岩溶区临近铁路线全护筒旋挖隔离桩施工技术.pdf

中国科技信息 2024 年第 4 期CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Feb.2024-72-两星推荐白云机场 T3 交通枢纽站位于广州白云国际机场三期红线范围内，基坑东西向总长 1 483m，宽 15 164.41m，深度 10 25m，基坑占地面积 14.23 万 m2，车站总建筑面积近 17 万 m2，其中地下一层为枢纽站站厅层，建筑面积为 58 000m2，地下二层为枢纽站站台层，面积为108 000m2。项目北邻既有新白广城际铁路隧道，该段既有铁路盾构隧道内径 8m，外径 8.8m，管片厚度 0.4m，隧道埋深 7.4898.687m。白云机场 T3 交通枢纽站隔离桩距离既有新白广城际铁路隧道结构仅为 37.6m，已进入铁路安全保护区内，白云机场 T3 交通枢纽站隔离桩桩长为22m，隔离桩底距既有新白广城际铁路盾构隧道底距离仅为4.5135.711m。详勘揭露场地范围同时具备溶蚀带和断裂层等不良地质。岩溶见洞隙率为 49%，岩溶线岩溶率为 11%，判定为岩溶强烈发育。断层造成岩体破坏、地层错开、岩溶连通，基岩面起伏变化加大，为地下水提供了良好的运移通道，进一步沟通了深部基岩裂隙水、岩溶水及第四系潜水等各含水层，导致白云机场 T3 交通枢纽站基坑开挖、成桩成槽施工风险加大。为确保基坑施工期间既有新白广城际铁路盾构隧道安全，在紧邻既有隧道结构南侧围护结构按照隔离桩+地下连续墙双排桩进行设计，其中隔离桩桩径为 1m、设计桩长为22m，共 118 根。为确保隔离桩施工期间既有隧道结构安全，上述桩基采用基于信息化指导的全护筒跟进旋挖施工工艺。工艺原理利用山河360H型旋挖钻机，对旋挖钻机驱动头进行改造，在旋挖钻机驱动头下部焊接 50 80cm 全护筒的连接底座，后续通过连接底座进行下部护筒连接。通过旋挖钻机驱动头动力提供全护筒的旋转及下压动力。旋挖钻机驱动头将全护筒打设至地下，后采用原旋挖钻机钻杆安装钻头，进行全护筒内部土方开挖，完成桩基成孔。护筒对周边土体起支护作用，在桩基成孔过程中减少周边土体扰动，避免桩基成孔过程中引起的塌孔，同时可对邻近的既有新白广城际铁路盾构隧道起到支撑作用，进一步控制旋挖桩施工期间对既有隧道结构的影响。施工工艺设备改造行业曲线开放度创新度生态度互交度持续度可替代度影响力可实现度行业关联度真实度史 超广州铁路投资建设集团有限公司史超（1989），硕士研究生，工程师，研究领域：轨道交通工程。岩溶区临近铁路线全护筒旋挖隔离桩施工技术史 超-73-CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Feb.2024中国科技信息 2024 年第 4 期两星推荐对既有旋挖钻机改造增设 1.5m 的工装全护筒连接头，增加通过销钉与原驱动头进行连接。采用原旋挖钻机动力头通过全护筒连接头进行下部全护筒钻进驱动。全护筒配置全护筒外径为 1.13m，内径为 1.1m，壁厚 1.5cm。标准节为 4m 及 6m，配节为 1m、2m、3m。护筒使底部加焊 1.2cm 钢板作刃脚，刃脚高度 10cm，同时在刃脚处焊接刀座，并安装高合金切削刀具。超前钻探隔离桩施工前，按照中心线每隔一根桩布置一个先导孔进行地质超前钻探，探查隔离桩施工范围内是否存在溶洞，先导孔钻孔深度为隔离桩底以下 5m。若发现溶洞处理，则按照设计图纸进行注浆预处理。测量放样钻机就位前，采用长度为 3540cm 钢筋打入地面 30 cm，作为桩的中心点。钻机就位后应对桩中心的相对位置进行复核测量，复核无误后开钻。钻机就位桩位放样完成后，将旋挖钻机开至桩位附近，校准钻机平稳度。利用自动控制系统对旋挖钻机垂直度进行调整，钻机定位安放时，要机塔垂直，机座平整，护桩点十字线中心与全护筒中心对正。泥浆控制旋挖钻机在施工时，采用泥浆进行全套筒内壁与土体之间进行润滑，并平衡孔内水压，润滑钻头，开钻前按照设计配合比制拌泥浆，泥浆采用水+膨润土进行制拌。旋挖钻机在施工时，采用泥浆进行全套筒内壁与土体之间进行润滑，并平衡孔内水压，润滑钻头，在开钻前，需按照设计配合比制拌泥浆，泥浆采用水+膨润土进行制拌。泥浆比重控制在1.101.25、黏度 1828S、含砂率 8%。利用土渣与泥浆的相对密度差使土渣沉淀并排除土渣。造浆后要试验全部符合各项性能指标，钻孔过程中随时检验泥浆比重和黏度。全套筒钻进成孔全套筒就位校正后即开始进行钻进成孔施工，旋挖钻全套筒成孔钻进过程中采取湿成孔作业，全套筒钻进成孔施工采用分段钻进全套筒、分段成孔施工工艺，即：在开始钻进时在全套筒内加入少量泥浆，减少全套筒钻进时阻力。钢套管采用单排螺丝连接，在钢套管底部安装刀头，刀头上的合金齿可用于穿越土层、混凝土以及其他障碍物。钻进过程中实时采用水平尺检查护筒的垂直偏差，控制垂直偏差。全套筒成孔过程中，每次全套筒钻进长度宜为 46m，当土层阻力较小时适当加长全套筒钻进长度，具体视现场情况确定。当一段全套筒钻进完成后，采用旋挖钻钻取全套筒内渣土，并向全套筒内加入已制备好的泥浆，在全套筒内钻进成孔时，应保持套筒内土方面始终高于全套筒底 2m 以上，且保持孔内泥浆液面不得低于地面 0.5m，确保孔内水压稳定。清孔隔离桩成孔完成后，立即进行清孔，清孔采取旋挖钻清孔，即采用旋挖钻安装特制清孔钻头进行捞渣清孔，保证孔底标高不小于设计标高。当孔深达到设计标高，检查桩孔的深度（不小于设计值，一般超出设计孔深 10cm）及泥浆指标（相对密度 1.10 1.25，黏度 18 28s，含砂率 8%）。利用井径仪检测垂直度及孔径用，垂直度不大于1/300。孔底沉淀厚度用测绳吊锤测量，实际成孔后的孔深与砼灌注前孔深之差即为沉渣厚度，沉渣厚度不大于 5cm。钢筋笼吊装钢筋笼吊装采用履带式吊车进行吊装作业，起吊完成后钢筋笼对准桩孔中心放入孔内。为了保证钢筋笼的垂直度，钢筋笼在孔口按桩位中心定位，因全护筒施工工艺，桩基混凝土浇筑完成后需及时拔除护筒，因此钢筋笼无法采用吊筋安装，需直接深入孔底。若有超声波检测管应均匀的布置于钢筋笼四周与钢筋笼一起下放，并在施工的过程中做好封堵和保护。安放钢筋笼时采用正反旋转，缓慢逐步下入。安装完毕后，对钢筋笼的位置、垂直度等全面检查。安装导管第一次安装导管前，对导管进行试拼和水密性试验，按图 2 全护筒连接头详图图 1 隔离桩与既有铁路隧道位置关系立面图中国科技信息 2024 年第 4 期CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Feb.2024-74-两星推荐自下而上顺序编号和标示尺度。同时检查导管管身是否存在变形，裂缝等问题。导管水密性试验将一端与空气压力机连接，另一端注水孔密封，检查导管连接处封闭端安装情况，使用压风机以 0.6MPa 压力进行充压，保持稳压时间不少于15 分钟，对导管接头处溢水情况进行检查，并做好记录，翻转导管 180，再次加压至 0.6MPa 压力，保持稳压时间不少于 15 分钟，再次检查并记录。导管采用标准节+调节节进行拼装，标准节导管长度在2.5m，调节节长度为 1m、1.5m，导管安装之间，先根据孔深计算出导管长度。导管底部距离孔底以 3050cm 为宜。二次清孔导管安装完毕后进行二次清孔，二次清孔采用正循环清孔，将泥浆泵与导管上口连接牢固，管下口放至距离孔底15cm 位置，以泵送方式把泥浆池新配泥浆压入孔底，当孔底沉渣厚度和孔内泥浆相对密度均达到清孔标准后，停止清孔。在清孔过程中，始终要保持孔内水头，防止塌孔。清孔后的泥浆比重不小于 1.1，且不大于 1.25，含砂率小于 8%，黏度 1828s；孔底沉渣厚度不大于 5cm。水下混凝土浇筑为确保后续全护筒能顺利拔除，隔离桩混凝土采用 C35水下缓凝混凝土，缓凝时间为 8 小时，混凝土的坍落度宜为180220mm，水下混凝土连续浇筑，中途不得停顿，拆除导管的间断时间应尽量缩短。每根桩的浇筑时间宜安排在首批混凝土初凝前完成。全套筒拔除为确保混凝土灌注完成后全套筒难以拔除，当混凝土灌注完成后即对全套筒进行拔除，全套筒拔除采用旋挖钻反转方式分段拆除，在浇筑混凝土时应预先计算出全套筒拔除时的空隙量，并按照所计算的空隙量在全套筒内预先灌注所需混凝土方量，使全套筒拔出后混凝土液面达到设计标高。空桩回填混凝土浇筑完成后，在孔口四周设置防护措施，待 24小时后，采用砂性土回填密实。信息化施工监测项目既有新白广城际隧道结构内水平位移、竖向位移自动化监测和地面隆陷人工监测。监测范围为保证隔离桩施工时，能及时掌握既有隧道结构变形情况，确定线路影响范围为白云机场 T3 交通枢纽站临近新白广城际铁路T3站东侧出口段区间隔离桩施工影响范围内。监测频率自动化监测频率按照 1 次/4 小时，在既有隧道结构出现变形征兆时进行连续监测（1 次/2 小时）。人工监测频率：施工前及施工过程中，每天 1 次，在既有隧道结构出现变形征兆时进行连续监测（1 次/12 小时）。监测点的埋设与监测本次自动化监测采用高精度测量机器人配合专业监测软件进行，构建自动化监测系统。自动化监测基准点布设在工程施工影响区域以外，离最外侧监测断面之间的距离不少于50m。自动化监测监测点采用棱镜作为标志。在隧道变形区域内的受力复杂处和变形敏感处安置监测点。监测点布置在隔离桩临近既有隧道结构右线处，每 15m 设一断面，共计 7个断面，且每一断面设 4 个监测点，监测点断面布置图具体如图 3。人工监测点布置在隔离桩临近既有新白广城际隧道右线处，每 15m 设一断面，共计 7 个断面，且每一断面设 4 个监测点。每个点位埋设一根 11.5m 长 12 的螺纹钢筋，并灌入细砂，钢筋头低于地表 510cm，并安装保护罩。按照设计文件及相关规程误差 0.5mm 的精度要求控制，按照二等水准测量的技术要求利用高程监测网的控制水准点，使用铟钢尺、精密水准仪对监测点进行量测。隔离桩施工前，采集监测点初始数据。在隔离桩施工过程中，按照监测频率采集变形数据。当隔离桩全部施工完成后，停止监测。通过对既有隧道结构及周边进行自动化监测和人工监测，采集监测数据实时反映并掌握隔离桩施工过程中既有隧道结构及周边的变形情况，将监测数据变化情况与现场施工工况联系，判断前一步施工是否满足设计预期，并视实际情况优化后续施工参数。结束语利用既有旋挖钻机通过动力头增加工装的方式，完全替代全回转钻机，实现了旋挖钻机集全护筒打拔及桩基成孔为一体的便捷功能，较全回转钻机护筒打拔工法节约了全回转钻机设备的使用费用，有利于项目成本控制。在断层及溶蚀带地区，通过基于信息化指导的全护筒跟进旋挖施工隔离桩，确保了既有隧道结构的安全，较传统的直接钻进的工艺，更好地控制了近距离既有隧道结构的变形，降低了现场的安全风险，为后续基坑开挖施工奠定了坚实的基础。图 3 既有隧道结构内监测点断面布置图