涉鐵樁基全套管全回轉(zhuǎn)鉆機施工技術(shù)分析

馬榮久　龐杰夫

摘要：文章以南寧市銀燈立交工程樁基施工為例，通過分析全套管全回轉(zhuǎn)鉆機施工關(guān)鍵技術(shù)在涉鐵樁基施工中的應用效果，表明了全套管全回轉(zhuǎn)鉆機在涉鐵樁基施工中具有很強的實用性，為項目建設(shè)如期完成提供了有力保障，可為城市橋梁涉及地鐵軌道的樁基施工提供工程借鑒。

關(guān)鍵詞：地鐵軌道;涉鐵樁基;全套管;全回轉(zhuǎn)鉆機;樁基施工

中國分類號：U445.31

0引言

橋梁樁基礎(chǔ)是橋梁結(jié)構(gòu)的重要組成部分，目前城市橋梁施工中最為常見的樁基礎(chǔ)為鉆孔灌注樁。鉆孔灌注樁施工主要分為機械成孔、鋼筋籠安裝、混凝土灌注三個部分。機械成孔是指通過機械對孔位進行沖孔或鉆孔，將孔位土層及巖層挖除至設(shè)計孔深，此成孔方式對土體和周圍建筑物可能會造成較大影響，因此需根據(jù)施工范圍內(nèi)的地質(zhì)條件和周圍結(jié)構(gòu)物情況采用不同的施工工藝。

在施工領(lǐng)域中灌注樁機械成孔施工已是成熟的施工工藝，最為常用的有沖孔成孔和旋挖成孔兩種方式。沖孔成孔為采用沖擊鉆利用沖擊力破碎巖土再把渣土掏除;旋挖成孔為采用鉆桿旋轉(zhuǎn)鉆頭，將巖土切削進入鉆斗后挖出。采用這兩種工藝進行鉆孔施工均易破壞土層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，造成土體擾動，從而對周圍結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性造成較大影響。

在臨近地鐵隧道的鉆孔施工中，為了保證地鐵隧道的安全穩(wěn)定，需保證土體穩(wěn)定性。

本文以銀燈立交工程中銀?？缇€橋和玉洞跨線橋7 #墩樁基施工為例，詳細介紹了87根樁基在臨近地鐵軌道情況下，采用全套管全回轉(zhuǎn)鉆機進行機械成孔灌注取得的成效，以及全套管全回轉(zhuǎn)鉆機施工關(guān)鍵技術(shù)和在涉鐵施工中的優(yōu)勢。

1工程概況

銀燈立交為玉洞大道與銀海大道相交處的一座三層菱形立交，其中玉洞大道主線跨線橋全長536.5 m，橋?qū)?7 m，共有樁基301根;銀海大道主線跨線橋全長352.2 m，橋?qū)?5.5～29.5 m，共有樁基59根。

銀海大道主線跨線橋為確保樁基距離地鐵2號線隧道凈距>5 m，設(shè)計采用平行偏移地鐵2號線的方式，其中12 #臺樁基距離地鐵2號線隧道最小凈距為5.3 m，8 #墩樁基距離地鐵最大凈距為11.98 m。

玉洞大道主線跨線橋左、右幅6 #、7 #墩跨均跨越地面輔道交叉口及地鐵隧道結(jié)構(gòu)，其中7 #墩樁基臨近地鐵2號線隧道，距離地鐵隧道最小凈距為5.4 m。

2鉆機選擇

2.1沖擊鉆

該工藝原理為通過機架、卷揚機等起重設(shè)備，把帶刃的重鉆頭（沖擊錘）提升到一定高度后釋放，靠鉆斗自由下落產(chǎn)生的沖擊力破碎、切削巖層，逐步?jīng)_擊鉆進，最后沖孔成樁，并在這一過程中利用泥漿護壁對孔壁進行保護。

2.2旋挖鉆

旋挖成孔工藝采用旋挖鉆進行鉆孔施工。旋挖鉆具有自動行走和桅桿變幅的功能，桅桿底部可以根據(jù)樁徑組裝不同規(guī)格的鉆頭，鉆機動力裝置、加壓裝置可以為鉆桿提供扭矩，并將壓力傳至鉆頭;鉆機就位對中后，通過桅桿調(diào)整帶有活動門的桶式鉆頭到孔位，通過鉆桿加壓和旋轉(zhuǎn)讓鉆頭回轉(zhuǎn)破碎巖土，破碎巖土通過活動門裝入鉆頭內(nèi)，鉆進至鉆頭深度后利用提升裝置和鉆桿伸縮裝置將鉆頭提出孔外卸土，再重新繼續(xù)鉆進。如此循環(huán)進行取土和卸土，直至鉆進孔底標高，最后旋挖成孔。

2.3全套管全回轉(zhuǎn)鉆機

此工法主要是利用全回轉(zhuǎn)鉆機強大的動力裝置，將套管套住樁體后通過回轉(zhuǎn)扭矩將套管下壓套住樁體，再用沖抓斗將套管內(nèi)的土抓出;沖抓斗通過吊車懸吊在套管上方，松開懸吊鋼絲繩后，鉆頭通過內(nèi)置彈簧壓力和頂端配重固定在套管內(nèi)壁，跟隨套管回轉(zhuǎn)壓入，合金刀頭跟著鉆頭旋轉(zhuǎn)把巖土破碎并帶入斗內(nèi);收緊鋼絲繩將抓斗提出孔外卸土，再重新鎖入，循環(huán)進行直至挖至設(shè)計孔底標高。

2.4鉆機選擇

采用沖擊鉆進行鉆孔施工會對土體造成較大擾動，尤其進入巖層后的沖孔作業(yè)，會產(chǎn)生強烈的震沖力并向周圍土體擴散，造成擾動。

采用旋挖鉆施工鉆進至巖層時，鉆斗回轉(zhuǎn)會與巖層會發(fā)生劇烈的碰撞和摩擦，從而產(chǎn)生強烈的震動并向周圍土體擴散，造成擾動。

根據(jù)《城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全保護技術(shù)規(guī)范》（CJJ/T 202-2013）3.2.4 條規(guī)定，震沖作業(yè)凈距需大于地鐵地下結(jié)構(gòu)20 m。

而全回轉(zhuǎn)鉆機是通過全套管跟進至樁底標高，全套管包圍樁體后進行管內(nèi)取土，能夠有效地隔絕樁基施工對周圍土體的擾動，具有無噪音、無振動、安全性能高、不使用泥漿、作業(yè)面干凈、保證周圍結(jié)構(gòu)物的安全穩(wěn)定性的特點，適用于城市橋梁建設(shè)中涉及地鐵隧道、建筑群基礎(chǔ)、軌道基礎(chǔ)的樁基施工。

經(jīng)過詳細的方案比選及可行性分析，綜合上述各鉆機的特點進行充分考慮后，決定采用全回轉(zhuǎn)鉆機進行本工程的樁基施工。

3全套管全回轉(zhuǎn)鉆機施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1定位對中

在樁基施工前，收集地鐵施工資料，在施工現(xiàn)場采用全站儀或 GPS準確地測放出樁位及地鐵結(jié)構(gòu)外側(cè)的位置，雙人平行測量校對，打設(shè)十字護樁，標示好控制樁，并設(shè)置好地鐵監(jiān)測布置點，最后鋪設(shè)鋼墊板。

將鉆機移至鋼墊板平臺上，對鉆機四周有效范圍進行清理，同時調(diào)整鉆機使樁孔處于鉆機的工作范圍之內(nèi)，保證鉆孔過程中卸渣合理、操作靈便并無碰掛現(xiàn)象。

復核十字護樁中心掛線，滿足施工設(shè)計要求后，啟動鉆機電腦自動復位裝置，對鉆機進行調(diào)整，使鉆桿、鉆頭與樁位對中，并采用垂線進行復核。

3.2安裝壓入套管

套管壓入控制重點為垂直精度，而第一節(jié)套管的壓入的垂直度決定了整樁套管的垂直精度，在施工中必須慎重壓入。

套管采用起重機吊起懸空緩慢插入全回轉(zhuǎn)鉆機夾盤，主夾盤抓住套管前端，再緩緩插入輔助夾盤，收縮油缸通過推力使套管下落，需注意防止鉆頭與夾盤發(fā)生碰撞。

[HJ1.45mm]

套管在插入初期主要通過套管自重壓入套管，首先將發(fā)動機設(shè)置在高速狀態(tài)，回轉(zhuǎn)速度設(shè)置為中等程度，再將液壓動力站的“壓入調(diào)整盤”向左旋轉(zhuǎn)到底，打開液壓回路，保持壓拔按鈕在“壓入”的狀態(tài)。

插入中期，當采用自重壓入速度變慢時，將液壓動力站的“壓入力調(diào)整盤”向右旋轉(zhuǎn)，液壓會逐步上升，此時壓拔鈕在置于“壓入”狀態(tài)時，液壓油缸向推力油缸供油，壓入模式轉(zhuǎn)為液壓壓入。最終將套管壓至樁底標高處，對全樁施工和周圍土體進行保護。

在套管壓入時必須根據(jù)土質(zhì)的變化情況控制好壓入力、回轉(zhuǎn)速度，以獲得最佳的壓入功效。

3.3校核垂直度

利用全回轉(zhuǎn)鉆機上的垂直度裝置，并輔以人工吊錘球校對，在施工過程中隨時糾正施工中套管的角度，保證全套管的垂直精度。

在第一節(jié)套管安裝好后立即校正其垂直度，剩余套管在壓入過程中一邊回轉(zhuǎn)壓入，一邊不斷校核垂直度。

3.4旋挖取土

當套管壓入深度約為3 m時，開始用沖抓斗從套管內(nèi)取土，抓土和套管下壓同步進行。套管底朝前，與開挖面深度始終保持>2.5 m，套管頂部超出鉆機下壓平臺≥50 cm。

合理組合套管的長度，將套管壓入地層，距地鐵結(jié)構(gòu)頂標高1 m處的位置后暫停壓入，實時監(jiān)測設(shè)施和人員就位后進行余下部分套筒的壓入，直至套筒壓至樁底標高處。

當鉆孔鉆至巖層時，可以采用旋挖鉆配合進行鉆孔施工。根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)情況，選擇不同的鉆頭，最終鉆進成孔。

臨鐵施工，鉆孔前需對其進行調(diào)查，準確定位地鐵隧道的位置，控制鉆孔速度，及時對樁孔標高進行測量、校核，避免出現(xiàn)超鉆導致破壞隧道結(jié)構(gòu)的情況。當鉆進臨近構(gòu)筑物時進行分層鉆進，一次鉆進深度1 m左右。

3.5其余工序

鉆進成孔后，其余施工工序與常規(guī)鉆孔灌注樁施工工藝相似，在此不做詳細介紹。其余工藝流程如下：終孔、清孔、驗孔→鋼筋籠預制→下放鋼筋籠→安裝導管→灌注混凝土→樁基檢測。

4成效及優(yōu)勢

4.1取得的成效

運用全套管全回轉(zhuǎn)鉆機施工工藝，有效解決了涉鐵樁基其他鉆機施工造成土體擾動進而影響地鐵隧道安全穩(wěn)定性的問題，確保了銀燈立交工程的玉洞跨線橋和銀?？缇€橋樁基施工能穩(wěn)步推進，為全橋順利合龍?zhí)峁┝擞行ПＵ希矠橛穸纯缇€橋能夠在2020年中國-東盟博覽會開幕前順利通車奠定了基礎(chǔ)，取得了良好的社會效益。

涉鐵樁基施工按照以往施工工藝，需要永久打入鋼護筒以保證安全，本工程通過采用全回轉(zhuǎn)鉆機可以實現(xiàn)鋼護筒的重復使用，從而降低了項目的材料費、維護費等支出，節(jié)約成本合計597.5萬元，經(jīng)濟效益顯著。

4.2技術(shù)優(yōu)勢

全套管全回轉(zhuǎn)鉆機施工工藝，具有無噪音、無振動、安全性能高，垂直度高、無塌孔等特點，可以直接穿過孤石、舊基礎(chǔ)、巖石層，充盈系數(shù)小，無泥漿，混凝土澆筑質(zhì)量高，操作安全可靠，環(huán)保性好。

該工藝可以有效解決以往涉鐵樁基施工中，采用常規(guī)沖擊鉆沖孔、旋挖鉆鉆孔等施工工藝，沖振頻率高、強度大，對土地的擾動較大，易破壞土體和隧道的穩(wěn)定性。而采用全套管全回轉(zhuǎn)鉆機施工工藝可有效減小施工過程中對周圍土體的干擾，保證地鐵隧道結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性和安全性。

5應用前景

此工法具有無噪音、無振動、安全性能高、不使用泥漿、作業(yè)面干凈的優(yōu)點，能夠有效防止樁基施工過程中對土體造成的擾動，保證周圍結(jié)構(gòu)物的安全穩(wěn)定性，以及減少鉆孔施工產(chǎn)生的噪音污染、泥漿污染等對城市居民生活的影響，做到綠色施工;適用于城市橋梁建設(shè)中涉及地鐵隧道、建筑群基礎(chǔ)、軌道基礎(chǔ)的工程，以及在城市中心建設(shè)綠色施工要求高的工程。

隨著我國城市地鐵軌道交通越來越發(fā)達，將來城市橋梁建設(shè)不可避免地要與各種地鐵軌道線路交叉進行，此工法將在今后的城市建設(shè)及其他的樁基施工領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。在我國交通路網(wǎng)快速發(fā)展過程中具有非常廣闊的發(fā)展前景。

6結(jié)語

本文以南寧市銀燈立交工程樁基施工為例，通過將全套管全回轉(zhuǎn)鉆機施工關(guān)鍵技術(shù)應用到涉鐵樁基施工中，取得了顯著的成效，為項目建設(shè)如期完成提供了有力保障。表明了全套管全回轉(zhuǎn)鉆機在涉鐵樁基施工中具有很強的實用性，進一步驗證了全套管全回轉(zhuǎn)鉆機施工工藝在未來我國城市橋梁建設(shè)中的廣泛應用前景。

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