既有運營地鐵支護樁拆除及監(jiān)測關鍵技術(shù)

王 輝

（中鐵建設集團南方工程有限公司 廣州 514400）

0 引言

在城市地鐵建設中，為了維持地下隧道和車站結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，通常采用支護樁來對地鐵結(jié)構(gòu)進行加固［1］。隨著地鐵線路的不斷發(fā)展和更新，一些既有運營地鐵上部支護樁需要進行拆除［2］，為確保拆除過程中既有結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和地鐵系統(tǒng)的正常運行，需要對該拆除工藝和監(jiān)測技術(shù)方案進行專門的研究和策劃。

本文重點研究既有運營地鐵支護樁拆除施工工藝以及監(jiān)測關鍵技術(shù)在支護樁拆除過程中的應用。實時傳輸?shù)谋O(jiān)測數(shù)據(jù)可以使得施工方及時掌握和提前預知施工過程中可能出現(xiàn)的問題和潛在風險［3］，通過對關鍵點位進行監(jiān)測，可以發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)變形、應力集中、裂縫擴展等異常情況［4-5］。此外，通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析和比較，還可以優(yōu)化拆除方案和調(diào)整施工進程。

1 工程概況

廈門某新建高鐵站站房工程擬建地下社會連廊，通廊位于地鐵1 號線廈門北站～巖內(nèi)站區(qū)間隧道正上方，兩者并行重疊。廈門地鐵1號線于2017年12月通車運營，至今通車年限約4.5 年，其中廈門北站～巖內(nèi)站區(qū)間南接廈門北站，向北經(jīng)過巖內(nèi)村后爬升進入巖內(nèi)站。如圖1所示，區(qū)間采用明挖法施工，地鐵箱型結(jié)構(gòu)是通過鉆孔灌注樁+內(nèi)支撐圍護，標準段寬10.5 m，頂板標高8.763～13.109 m，采用地下一層雙跨鋼筋混凝土箱型框架結(jié)構(gòu)。廈門北站～巖內(nèi)站區(qū)間根據(jù)抗拔樁及變形縫可分為南段和北段。

圖1 明挖區(qū)間平面示意圖Fig.1 Plane Schematic Diagram of Open Cut Inveral

主體社會連廊標高為13.420 m（絕對標高），軸線寬度為33 m（含兩側(cè)出站通道寬度為61.5 m），長度為233.6 m。地下社會連廊位于地鐵1號線廈門北站～巖內(nèi)站區(qū)間隧道正上方，兩者并行重疊，重疊段長度約231.0 m，社會連廊底板與地鐵隧道頂板結(jié)構(gòu)凈距約2.97～3.73 m，地下社會連廊基坑深約8～10 m，采用放坡開挖。原地鐵支護結(jié)構(gòu)與社會通廊結(jié)構(gòu)發(fā)生沖突，需要對既有運營地鐵支護樁進行拆除。如圖2 所示，放坡開挖將需要拆除的支護結(jié)構(gòu)露出地面，需要拆除的支護樁為雙排結(jié)構(gòu)，兩側(cè)需要同時進行拆除。

圖2 支護樁拆除范圍示意圖Fig.2 Schematic Diagram of the Removal Range of Support Piles

2 支護樁拆除方案及施工工藝

2.1 拆除方案比選

經(jīng)過項目部對現(xiàn)場施工環(huán)境和條件進行調(diào)研，確定可行的拆除方案共有兩個：

2.1.1 沖擊破樁法

該方法是通過沖擊力將支護樁內(nèi)部的土層或材料破碎或擊碎，逐漸推動樁體下沉［6］。沖擊破樁法通常會發(fā)出巨大的沖擊聲和產(chǎn)生強烈的振動。這會對周圍環(huán)境和附近的建筑物造成干擾和損害，尤其在靠近既有廈門北站這樣噪音敏感區(qū)域或不適合使用該方法。同時沖擊破樁法會產(chǎn)生大量碎片和碎塊［7］，這些碎片可能會散落在周圍環(huán)境中，導致環(huán)境污染和清理工作的增加。使用沖擊破樁法拆除支護樁時，很難精確控制拆除的位置和方向。這可能導致不必要的損壞或不良影響，特別是在需要保留其他結(jié)構(gòu)或設施的情況下。

2.1.2 樁頭繩鋸切割法

樁頭繩鋸切割法可以實現(xiàn)對支護樁頂部切割位置和方向進行非常精確的控制。這對于需要保留或控制支護樁底部部分的情況非常重要，例如在需要進行后續(xù)土方作業(yè)時。與其他拆除方法相比，樁頭繩鋸切割法產(chǎn)生的振動非常小，幾乎可以忽略不計，這在需要保護周圍結(jié)構(gòu)或地下管道等敏感設施時非常有利［8］。樁頭繩鋸切割法相對較為安靜，生成的噪音較少，這對于在噪音敏感區(qū)域進行拆除工作時尤為重要。樁頭繩鋸切割法不會產(chǎn)生大量的碎片和碎塊，減少了對環(huán)境的污染。此外，它也不需要大型機械設備，減少了能源消耗。

經(jīng)過方案比選，本項目選擇了樁頭繩鋸切割法，因為該方法在支護樁頂部拆除中具有精確控制、無振動、低噪音、環(huán)保和廣泛適用性等優(yōu)點，在需要保護周圍結(jié)構(gòu)和敏感設施，并要求精確控制拆除位置和方向的情況下，是一種更為理想的選擇。

2.2 拆除施工工藝

結(jié)合項目特點，采用樁頭繩鋸切割法對支護樁進行拆除，具體的施工工藝為：

⑴在進行支護樁切割前，需先準確定位和標記切割位置。定位可通過使用測量工具，如測量帶或激光測距儀，來確定支護樁的準確位置。完成定位后，使用合適的工具或標記物，如噴漆或標簽，將切割位置清晰地標記出來。

⑵在進行切割之前，需要使用套索或繩索將繩鋸綁扎在支護樁上，并確保其穩(wěn)定地附著。在切割過程中，施工人員需要協(xié)同努力，通過拉動繩鋸的兩端來進行平穩(wěn)切割。

⑶在進行支護樁斷開和取下之前，需要根據(jù)支護樁的設計和支撐情況確定正確的斷開點。一般來說，為了降低施工難度，可以選擇在地面以上一定高度處進行切割。在進行切割之前，可能需要設置輔助支撐，以確保支護樁在切割過程中不會突然傾倒或坍塌。一旦支護樁被切割斷開，施工人員可以采取適當?shù)姆椒▽⑵淙∠拢缡褂闷鹬卦O備或人工力量，確保支護樁安全地移除。

3 監(jiān)測關鍵技術(shù)

3.1 智能監(jiān)測技術(shù)優(yōu)勢

地鐵變形監(jiān)測工作在面對既有地鐵營業(yè)線運營時間長、運營頻率高以及運營線路和施工范圍重疊長的情況下，也發(fā)生了變化。本項目采用了智能監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過在現(xiàn)場布設傳感器，利用物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，將監(jiān)測數(shù)據(jù)實時顯示在用戶端，具有了自動化、實時化、高精度和信息化等特點。

3.1.1 自動化

采用傳感器和監(jiān)測設備進行自動數(shù)據(jù)采集，減少了人工操作，并提高了監(jiān)測效率。自動傾斜儀、應力計、振動傳感器等設備能夠?qū)崟r監(jiān)測相關參數(shù)，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街醒霐?shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

3.1.2 實時化

采用實時數(shù)據(jù)傳輸和監(jiān)測系統(tǒng)，能夠即時獲取拆除過程中的數(shù)據(jù)和監(jiān)測結(jié)果。監(jiān)測數(shù)據(jù)可以通過無線方式傳輸?shù)街醒霐?shù)據(jù)處理中心，以便及時進行分析、評估和響應。

3.1.3 高精度

使用高精度的監(jiān)測設備和儀器，確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性和精度。針對不同的監(jiān)測參數(shù)，采用高精度傳感器，并進行校準和驗證，以提高監(jiān)測的精度和可靠性。

3.1.4 信息化

將監(jiān)測數(shù)據(jù)進行數(shù)字化和信息化處理。采用計算機輔助數(shù)據(jù)處理和分析技術(shù)，對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行存儲、管理、分析和可視化展示?？梢岳脤I(yè)的監(jiān)測軟件和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的快速查詢、分析和報告生成，以便更好地管理和應用監(jiān)測數(shù)據(jù)。

3.2 監(jiān)測關鍵技術(shù)應用

拆除地鐵支護樁是一個涉及力學和結(jié)構(gòu)行為的復雜工程過程。通過實施監(jiān)測，可以獲取支護樁在拆除過程中的變形、承載性能等數(shù)據(jù)，并與設計理論進行對比分析，以驗證和完善相關研究［9］。

地鐵支護樁通常被用來承受側(cè)向土壓力，并確保地鐵結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。在拆除過程中，支護樁可能會失去支撐，導致結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定［10］。通過實施監(jiān)測，可以及時察覺支護樁傾斜、變形或其他異常情況，并采取相應的安全措施，以防止事故發(fā)生。

拆除地鐵支護樁通常是一個階段性的工程活動，監(jiān)測結(jié)果可以仔細評估拆除工作是否按計劃進行。如果監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示拆除過程中發(fā)生了異常變形或其他問題，可以及時進行調(diào)整和修復，以確保拆除工作的順利進行。

對于支護樁結(jié)構(gòu)拆除施工過程中的位移、裂縫寬度、凈空收斂、變形曲率半徑等問題，可以通過監(jiān)測數(shù)據(jù)進行詳細評估。本次地鐵拆除主要采用智能監(jiān)測結(jié)合定期人工監(jiān)測的形式，智能監(jiān)測能夠?qū)崟r傳輸現(xiàn)場信息，而定期人工監(jiān)測可對智能監(jiān)測的信息進行復核。

通過分析各監(jiān)測點的監(jiān)測數(shù)據(jù)可知，在結(jié)構(gòu)拆除過程中，監(jiān)測結(jié)構(gòu)的水平位移、豎向位移和凈空收斂等參數(shù)都表現(xiàn)正常。這表明在拆除過程中，結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性得到了有效的控制和保障。凈空收斂監(jiān)測是為了確保周圍環(huán)境的安全，以防止拆除過程中可能導致的意外事故或結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。正常的水平位移、豎向位移意味著施工過程中沒有發(fā)生過大的位移或變形，并且周圍環(huán)境并沒有發(fā)生明顯的收縮或收斂。這為拆除工作的順利進行提供了有力的保障，同時也降低了結(jié)構(gòu)安全和人員安全方面的風險。

4 結(jié)語

支護樁繩鋸切割施工技術(shù)的應用帶來了高效、精確、靈活、安全和環(huán)保的優(yōu)勢。這些技術(shù)成果使得支護樁切割工作更加高效、安全和可控，推動了工程的進展和質(zhì)量的提升。能夠在較短的時間內(nèi)完成支護樁的切割工作。相比傳統(tǒng)的鉆孔爆破或手工拆除，繩鋸切割可以大幅度減少施工周期，提高工作效率。通過智能監(jiān)測結(jié)合定期人工監(jiān)測的方式，可實時并準確地掌握施工過程中的關鍵控制信息，及時發(fā)現(xiàn)問題和風險，采取相應的措施，以確保施工安全。拆除過程中無發(fā)生結(jié)構(gòu)破壞和安全事故，施工安全得到有效保障。

本項目通過分析監(jiān)測數(shù)據(jù)，評估了拆除過程中的工程進展情況，判斷了拆除效果以及結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和適應性。工程進展評估結(jié)果顯示，拆除工作按計劃進行，拆除效果良好，在拆除過程中無發(fā)生結(jié)構(gòu)破壞和安全事故，施工安全得到有效保障。