緊鄰地鐵隧道高頻免共振液壓錘沉樁施工技術(shù)

施耀鋒（上海隧道工程有限公司，上海 200032）

在緊鄰地鐵隧道周邊進(jìn)行樁基工程，根據(jù)以往的施工經(jīng)驗(yàn)，一般首選鉆孔灌注樁，因其對(duì)隧道的影響較小。但是鉆孔灌注樁需要采用泥漿護(hù)壁進(jìn)行鉆孔成樁，施工過(guò)程中產(chǎn)生大量廢漿，并且成樁后需要一定的養(yǎng)護(hù)期[1]。結(jié)合綠色施工理念，考慮采用鋼管樁取代傳統(tǒng)的鉆孔灌注樁，因其具有自重輕、高強(qiáng)、抗水平荷載強(qiáng)等特性，并且施工工期短[2]。在緊鄰地鐵隧道進(jìn)行鋼管樁施工時(shí)，應(yīng)考慮沉樁對(duì)地鐵的振動(dòng)影響，采用荷蘭ICE公司的高頻免共振液壓錘可以滿足振動(dòng)控制要求。

1 高頻免共振液壓錘工藝

1.1 工作原理

高頻免共振液壓錘配置 8 個(gè)可變偏心力矩，通過(guò)動(dòng)力系統(tǒng)加壓，偏心塊的工作轉(zhuǎn)速可以從 0 直接到 2300 r/min，躍過(guò)土壤或物體的固有頻率，消除在開(kāi)啟和關(guān)閉時(shí)刻的振動(dòng)影響。在經(jīng)過(guò)土壤頻率區(qū)域后，偏心塊自動(dòng)調(diào)節(jié)，偏心塊同步后產(chǎn)生偏心力矩形成振動(dòng)頻率。在沉樁過(guò)程中對(duì)周邊環(huán)境影響非常小，離開(kāi)樁體 2～3 m 距離振動(dòng)基本完全衰減[3-4]。高頻免共振液壓錘及動(dòng)力系統(tǒng)，見(jiàn)圖1、圖2。

圖1 高頻免共振液壓錘

圖2 高頻免共振液壓錘動(dòng)力系統(tǒng)

1.2 主要特點(diǎn)

（1）振動(dòng)小。液壓振動(dòng)錘的高頻振動(dòng)設(shè)計(jì)避免了與周邊建筑的共振，減少對(duì)周圍土壤造成破壞。

（2）效率高。在同樣的施工條件下，液壓振動(dòng)錘的施工效率基本是傳統(tǒng)樁工機(jī)械 6～10 倍，沉樁速度一般在4～7 m/min，在土壤條件比較好的情況下沉樁速度超過(guò)10 m/min。

（3）適用范圍廣。高頻液壓振動(dòng)錘可以沉拔鋼管樁、混凝土預(yù)制管（PHC）樁和各類型鋼板樁，并且可以進(jìn)行地表壓實(shí)、深層壓實(shí)等工程施工。

（4）安全性高。高頻液壓振動(dòng)錘有機(jī)控、線控和遙控，最常用的遙控可以讓操作人員站在視野開(kāi)闊、較為安全的位置進(jìn)行操作。

（5）更環(huán)保。液壓振動(dòng)錘的動(dòng)力箱采用封閉降噪設(shè)計(jì)，液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)齒輪箱高頻振動(dòng)，具有噪聲小、振感低等優(yōu)點(diǎn)，適宜在城市核心區(qū)敏感環(huán)境中施工。

2 高頻免共振液壓錘工藝工程運(yùn)用

2.1 工程背景

上海市北橫通道新建工程 II 標(biāo)篩網(wǎng)廠明挖段北側(cè)為運(yùn)營(yíng)中的軌道交通 13 號(hào)線江寧路站─漢中路站區(qū)間隧道。該隧道沿天目西路東西向布置。篩網(wǎng)廠明挖段橫穿蘇州河，該段蘇州河寬約 66 m，最大水深約 8.5 m，過(guò)河后基坑上跨地鐵13 號(hào)線并與長(zhǎng)壽路橋相交、與天目西路相接。因此，將該明挖段分為工作井及暗埋段、明挖過(guò)蘇州河段以及上跨13 號(hào)線段。其中明挖過(guò)蘇州河段采用鋼平臺(tái)（結(jié)合拉森鋼板樁）作為臨時(shí)圍堰，在圍堰回填土區(qū)域進(jìn)行基坑開(kāi)挖及結(jié)構(gòu)制作。明挖過(guò)蘇州河段分為 2 階段圍堰施工，第 1 階段為西側(cè)導(dǎo)流東側(cè)施工，圍堰長(zhǎng)度為 137.3 m，第 2 階段為東側(cè)導(dǎo)流西側(cè)施工，圍堰長(zhǎng)度為 99.1 m。一期圍堰平面和二期圍堰平面，見(jiàn)圖3、圖4。

圖3 一期圍堰平面圖

圖4 二期圍堰平面圖

圍堰采用拉森鋼板樁，樁長(zhǎng)為 22 m，鋼平臺(tái)基礎(chǔ)為鋼管樁（Φ 800 mm×16 mm），采用型鋼作為縱橫梁（縱梁采用雙拼）和水平撐，采用 16 號(hào)槽鋼作為豎向剪刀撐，采用 I20b 工字鋼作為平臺(tái)橫梁，平臺(tái)面鋪設(shè) 10 mm 厚鋼板。其中鋼管樁基礎(chǔ)橫距 3.4 m、縱距 3 m，樁長(zhǎng) 28 m。第一期圍堰鋼平臺(tái)距離運(yùn)營(yíng)中的地鐵 13 號(hào)線區(qū)間隧道較近，最近距離僅 6 m，第二期圍堰距離區(qū)間隧道最近處為 14.5 m，鋼管樁比地鐵隧道深 4 m。地鐵隧道的外徑 6.2 m、內(nèi)徑5.5 m、環(huán)寬 1.2 m、埋深 18.8 m（地面標(biāo)高為＋3.5 m）。鋼管樁底標(biāo)高為－25.5 m，位于 ⑥ 暗綠-黃色粉質(zhì)黏土與⑦1草黃-灰色粉砂交界處。地基土構(gòu)成與特征見(jiàn)表1。

表1 地基土構(gòu)成與特征表

2.2 非原位振動(dòng)試驗(yàn)

鋼管樁沉樁采用 ICE 28RF 高頻免共振液壓錘施工?？紤]到高頻免共振液壓錘是一種新設(shè)備，且鋼管樁在振沉過(guò)程中不可避免的對(duì)地鐵隧道產(chǎn)生一定的影響，若影響嚴(yán)重將危害到 13 號(hào)線地鐵的運(yùn)營(yíng)安全[5]。因此，在進(jìn)入河道內(nèi)正式施工前，在現(xiàn)場(chǎng)遠(yuǎn)離隧道選取一處進(jìn)行鋼管樁非原位施工測(cè)試，通過(guò)試驗(yàn)掌握采用該工藝進(jìn)行沉樁將對(duì)鄰近土體的影響程度，確認(rèn)所選錘型的適應(yīng)性與可靠性。

為了掌握鋼管樁沉樁對(duì)鄰近土體的影響分布規(guī)律及程度，進(jìn)而判斷對(duì)鄰近構(gòu)筑物的影響程度，從實(shí)際空間相鄰關(guān)系的角度考慮，在離鋼管樁施工位置 3 m、5 m 、10 m 處分別布設(shè)振動(dòng)測(cè)試點(diǎn)，以監(jiān)測(cè)沉樁過(guò)程中引起周邊環(huán)境的振動(dòng)值。試驗(yàn)過(guò)程中委托有資質(zhì)的專業(yè)單位上海匯谷巖土工程技術(shù)有限公司進(jìn)行監(jiān)測(cè)，振動(dòng)測(cè)試儀器為加拿大 Instantel振動(dòng)測(cè)試儀。試驗(yàn)中，場(chǎng)地振動(dòng)背景數(shù)值為 0.31 mm/s（即非施工狀態(tài)下土體振動(dòng)值），鋼管樁沉樁速度為 3 m/min，沉樁振動(dòng)測(cè)試數(shù)據(jù)匯總見(jiàn)表2。

表2 振動(dòng)測(cè)試數(shù)據(jù)匯總表

通過(guò)場(chǎng)地內(nèi)設(shè)置的 3 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)所得數(shù)據(jù)可知，沉樁過(guò)程中距離最近的監(jiān)測(cè)點(diǎn)（距離 3 m）場(chǎng)地振動(dòng)數(shù)值（ppv）為4.72 mm/s，數(shù)值較小。

2.3 首樁原位施工及隧道監(jiān)測(cè)

蘇州河河道內(nèi)開(kāi)始打樁后，為獲取 28RF 型高頻免共振液壓錘沉樁對(duì)地鐵 13 號(hào)線區(qū)間隧道的實(shí)際影響，再次確認(rèn)所選錘型的適應(yīng)性和可靠性，在隧道內(nèi)選取一處（第 940 環(huán)管片附近）管片上布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，進(jìn)行首根鋼管樁免共振原位施工振動(dòng)測(cè)試，以彌補(bǔ)第一次非原位試驗(yàn)時(shí)只能監(jiān)測(cè)地表振動(dòng)數(shù)據(jù)的不足。

本次振動(dòng)監(jiān)測(cè)測(cè)試方法、測(cè)試工具、樁型等與首次試驗(yàn)時(shí)相同，首根試樁及隧道內(nèi)監(jiān)測(cè)布點(diǎn)的環(huán)號(hào)見(jiàn)圖4。

圖4 鋼平臺(tái)與地鐵隧道關(guān)系圖

鋼管樁與地鐵隧道第 940 環(huán)管片的平面距離為 8.6 m，鋼管樁樁底超出隧道底部以下 4 m。首根鋼管樁沉樁速度為3 m/min，場(chǎng)地振動(dòng)背景數(shù)值為 0.284 mm/s。沉樁振動(dòng)測(cè)試數(shù)據(jù)匯總見(jiàn)表3。

表3 振動(dòng)同步監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)匯總表

經(jīng)過(guò) 2 次振動(dòng)監(jiān)測(cè)，從數(shù)據(jù)上分析 ICE 高頻免共振液壓錘沉樁對(duì)地鐵隧道的振動(dòng)影響較小，滿足地鐵保護(hù)要求。因此，通過(guò)兩次試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)，可以判斷采用該設(shè)備進(jìn)行鋼管樁沉樁，不影響鄰近地鐵隧道的正常運(yùn)營(yíng)。

2.4 鋼管樁沉樁施工及隧道內(nèi)同步監(jiān)測(cè)

一期鋼平臺(tái)圍堰共施工鋼管樁 130 根，其中在地鐵50 m 保護(hù)區(qū)內(nèi)共計(jì) 76 根，施工過(guò)程中隧道安全處于受控狀態(tài)[1]，分析施工期間地鐵隧道典型環(huán)號(hào)橫向收斂及垂直變形監(jiān)測(cè)情況（略），收斂和沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均未超出累計(jì)報(bào)警值（±10 mm）。

3 結(jié) 語(yǔ)

（1）荷蘭 ICE 高頻免共振液壓錘是振動(dòng)錘的一種，也需要通過(guò)振動(dòng)將周圍的土體液化后進(jìn)行沉樁。但是因?yàn)橐簤合到y(tǒng)、偏心塊等設(shè)計(jì)上的區(qū)別，相比國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)的“拐手”振動(dòng)錘，對(duì)周邊環(huán)境的擾動(dòng)小很多，適合在有特殊保護(hù)要求的敏感環(huán)境下施工。

（2）未引進(jìn)該設(shè)備前，在本工程工況條件下，通常采用靜壓植樁機(jī)進(jìn)行施工，相比“零振動(dòng)”的靜壓植樁機(jī)，“微振動(dòng)”的 ICE 免共振錘在工程成本、進(jìn)度上占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。

（3）ICE 高頻免共振液壓錘可使用于特殊環(huán)境。尤其是鄰近地鐵、飛機(jī)跑道等特殊環(huán)境下的沉樁工程，既要控制對(duì)周邊環(huán)境的擾動(dòng)影響，又要考慮在夜晚停運(yùn)時(shí)間進(jìn)行施工，高頻免共振液壓錘將是最佳選擇。