石平

(武漢地鐵集團(tuán)有限公司，湖北武漢430308)

1 工程概況

菱角湖公園風(fēng)井-菱角湖路站區(qū)間盾構(gòu)將穿越原有武漢圖書(shū)大世界遺留樁基（見(jiàn)圖1），影響上、下行線盾構(gòu)的穿越樁基為Φ377 mm夯擴(kuò)樁。夯擴(kuò)樁擴(kuò)大頭直徑暫按Φ650 mm考慮，樁長(zhǎng)為14～15 m。按照設(shè)計(jì)原則隧道中心線兩側(cè)4 m范圍內(nèi)的樁基必須預(yù)先拔除。根據(jù)現(xiàn)有資料，影響范圍內(nèi)樁基為89根，在實(shí)際施工時(shí)，應(yīng)先對(duì)所有樁基開(kāi)挖使之暴露，并實(shí)測(cè)其樁位的坐標(biāo)，對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)原則要求，具體確認(rèn)最終需拔除的根數(shù)。對(duì)于原圖書(shū)大世界廁所旁兩幢房子，因在軸線范圍內(nèi)無(wú)建筑物的相關(guān)竣工圖紙，考慮在正式施工時(shí)對(duì)相關(guān)區(qū)域進(jìn)行開(kāi)挖排摸，最終確認(rèn)是否有樁基影響。

圖1 原武漢圖書(shū)大世界需拔除樁基與隧道區(qū)間平面關(guān)系圖

隧道穿越原有武漢圖書(shū)大世界遺留樁基區(qū)域土層由上至下依次為：①1雜填土、③2黏土、③4粉質(zhì)黏土夾粉土、③5粉質(zhì)黏土夾粉砂、粉土、④1粉細(xì)砂（見(jiàn)圖2）。

2 施工設(shè)備

圖2 原武漢圖書(shū)大世界需拔除樁基與隧道區(qū)間剖面關(guān)系圖

對(duì)侵入盾構(gòu)隧道的混凝土樁基進(jìn)行清障的方法主要包括全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)清除地下障礙物工法和全套管無(wú)損減摩拔樁工法兩大類。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)樁基條件、工程地質(zhì)條件，以及周邊環(huán)境特點(diǎn)，該工程采用RT-150型全回轉(zhuǎn)套管鉆機(jī)進(jìn)行原有建筑物樁基的清除。RT-150型鉆機(jī)能夠驅(qū)動(dòng)鋼套管做圓周回轉(zhuǎn)以將鋼套管壓入和拔除。該設(shè)備在作業(yè)時(shí)產(chǎn)生的下壓力和扭矩，驅(qū)動(dòng)鋼套管轉(zhuǎn)動(dòng)，利用管口的高強(qiáng)刀頭對(duì)土體、巖層及鋼筋混凝土等障礙物的切削作用，將套管鉆入地下至樁底部以下1 m，然后利用液壓起拔設(shè)備將樁拔除。在拔樁過(guò)程中向套管內(nèi)回填水泥土（老黏土和水泥拌合而成，水泥摻量5%），逐步回填逐步夯實(shí)，并在回填的同時(shí)逐節(jié)拔除鋼套管。在整個(gè)過(guò)程中套管鉆進(jìn)及液壓起拔設(shè)備對(duì)鉆孔樁的起拔是施工的關(guān)鍵。該工法最大的特點(diǎn)是可將套管鉆入有巖層或高強(qiáng)障礙物的土層，利用套管的護(hù)壁作用，在套管內(nèi)進(jìn)行拔樁，施工安全，工效高，對(duì)周圍環(huán)境影響極少。

RT-150型全回轉(zhuǎn)套管鉆機(jī)主要包括全回轉(zhuǎn)套管鉆機(jī)、鋼套管，以及其它配套設(shè)備，如圖3所示。RT-150型全回轉(zhuǎn)套管鉆機(jī)具有以下特點(diǎn)：（1）具備強(qiáng)大馬力和緊急脫離機(jī)構(gòu)；（2）擁有將強(qiáng)大馬力傳遞給套管而設(shè)置的性能良好的楔型夾緊機(jī)構(gòu)；（3）擁有為有效利用強(qiáng)大馬力而設(shè)計(jì)的鉆頭負(fù)荷自動(dòng)控制等機(jī)構(gòu)；（4）擁有為保證垂直精度所不可或缺的自動(dòng)水平調(diào)整機(jī)構(gòu)；（5）擁有為去除鋼筋混凝土基礎(chǔ)、鋼管等地下障礙物而設(shè)計(jì)的套管內(nèi)部挖掘裝置、多頭鉆機(jī)等。

鋼套管有兩方面功能：一方面將頂部驅(qū)動(dòng)設(shè)備提供的扭矩和壓入力傳遞給刀頭，同時(shí)在鉆進(jìn)的過(guò)程中還起到支護(hù)孔壁，防止孔壁坍塌的作用。套管為厚度50 mm的鋼質(zhì)桶式結(jié)構(gòu)，根據(jù)此工程需要鉆進(jìn)的深度套管分為三節(jié)，第一節(jié)套管總長(zhǎng)7.8 m，在管口布置刀頭；第二節(jié)和第三節(jié)套管長(zhǎng)度均為6.5 m。RT-150型全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)選用直徑1 000 mm鋼套管，并配備8 0 t履帶吊車配合安拆鋼套管和拔樁清障，如圖3所示。

圖3 RT-150型全回轉(zhuǎn)套管鉆機(jī)示意圖

3 全回轉(zhuǎn)套管鉆機(jī)拔樁清障施工工法

3.1 工藝流程（見(jiàn)圖4）

圖4 全回轉(zhuǎn)套管鉆機(jī)拔樁清障施工工藝流程圖

3.2 主要施工步驟

3.2.1 施工設(shè)備就位固定

首先由測(cè)量人員使用全站儀對(duì)老樁孔位進(jìn)行精確放樣，復(fù)核后并作出標(biāo)記。定位鋼板按標(biāo)記安放并固定。鉆機(jī)就位后調(diào)整好設(shè)備的水平度，并隨時(shí)觀察和控制套管的垂直度使之不低于樁基施工要求。在鉆機(jī)就位后，開(kāi)始進(jìn)行套管的埋設(shè)和鉆進(jìn)作業(yè)。施工過(guò)程中每節(jié)套管壓入的精度都將直接影響鉆孔的施工質(zhì)量。每節(jié)套管放入夾管裝置，收縮夾管液壓缸，利用鉆機(jī)和導(dǎo)向糾偏裝置將套管的垂直精度調(diào)整到要求的范圍內(nèi)。鉆進(jìn)過(guò)程中隨時(shí)利用設(shè)備自帶的水平監(jiān)測(cè)系統(tǒng)檢驗(yàn)套管垂直度，并每孔三次在套管的兩個(gè)垂直方向架設(shè)經(jīng)緯儀進(jìn)行垂直度復(fù)核控制。每節(jié)套管連接好并檢查垂直度后，通過(guò)全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)的回轉(zhuǎn)裝置使套管進(jìn)行不小于360°的旋轉(zhuǎn)，以減少套管與土體的摩擦阻力，并隨即利用套管端部的刀齒切割土體或障礙物，壓入土中，開(kāi)始正常作業(yè)。

3.2.2 鋼套管鉆進(jìn)

按預(yù)先放好樁中心位置鉆入鋼套管（見(jiàn)圖5），將鋼套管與樁基同心壓入，如切到樁體，則適當(dāng)移動(dòng)鋼套管位置，直到能完全套住樁基位置。由于鋼套管是全回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的，且端部刀頭配置了負(fù)載控制裝置，可以確保刀頭的負(fù)載在最合適的范圍內(nèi)，且鉆機(jī)在鉆進(jìn)過(guò)程中可任意調(diào)節(jié)套管的回轉(zhuǎn)扭矩、回轉(zhuǎn)速度、壓入力及夾緊力等的最高值，并且可以設(shè)定發(fā)動(dòng)機(jī)的高速、中速、低速。所以可以根據(jù)地質(zhì)和障礙物情況，進(jìn)行高效施工。

圖5 鋼套管鉆進(jìn)示意圖

3.2.3 樁基拔樁

樁基拔樁共需兩次拔樁過(guò)程，首先壓入第一節(jié)和第二節(jié)鋼套管后進(jìn)行第一次拔樁，拔樁完成后壓入第三節(jié)鋼套管，第三節(jié)鋼套管到達(dá)拔樁預(yù)定深度后進(jìn)行第二次拔樁。根據(jù)相關(guān)施工經(jīng)驗(yàn)，在鋼套管鉆進(jìn)過(guò)程中因土體擾動(dòng)，樁身會(huì)發(fā)生扭斷或破壞，采用80 t吊車配合沖抓斗拔出或在已露出的樁頂用電焊燒制樁帽吊點(diǎn)直接引拔，將上部扭斷的鋼筋混凝土樁先行拔出，再將管內(nèi)土體取出，與管底預(yù)留2 m左右的土塞，以免土體擾動(dòng)造成塌方。然后重復(fù)鉆進(jìn)，套管內(nèi)取土及吊車配合沖抓斗拔樁的過(guò)程，直至清除到預(yù)定的樁底標(biāo)高。樁基拔除如圖6所示。

圖6 樁基拔除示意圖

在拔樁過(guò)程中，由于樁體的斷裂存在不確定性，而根據(jù)工程地質(zhì)情況，在套管不斷地下鉆過(guò)程中會(huì)遇到地下承壓水，此時(shí)拔樁就不能進(jìn)行焊接吊點(diǎn)施工，這就需要采用專門(mén)定制的楔型錘（又稱：鋼釬、夾力棒、倒三角錘），在套管鉆進(jìn)時(shí)放入管壁內(nèi)，隨著套管的不斷旋轉(zhuǎn)，將樁體有計(jì)劃地進(jìn)行扭斷，方便后續(xù)直接用80 t吊車配合沖抓斗將樁體逐段拔除。

3.2.4 回填材料拌制

樁孔回填材料采用水泥土進(jìn)行回填，水泥土組成為老粘土與水泥混合，水泥摻量為5%。在施工場(chǎng)地內(nèi)騰出一塊3 m×5 m的空地用于現(xiàn)場(chǎng)拌制水泥土。計(jì)算出一根樁所需填充水泥土方量（m3）：3.14×0.52×孔深。一根樁所需水泥量（kg）：3.14×0.52×孔深×5%×粘土比重。根據(jù)確定的水泥土配合比將定量的水泥和老粘土進(jìn)行攪拌。

3.2.5 樁孔回填

在拔樁過(guò)程的最后向套管內(nèi)回填水泥土，逐步回填逐步夯實(shí)。并在回填的同時(shí)逐節(jié)拔除鋼套管。為避免坍孔等情況的發(fā)生，回填作業(yè)是隨起拔套管同時(shí)進(jìn)行的。即套管正式起拔前，先在套管內(nèi)回填一定高度的水泥土，再邊拔套管邊回填，始終保持套管內(nèi)填土面高于套管底面一定高度，直至拔出最后一節(jié)套管，最終回填至地坪標(biāo)高。

具體按以下步驟操作：套筒內(nèi)渣土及障礙物全部清除后→拔除第三節(jié)鋼套管（6.5 m）→拔除套管時(shí)同步回填水泥土，每隔2 m～3 m用沖抓斗對(duì)填充的水泥土進(jìn)行夯實(shí)→拔除第二節(jié)鋼套管（6.5 m）→拔除第二節(jié)鋼套管（7.8 m）→拔除套管時(shí)同步回填水泥土，每隔2 m～3 m用沖抓斗對(duì)填充的水泥土進(jìn)行夯實(shí)。

3.2.6 套管拔除

清孔至原狀土后，立即拔除全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)的套管，與上部回填水泥土施工同步進(jìn)行。當(dāng)回填至地坪標(biāo)高后，移動(dòng)RT-150型全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)至下一個(gè)孔位置等待繼續(xù)進(jìn)行拔樁清障施工，如圖7所示。

圖7 鋼套管拔除示意圖

套管拔除具體施工步驟如下：（1）利用自身上下抱箍，卡住鋼套管拔出套管；（2）上抱箍卡住套管，利用自身頂升架進(jìn)行旋轉(zhuǎn)上拔，頂升架起拔高度700 mm；（3）當(dāng)拔到指定高度，下抱箍卡住套管，隨即上抱箍松開(kāi)；（4）上抱箍下壓700 mm，再次卡住套管，松開(kāi)下抱箍，重復(fù)上述工作直至拔出1節(jié)套管的高度（一節(jié)套管長(zhǎng)6.5 m）；（5）利用吊車吊住套管。拆除連接螺絲，將鋼套管吊放至指定堆放地點(diǎn)擺放；（6）鉆機(jī)拔完所有套管，即可進(jìn)行移機(jī)。利用吊車拆除配重及反力架等相關(guān)附件，吊至下一樁位點(diǎn)，等待下次鉆進(jìn)。

4 結(jié)語(yǔ)

采用全回轉(zhuǎn)套管鉆機(jī)對(duì)侵入盾構(gòu)隧道的鋼筋混凝土樁基進(jìn)行了拔除作業(yè)，詳細(xì)介紹了全回轉(zhuǎn)樁基拔除的施工流程和施工要點(diǎn)，相比于其它樁基清障方法，全回轉(zhuǎn)工法具有以下優(yōu)勢(shì)：安全可靠，對(duì)周邊土體擾動(dòng)??；施工速度快、質(zhì)量高，且適用范圍廣泛；風(fēng)險(xiǎn)小、能夠確保后續(xù)工程施工；節(jié)能環(huán)保、優(yōu)質(zhì)高效；快速經(jīng)濟(jì)、降低工程造價(jià)。