聶曉凱,李永濤

(中煤第三建設(shè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司 合肥市 230000)

盾構(gòu)施工沿線地下障礙物根據(jù)環(huán)境調(diào)查和設(shè)計圖紙等可提前預(yù)見,并采取針對性處理措施,提前規(guī)避,但也存在著障礙物不可預(yù)見,尤其是盾構(gòu)沿線涉及一些年代久遠(yuǎn)、資料缺失或不全的建(構(gòu))筑物,給盾構(gòu)施工帶來了極大的不便與困難[1]。結(jié)合天津地鐵10號線一期工程復(fù)興門110kv變電站電源線穿越海河隧道工程盾構(gòu)施工中遇群樁障礙基礎(chǔ)處理施工,系統(tǒng)地闡述了盾構(gòu)施工中遇長距離、大范圍障礙樁處理的施工技術(shù),并實(shí)現(xiàn)了盾構(gòu)過障礙段的施工安全,以期為類似盾構(gòu)施工項(xiàng)目帶來一定的借鑒和參考。

1 工程概況

天津地鐵10號線一期工程復(fù)興門110kv變電站電源線穿越海河隧道工程為新建電力電纜隧道,隧道內(nèi)徑3m,全長1020m,設(shè)置工井兩座。隧道從始發(fā)井向南穿越環(huán)宇道、沿著月牙河?xùn)|路綠化帶及人行通道向南,至海河?xùn)|路穿越海河?xùn)|路、海河、臺兒莊路至閘房甬路接收井接收,隧道最小曲線半徑R=568m,最大縱坡25.01‰,覆土埋深12.5～25.5m,采用一臺RCJS3000-DN泥水平衡盾構(gòu)機(jī)施工,管片外徑3.5m,內(nèi)徑3.0m,管片厚度0.25m,環(huán)寬0.8m。

盾構(gòu)穿越地層主要為⑥4粉質(zhì)黏土、⑦粉質(zhì)黏土、⑧1粉質(zhì)黏土、⑧2粉土、⑨1粉質(zhì)黏土、⑨2粉土。場地靜止水位埋深1.00～3.80m,相當(dāng)于標(biāo)高1.89～0.42m,隧道主要位于潛水含水層和第一層承壓含水層。

2 異常情況確定

盾構(gòu)推進(jìn)至105環(huán)時,盾構(gòu)機(jī)刀盤位于110環(huán)位置,刀盤面板發(fā)出異響,泥漿泵堵塞,經(jīng)檢查,堵塞物為混凝土碎塊以及長短不一的鋼筋段,初步判斷盾構(gòu)掘進(jìn)遭遇了地下基礎(chǔ)障礙,盾構(gòu)機(jī)被迫停機(jī)等待查明原因處理,此時盾構(gòu)機(jī)處于⑥4粉土、⑦粉質(zhì)黏土、⑧1粉質(zhì)黏土中,埋深約為14.5m,盾構(gòu)上方位于已拆遷天鋼地塊園區(qū)內(nèi),上方無建(構(gòu))筑物。

通過調(diào)查2002年天鋼地塊衛(wèi)星圖、1985年天鋼總平面圖以及1965年空分車間樁基礎(chǔ)平面布置圖,判斷盾構(gòu)機(jī)遇到了空分車間預(yù)制樁基礎(chǔ),因天鋼地塊為污染土地塊,污染土未治理前無法進(jìn)行刨驗(yàn)探挖,現(xiàn)場采用多頻電磁感應(yīng)儀對盾構(gòu)機(jī)隧道范圍沿線進(jìn)行了專項(xiàng)探測,如圖1所示,探測結(jié)果顯示110環(huán)～280環(huán)約136m范圍內(nèi)存在地下群樁基礎(chǔ),主要為400mm×400mm方樁基礎(chǔ),樁長在12～22m不等。盾構(gòu)機(jī)為直徑3780mm、開口率10%的泥水平衡盾構(gòu)機(jī),不具備推進(jìn)磨樁條件,因此需對隧道136m范圍內(nèi)的地下障礙樁全部清除后方可繼續(xù)推進(jìn)。

圖1 多頻電磁儀探測局部示意圖

3 處理方案選擇

因障礙樁數(shù)量較多,涉及隧道范圍較長,為減少盾構(gòu)機(jī)停機(jī)時間,降低盾構(gòu)停機(jī)風(fēng)險,根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際條件、水文地質(zhì)狀況以及污染土的情況,結(jié)合以往樁基礎(chǔ)處理施工經(jīng)驗(yàn),針對性選擇處理方案。

(1)方案1:全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)法,通過全回轉(zhuǎn)設(shè)備驅(qū)動鋼套管轉(zhuǎn)動[2],并產(chǎn)生下壓力和扭矩,利用管口的高強(qiáng)刀頭對障礙樁進(jìn)行切削,將套管鉆入地下至樁底,同時采用抓斗將切削的碎樁清除。

(2)方案2:套管鉆進(jìn)法,與全回轉(zhuǎn)設(shè)備一樣,利用套管切削隔離原有樁基礎(chǔ)周邊土體,主要區(qū)別為不破除樁身,而是利用吊車整體拔除。

(3)方案3:全護(hù)筒振動水洗法,利用振動錘鉗住全護(hù)筒振動下壓護(hù)筒,同時噴設(shè)高壓水,隔離樁身周邊土體,使整個樁身全部位于護(hù)筒,折頁鋼板關(guān)閉,提出套筒帶出預(yù)制樁體。

(4)方案4:型鋼振動水洗法,利用振動錘鉗住套型型鋼,振動下壓型鋼通過樁套切削樁身周邊土體,同時通過噴設(shè)高壓水,沖刷樁身土體,隨后下放鋼絲繩,將鋼絲下放至預(yù)定樁身位置,利用吊車一次將障礙樁全部提出。

針對以上四種拔樁方案:方案1拔樁設(shè)備需要進(jìn)入到拔樁處理范圍,設(shè)備需來回移動施工且拔樁費(fèi)用高;方案2拔樁設(shè)備同樣需要進(jìn)入到拔樁處理范圍,同時施工占地較大,樁基存在承插樁形式,施工效率不高,對環(huán)境影響較大[3];方案3和方案4拔樁設(shè)備可不進(jìn)入拔樁區(qū)域,主要利用吊車施工,移動相對方便,軟土地質(zhì)條件下拔樁效率相對較高,且障礙樁位于污染土區(qū)域,不宜占用過大的施工場地,大型設(shè)備進(jìn)入污染土范圍,不利于污染土的防治;綜合考慮,決定采用方案3和方案4同時施工。

現(xiàn)場將處理范圍劃分為3個施工作業(yè)面并同時施工,如圖2所示,第一施工作業(yè)面為110環(huán)～135環(huán),采用方案4施工;第二施工作業(yè)面為135環(huán)～185環(huán),采用方案3施工;第三施工作業(yè)面為161環(huán)～280環(huán),采用方案4施工。

圖2 處理施工工作面劃分平面圖

4 施工工藝及技術(shù)措施

4.1 污染土治理及施工準(zhǔn)備

根據(jù)需要處理的樁基礎(chǔ)區(qū)域,測量人員按坐標(biāo)進(jìn)行放樣,劃定現(xiàn)場需要進(jìn)行污染土治理范圍,并提前進(jìn)行污染土治理。施工現(xiàn)場采取圍擋封閉,沿治理范圍東側(cè)和進(jìn)出拔樁區(qū)域道路鋪設(shè)鋼板并在鋼板上鋪設(shè)HDPE土工膜,作為臨時存土區(qū)域,隔離治理后土體與污染土,防止交叉污染,同時防止設(shè)備將污染土帶出。

4.2 管線探挖

根據(jù)處理范圍,采用人工開挖方式進(jìn)行管線探挖,探挖深度1m,寬度為1.2m,確定處理范圍內(nèi)地下是否存在市政管線,若發(fā)現(xiàn)管線,提前采取保護(hù)措施,如管線與拔樁施工存在沖突,進(jìn)行遷改,防止承臺探挖及拔樁過程中對管線造成影響。

4.3 承臺探挖破除及樁頭定位

管線探挖及保護(hù)完成后,進(jìn)行樁基承臺探挖,結(jié)合污染土處理過程中的施工情況,確定承臺埋深在1.0～2.3m范圍內(nèi);現(xiàn)場采用挖機(jī)分段開挖,每段長6m,當(dāng)承臺漏出后,進(jìn)行測量定位和尺寸確認(rèn),并采用炮錘進(jìn)行承臺破除施工,混凝土塊清理至坑外,破除完成后,對承臺下樁頭進(jìn)行測量定位,并在平面圖中進(jìn)行定位標(biāo)注,隨后進(jìn)行回填,避免探挖下一段過程中造成基坑周邊土體坍塌,依次將全部影響范圍內(nèi)的承臺開挖破除并定位出全部影響樁基的精確位置。

4.4 拔樁設(shè)備加工

樁基礎(chǔ)最長為22m,最短12m,截面尺寸400×400mm且存在承插樁形式,現(xiàn)場根據(jù)樁體情況對拔樁套筒、型鋼、水洗裝置等進(jìn)行加工制作。

(1)全護(hù)筒

全護(hù)筒采用6m一節(jié),直徑800mm,厚度30mm的錳鋼鋼護(hù)筒,采用焊接接長方式至24m,在距護(hù)筒底部400mm位置,設(shè)置4個插銷式折頁鋼板,折頁鋼板采用錳鋼制作,同時為保證折頁鋼板的順利轉(zhuǎn)動,在護(hù)筒壁設(shè)置4個折頁板活動窗口,窗口兩側(cè)焊接插銷耳朵,窗口中心位置焊接φ28鋼筋作為防外翻裝置,避免樁頭將折頁板頂至外翻。

(2)型鋼

采用60型鋼焊接加工長度至22m,在型鋼底部加工焊接一個600×600mm的方形樁套。

(3)水洗裝置

樁基拔除過程中一是要克服樁基礎(chǔ)的自重,二是要解決土體與樁基礎(chǔ)間粘結(jié)力以及采用全護(hù)筒拔樁時護(hù)筒與土體的摩擦力;現(xiàn)場在全護(hù)筒插銷式折頁鋼板下部以及型鋼600×600樁套內(nèi)側(cè),設(shè)置水洗裝置(噴嘴),考慮到水洗裝置的工作效率及穩(wěn)定性,每個底部設(shè)置8個噴嘴,對稱布置,并通過在全套管外表面以及型鋼翼板內(nèi)側(cè)焊接Φ20mm的鋼制水管與噴嘴進(jìn)行連接。

4.5 拔樁施工

三個施工作業(yè)面,每個按6m一段分段施工,根據(jù)樁頭埋深,對于開挖深度大于3m的,開挖前按6m×6m范圍采用拉森鋼板樁進(jìn)行支護(hù),隨后進(jìn)行基坑開挖,露出樁頭,將拔樁設(shè)備對準(zhǔn)樁頭進(jìn)行拔樁施工。

(1)型鋼振動水洗法拔樁

采用70t履帶吊站在施工便道外,吊住90kW振動錘,振動錘同時鉗住套型型鋼,振動下壓型鋼通過樁套切削樁身周邊土體,同時通過高壓注漿機(jī)、注漿管路在噴嘴位置噴設(shè)高壓水,沖刷樁身土體,直至到樁體底部位置,并按此方法重復(fù)2次。

隨后吊車小勾吊住鋼絲繩,通過型鋼底部樁套,下放鋼絲繩,將鋼絲下放至預(yù)定樁身位置,提升型鋼及小勾,鋼絲繩緊固至樁身,在樁頭位置綁住鋼絲繩,將鋼絲繩送至樁身預(yù)定位置,同時在障礙樁頂部綁住鋼絲繩,利用履帶吊大、小勾,一起將障礙樁全部提出,如圖3所示。

圖3 型鋼振動水洗法拔樁施工示意圖

(2)全護(hù)筒振動水洗法拔樁

采用200t履帶吊站在施工便道外,吊住150kW振動錘,振動錘同時鉗住護(hù)筒,振動下壓全護(hù)筒通過全套筒隔離樁身周邊土體,同時通過高壓注漿機(jī)、注漿管路在噴嘴位置噴設(shè)高壓水,沖刷樁身土體,當(dāng)全套筒全部下沉完成,此時樁基位于全護(hù)筒內(nèi)部,全護(hù)筒底部折頁依靠自重閉合,履帶吊提升套筒帶出樁基,如圖4所示。

圖4 全護(hù)筒振動水洗法拔樁施工示意圖

拔樁過程中,若型鋼振動水洗法拔樁出現(xiàn)斷樁情況,現(xiàn)場進(jìn)行樁基坐標(biāo)記錄和標(biāo)記,并在最后采用全護(hù)筒振動水洗法,將斷樁拔出,直至影響范圍內(nèi)樁基全部清除。

4.6 樁孔處理

樁基拔出后,采用三七灰土回填孔洞,并采用挖機(jī)重新翻挖5m深范圍內(nèi)土體,防止存在遺漏未拔出或未發(fā)現(xiàn)的樁基。

采用振動水洗法拔除樁基后,樁體周圍土體液化,樁位孔洞易坍塌,同時最深樁長侵入隧道底部8m,穿過了⑧2粉土第一承壓含水層,打開了隔水層,若樁孔回填不密實(shí),盾構(gòu)機(jī)穿越時,極易導(dǎo)致推進(jìn)參數(shù)和盾構(gòu)姿態(tài)難以控制,同時存在地面下沉、地面冒漿以及隧道滲水嚴(yán)重等情況,因此,在孔洞回填后,在地面對樁孔通過袖閥管進(jìn)行回填注漿,對回填不密實(shí)形成的空洞進(jìn)行填充,注漿范圍根據(jù)每根樁長進(jìn)行確定,從樁底標(biāo)高注漿至隧道頂部3m范圍。

撥樁后,周圍土體擾動較大,如采用水泥漿冒漿將會嚴(yán)重,同時考慮到水泥漿注漿流失較為嚴(yán)重,且后期強(qiáng)度較大,對盾構(gòu)復(fù)推存在安全風(fēng)險,因此采用雙液漿進(jìn)行回填注漿,凝膠時間可控,且屬于脆性結(jié)構(gòu),對盾構(gòu)掘進(jìn)影響較小[4]。

水泥采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥,水玻璃濃度為40Be′,雙液漿按水泥和水質(zhì)量比1:1、水玻璃和水體積比0.4:1配置。漿液配比及注漿壓力根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行確認(rèn)及調(diào)整[5]。

注漿量根據(jù)每根樁回填注漿范圍分別按式(1)計算:

Q=Anαβ

(1)

式中:Q為單根樁總注漿量(m3);A為注漿范圍的體積(m3)(樁底標(biāo)高至隧道頂3m范圍,面積為護(hù)筒或型鋼樁套表面積);n為孔隙率,取0.8;α為漿液填充系數(shù)取0.8;β為注漿漿液損耗系數(shù)(考慮到個別樁長深入⑧2粉土地層,損耗系數(shù)取1.2)。

因樁位孔口坍塌以及個別存在樁孔串通,注漿時不能完全按照理論注漿量進(jìn)行控制,采用注漿壓力與注漿量雙控指標(biāo)[6]。

注漿孔采用鉆機(jī)成孔,鉆機(jī)按照樁頭坐標(biāo)進(jìn)行定位,按注漿深度及注漿范圍嚴(yán)格控制鉆桿深度,同時密切觀察鉆孔情況,成孔后下放袖閥管進(jìn)行注漿施工,所有樁孔注漿完成后,進(jìn)行地面恢復(fù),并開始盾構(gòu)復(fù)推。

5 結(jié)語

天津地鐵10號線一期工程復(fù)興門110kV變電站電源線穿越海河隧道工程,通過應(yīng)用型鋼振動水洗法和全護(hù)筒振動水洗法拔樁技術(shù),圓滿、高效地完成136m范圍內(nèi)的地下群樁障礙拔樁工作,且拔樁過程中未出現(xiàn)斷樁、碎樁的現(xiàn)象,盾構(gòu)機(jī)已安全通過。