉆斗繼續(xù)鉆進(jìn)，耐磨合金子彈頭截齒可將大塊巖石切削、碾碎成可進(jìn)入鉆斗的小塊；由于本地層巖石抗壓強(qiáng)度較大對(duì)鉆頭的磨損情況非常嚴(yán)重（成孔一根樁平均需要更換3～4個(gè)合金子彈頭截齒（見(jiàn)圖2），而耐磨合金子彈頭截齒裝配、更換比較容易，為施工提供了便利；耐磨合金子彈頭截齒螺旋鉆頭主要使用于旋挖鉆頭進(jìn)尺困難、巖石塊徑較大且抗壓強(qiáng)度非常高的硬巖地層，當(dāng)旋挖鉆頭每回次進(jìn)尺的切入量非常小時(shí)，就需要更換螺旋鉆頭，由于螺旋鉆頭的回轉(zhuǎn)阻力小，可將孔下堆積在一起的大粒徑石塊攪散并利用螺旋鉆頭的葉片及葉片間隙部位將大塊石卡住提出，螺旋鉆頭的使用頻率不高，每孔1～2m可能使用螺旋鉆頭一次。

施工過(guò)程中通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，耐磨合金鋼鏟式斗齒旋挖鉆頭在硬巖層施工進(jìn)尺速度比耐磨合金子彈頭截齒旋挖鉆頭并沒(méi)有顯著的提高，而鏟式斗齒磨損后更換比較困難，而且磨損的速度較快，故后期施工一直采用耐磨合金子彈頭截齒旋挖鉆頭作為旋挖鉆機(jī)的主要成孔鉆頭。

圖2 鉆頭使用情況照片

3.3 施工質(zhì)量好

普通鉆機(jī)的機(jī)架和鉆桿都比較單薄，旋挖鉆機(jī)的鉆桿比普通鉆機(jī)粗很多，機(jī)架穩(wěn)固，且旋挖鉆機(jī)有自動(dòng)側(cè)斜裝置，鉆塔垂直度及鉆孔深度均有儀表顯示，鉆機(jī)底盤(pán)可伸縮并可自動(dòng)整平，因此鉆進(jìn)時(shí)非常穩(wěn)定，可隨時(shí)監(jiān)視并調(diào)整鉆孔的垂直度，能有效地保證鉆孔垂直度。

圍護(hù)樁施工完畢后，取主體結(jié)構(gòu)基坑北側(cè)東西端的圍護(hù)樁作為研究總結(jié)對(duì)象，對(duì)寧夏路站圍護(hù)樁施工進(jìn)行總結(jié)。主要統(tǒng)計(jì)了40根圍護(hù)樁的頂部、底部偏移量，并選取了7根樁對(duì)樁身偏移量進(jìn)行了詳細(xì)統(tǒng)計(jì)。根據(jù)樁頂、樁底的偏移量統(tǒng)計(jì)結(jié)果以及土方開(kāi)挖后樁體實(shí)際剔鑿情況得出，樁身垂直度施工時(shí)整體控制得較好，有個(gè)別樁樁體傾斜較大，統(tǒng)計(jì)得出樁體傾斜度平均為1.62cm（約1‰，規(guī)范要求不大于3‰），根據(jù)樁身偏移量的統(tǒng)計(jì)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，樁位中心均僅有1～2cm的誤差（規(guī)范要求允許偏差為：順軸線方向±50mm，垂直軸線方向＋30－0mm）。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析得出，圍護(hù)樁施工過(guò)程中施工人員對(duì)旋挖鉆機(jī)鉆頭就位、鉆桿垂直度圍護(hù)樁樁體尺寸（樁徑）控制措施到位，成樁后質(zhì)量較好，土體開(kāi)挖后圍護(hù)樁剔鑿量較小，為下一道施工工序節(jié)省了時(shí)間提高了施工效率。

3.4 適應(yīng)性強(qiáng)及環(huán)保性好

旋挖鉆機(jī)是一種適合建筑基礎(chǔ)工程成孔作業(yè)的樁工機(jī)械。該類鉆機(jī)以柴油機(jī)為動(dòng)力，全液壓驅(qū)動(dòng)，履帶行走，底盤(pán)可360°回轉(zhuǎn)，塔架可自行起落，鉆具為4～5層的伸縮鉆桿和鉆斗、螺旋鉆及擴(kuò)底鉆頭等，具有噪聲低、振動(dòng)小、扭矩大、多功能、成孔速度快、機(jī)動(dòng)靈活、施工效率高、多種速度調(diào)節(jié)、電子自動(dòng)監(jiān)控、環(huán)境污染小等特點(diǎn)。在巖石地層，由于傳統(tǒng)鉆機(jī)的自重有限，不可能給鉆頭施加更大的壓力，而旋挖鉆機(jī)由于采用動(dòng)力頭裝置，動(dòng)力頭的給進(jìn)力加上鉆桿的重量，鉆進(jìn)能力強(qiáng)，適于各種土層及硬質(zhì)巖層，本場(chǎng)地地質(zhì)條件復(fù)雜，但通過(guò)精心組織、科學(xué)管理，保質(zhì)保量地完成了施工任務(wù)。旋挖鉆機(jī)在施工過(guò)程中，噪音低、振動(dòng)小、泥漿用量少，因?yàn)樵摍C(jī)僅用泥漿護(hù)壁，而不用泥漿排渣，鉆渣流動(dòng)性小，可進(jìn)行集中堆放，利于現(xiàn)場(chǎng)文明施工，機(jī)械化程度高，便于管理。施工現(xiàn)場(chǎng)無(wú)需提供大功率電源，鉆機(jī)的所有動(dòng)力來(lái)源于隨機(jī)的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，鉆機(jī)的行走移動(dòng)全部由自帶的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)輸出動(dòng)力完成，因整體置于可自動(dòng)行走的履帶式底盤(pán)上，機(jī)動(dòng)性大，移位迅速獨(dú)立作業(yè)性高。

3.5 缺點(diǎn)

旋挖鉆機(jī)與傳統(tǒng)鉆機(jī)相比，由于旋挖鉆機(jī)的圓柱形鉆頭在提出泥漿液面時(shí)會(huì)使鉆頭下局部空間產(chǎn)生“真空”，同時(shí)由于鉆頭提升時(shí)泥漿對(duì)護(hù)筒下部與孔眼相交部位孔壁的沖刷作用，很容易造成護(hù)筒底孔壁坍塌，因此對(duì)護(hù)筒周圍回填土必須精心進(jìn)行夯實(shí)。

4 結(jié)語(yǔ)

在硬巖石地層中進(jìn)行鉆孔灌注樁成孔時(shí)，如選用旋挖鉆機(jī)作為成孔設(shè)備時(shí)，應(yīng)盡量選擇大功率鉆機(jī)（最大輸出扭矩≥170kN·m）進(jìn)行鉆孔作業(yè)施工，成孔時(shí)間和質(zhì)量都可以得到保障。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工情況和實(shí)施效果來(lái)看，建議在硬巖石地層中，尤其是中風(fēng)化花崗巖石地層中采用耐磨合金子彈頭截齒旋挖鉆頭作為主要鉆頭進(jìn)行施工，輔以耐磨合金子彈頭截齒螺旋鉆頭配合施工。

［1］吳允成.旋挖鉆斗結(jié)構(gòu)的探討［J］.探礦工程，2000（2）：30.

［2］周紅軍.我國(guó)旋挖鉆進(jìn)技術(shù)及設(shè)備的應(yīng)用與發(fā)展［J］.探礦工程，2003（2）：45.