劉 洋

（中鐵十四局集團(tuán)有限公司,山東 濟(jì)南 250000）

0 引言

隨著各大城市軌道交通建設(shè)日益成熟，軌道交通建設(shè)過程中新建地鐵車站及區(qū)間逐漸與既有地鐵車站與區(qū)間存在不同程度的交叉施工，包括臨近、接駁、上穿、下跨等各種連接方式。而在新建地鐵車站及區(qū)間臨近施工過程中，選擇合理施工工藝及方案進(jìn)行施工，才能保證既有線安全。該文結(jié)合深圳某地鐵工程區(qū)間臨近既有線施工，對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工工藝進(jìn)行必選研究，最終確定合理施工工藝。

1 工程概況

1.1 車站概況

黃貝嶺～東門站區(qū)間明挖段總長116 m，基坑開挖深度17.7~19 m，寬度13.4~22.1 m，主體結(jié)構(gòu)為單層(局部兩層)雙跨的箱形框架結(jié)構(gòu)，采用全套管咬合樁加內(nèi)支撐的支護(hù)形式。圍護(hù)咬合樁直徑1 000 mm，中心間距750 mm，樁身樁間土采用掛網(wǎng)噴混凝土保護(hù)[1]。區(qū)間結(jié)構(gòu)平面圖如圖1所示。

圖1 某區(qū)間明挖段總平圖

1.2 工程地質(zhì)情況

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙及地勘資料，明挖區(qū)間主要位于雜填土、素填土、黏性土、全風(fēng)化凝灰質(zhì)砂巖、土狀強(qiáng)風(fēng)化凝灰質(zhì)砂巖及中等風(fēng)化凝灰質(zhì)砂巖地層中，地層均屬軟土層。該地區(qū)水位也較高，自地面下4 m左右，地下水水位較高。

1.3 與既有線位置管線

區(qū)間明挖段東端與既有5號(hào)線既有折返線接駁，南北兩側(cè)臨近既有2號(hào)線盾構(gòu)區(qū)間結(jié)構(gòu)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)外皮與區(qū)間凈距約1.5~8.3 m，其中盾構(gòu)始發(fā)井段南側(cè)距離既有2號(hào)線最近距離1.5 m，北側(cè)距離既有2號(hào)線最近距離1.9 m。區(qū)間明挖段與既有線位置關(guān)系如圖2所示。

圖2 明挖段與既有線位置關(guān)系

2 研究內(nèi)容及方法

2.1 研究背景

該工程共計(jì)3站3區(qū)間，車站全部臨近既有線施工。而該段明挖區(qū)間作為該工程首個(gè)施工工點(diǎn)，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，同時(shí)圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式與車站相同，希望通過明挖段圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行成樁工藝比選，為后續(xù)各車站施工提供施工依據(jù)。

2.2 研究方法

根據(jù)區(qū)間明挖段工程特點(diǎn)，咬合樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工方案制定共分為工程類比、現(xiàn)場(chǎng)施工比選、工程實(shí)際應(yīng)用三個(gè)主要階段。

第一階段工程類比：圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工前，多次組織去其他類似工程進(jìn)行參觀，結(jié)合該工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，排查總結(jié)可行施工方案及工藝。

第二階段現(xiàn)場(chǎng)施工比選：經(jīng)過第一階段，初步確定三種施工方案。第一種采用常規(guī)旋挖鉆機(jī)進(jìn)行咬合樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工。第二種施工方案采用全回轉(zhuǎn)配合全套鉆機(jī)進(jìn)行咬合樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)。第三種施工方案采用旋挖鉆機(jī)配合全套管鉆機(jī)進(jìn)行咬合樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)。針對(duì)這三種施工方案，現(xiàn)場(chǎng)均在不同區(qū)域組織施工，總結(jié)各種施工工藝各項(xiàng)指標(biāo)及效果，最終確定選取何種施工方案。

第三階段工程實(shí)際應(yīng)用：現(xiàn)場(chǎng)采用第三種施工方案后，及時(shí)進(jìn)行總結(jié)歸納。最終選取的第三種挖鉆機(jī)配合全套管鉆機(jī)進(jìn)行咬合樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)，既滿足了施工工期要求，也有效控制了臨近既有線施工風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)約施工成本，取得了良好的施工效果。

3 圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工工藝對(duì)比分析

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，區(qū)間明挖段圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用咬合樁φ1 000@750 mm施工，咬合量250 mm。為有效控制既有線變形，咬合樁采用硬咬合方式（即素樁混凝土初凝完成后，再施工葷樁）[2]。

區(qū)間明挖段圍護(hù)結(jié)構(gòu)超小距離臨近既有線施工段圍護(hù)結(jié)構(gòu)深度為26 m，可能造成臨近既有2號(hào)線產(chǎn)生變形[3]。根據(jù)設(shè)計(jì)與施工過程要求，既有線結(jié)構(gòu)沉降控制值為4 mm，預(yù)警值為2.8 mm。

3.1 旋挖鉆機(jī)成樁施工工藝

（1）施工質(zhì)量及風(fēng)險(xiǎn)。通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量儀器實(shí)測(cè)成孔精度及配合旋挖鉆機(jī)自帶垂直度控制設(shè)備，采用“旋挖鉆機(jī)+泥漿成樁”方式，通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量，發(fā)現(xiàn)該種方案成孔垂直度控制最差，一般只能控制在1%左右，圍護(hù)樁從地面施工至樁底處時(shí)，誤差在26 cm左右[4]，但施工進(jìn)度最快，成孔精度差。主要原因分析如下：因采用硬咬合方式，旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)在素樁初凝后，施工葷樁可能存在無法正常咬合的問題，施工偏差較大，后期基坑開挖階段，因圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量較差，出現(xiàn)滲漏水，影響基坑穩(wěn)定性，風(fēng)險(xiǎn)性較大。同時(shí)，因圍護(hù)結(jié)構(gòu)距離既有線最近處僅有1.5 m，采用旋挖鉆機(jī)施工誤差大，極易造成既有線變形超設(shè)計(jì)值，施工風(fēng)險(xiǎn)最大。

（2）施工設(shè)備及人員投入情況。該段明挖區(qū)間共計(jì)346根咬合樁，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地條件，最多可投入2套設(shè)備，每套設(shè)備配備12人施工。

（3）施工工期。咬合樁根據(jù)隔三挖一原則，每20根一循環(huán)。根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，旋挖鉆機(jī)施工素樁，預(yù)計(jì)4根/天。硬咬合施工葷樁，2根/天。因此，每循環(huán)需要6天施工完成，全部施工完成需48天施工。

3.2 全回轉(zhuǎn)全套管鉆機(jī)成樁施工方案

（1）施工質(zhì)量及風(fēng)險(xiǎn)。通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)成孔精度，全回轉(zhuǎn)全套管鉆機(jī)成樁垂直度控制最好，一般控制在0.2%左右，圍護(hù)樁從地面施工至樁底處時(shí)，誤差在5 cm以內(nèi)[5]。因采用硬咬合方式，全回轉(zhuǎn)全套管鉆機(jī)成樁效果質(zhì)量最可靠，對(duì)既有線影響最小，施工風(fēng)險(xiǎn)最低，但施工進(jìn)度最慢。全回轉(zhuǎn)設(shè)備工作原理為通過泵站將全套管360°旋轉(zhuǎn)，緩緩垂直壓入土層，在套管內(nèi)采用旋挖鉆機(jī)進(jìn)行取土，因鋼套管保護(hù)，對(duì)周邊土體擾動(dòng)較小。同時(shí)，全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)功率較大，提供向下的力，非常容易將已初凝素樁破碎，而垂直度不受影響，全回轉(zhuǎn)全套管施工實(shí)例如圖3。

圖3 全回轉(zhuǎn)全套管施工實(shí)例圖

（2）施工設(shè)備及人員投入情況。該段明挖區(qū)間共計(jì)346根咬合樁，因全回轉(zhuǎn)全套管鉆機(jī)設(shè)備龐大，后配套設(shè)備較多，場(chǎng)地內(nèi)轉(zhuǎn)場(chǎng)周期較長，投入設(shè)備數(shù)量大。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地條件，最多可投入1套設(shè)備，每套設(shè)備配備10人施工。

（3）施工工期。咬合樁根據(jù)隔三挖一原則，每20根一循環(huán)。根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，施工素樁，預(yù)計(jì)2根/天。硬咬合施工葷樁，1根/天。因此，每循環(huán)需要11天施工完成，全部施工完成需88天時(shí)間。

3.3 “旋挖鉆機(jī)+全套管成樁”施工方案

（1）施工質(zhì)量及風(fēng)險(xiǎn)。結(jié)合“旋挖鉆機(jī)+泥漿成孔”速度快，“全回轉(zhuǎn)+全套管成樁”精度高等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)結(jié)合兩方面優(yōu)勢(shì)，提出了較為新穎的采用“旋挖鉆機(jī)+全套管成樁”施工工藝。從目前來看，該工藝施工經(jīng)驗(yàn)少，并且根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果，“旋挖鉆機(jī)+全套管成樁”質(zhì)量可靠，成樁速度也較快[6]，“旋挖鉆機(jī)+全套管成樁”施工實(shí)例如圖4。

圖4 現(xiàn)場(chǎng)施工實(shí)例圖

該施工工藝主要在旋挖鉆機(jī)鉆桿部位加裝一個(gè)連接花管器，通過花管器可連接全套管，通過旋挖鉆機(jī)動(dòng)力將全套管壓入土體一定深度后，將花管器與全套管解開，利用旋挖鉆機(jī)在孔內(nèi)取土，如此反復(fù)循環(huán)壓入套管，取土，最終成孔。

（2）通過成孔垂直測(cè)量，成樁垂直度介于“全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)+全套管”與“旋挖鉆機(jī)+泥漿”之間，更接近于“全回轉(zhuǎn)+全套管成樁”精度控制，精度一般控制在0.3%左右，圍護(hù)樁從地面施工至樁底處時(shí)，誤差在7 cm以內(nèi)。同時(shí)硬咬合施工過程中，通過旋挖鉆機(jī)驅(qū)動(dòng)全套管鉆進(jìn)施工質(zhì)量與全回轉(zhuǎn)全套管鉆機(jī)施工質(zhì)量控制效果接近，通過既有2號(hào)線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)范圍，對(duì)既有線影響較小，施工質(zhì)量可靠。

（3）施工設(shè)備及人員投入情況。該段明挖區(qū)間共計(jì)346根咬合樁，“旋挖鉆機(jī)+全套管成樁”較常規(guī)旋挖鉆機(jī)施工工藝，僅3多出套管安裝，不占用施工場(chǎng)地，施工設(shè)備和人員與“旋挖鉆機(jī)+泥漿”施工工藝投入相同，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工條件可投入2套設(shè)備，每套設(shè)備配備12人施工。

（4）施工工期。咬合樁根據(jù)隔三挖一原則，每20根一循環(huán)。根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，施工素樁，預(yù)計(jì)3根/天。硬咬合施工葷樁，1.5根/天。因此，每循環(huán)需要7天施工完成，全部施工完成需56天時(shí)間。

4 工程應(yīng)用效果

4.1 沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

旋挖鉆機(jī)+全套管成樁施工方案確定后，通過現(xiàn)場(chǎng)施工實(shí)踐，不管從進(jìn)度控制和成樁質(zhì)量控制均能滿足各項(xiàng)要求，且方案較為新穎。同時(shí)，為驗(yàn)證該方案施工風(fēng)險(xiǎn)性及安全性，每天不間斷地對(duì)既有2號(hào)線區(qū)間進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)，先選取開始施工10天監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，統(tǒng)計(jì)出變形最大點(diǎn)如下。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 既有2號(hào)線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

通過表1可以，經(jīng)過10天的施工，最大收斂數(shù)據(jù)為-1.5 mm，最大沉降數(shù)據(jù)為-1.3 mm，在控制值4 mm范圍內(nèi)，說明“旋挖鉆機(jī)+全套管成樁”施工方案可行，施工可靠。

4.2 三種方案對(duì)比分析

三種施工方案各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)比分析如表2所示。

表2 各施工工藝各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)比分析

通過三種方案對(duì)比分析可知，“旋挖鉆機(jī)+泥漿”工藝投入人員少，工期短，但施工風(fēng)險(xiǎn)極大?！叭剞D(zhuǎn)鉆機(jī)+全套管”方案投入設(shè)備少，但周轉(zhuǎn)困難，工期長，施工質(zhì)量及風(fēng)險(xiǎn)可靠?！靶阢@機(jī)+全套管”工藝投入人員與“旋挖鉆機(jī)+泥漿”工藝基本相同，施工質(zhì)量及風(fēng)險(xiǎn)可靠，工期可控。

綜上所述，最終確定施工現(xiàn)場(chǎng)采用“旋挖鉆機(jī)+全套管”方案人員、設(shè)備、工期、質(zhì)量及風(fēng)險(xiǎn)均可控，為最優(yōu)方案。

5 結(jié)語

該文總結(jié)了超小距離鄰近既有線咬合樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工采用的三種施工工藝比選，通過風(fēng)險(xiǎn)控制、質(zhì)量控制、資源投入及工期對(duì)比等方面全面分析比較，最終確定合理的施工工藝思路，同時(shí)也通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐證明現(xiàn)場(chǎng)采用的“旋挖鉆機(jī)+全套管”施工工藝可操作性強(qiáng)、工藝安全可靠，對(duì)今后城市地鐵類似工程施工具有一定參考意義。