于镦钧
中交隧道工程局 北京 100020
摘要：地铁施工中盾构一般在原有道路下方穿越，两侧沿线现状建筑物构筑物较多；盾构在砂卵石地层施工容易引起地面的不均匀沉降，对沿线建筑物构筑物带来较大的安全隐患，为降低安全风险和不良的社会影响，经常需要对沿线建筑物进行加固。采用钢管隔离桩将拟建隧道与既有房屋建筑物进行隔离，能有效的减少隧道施工对既有建筑物不均匀沉降的影响。钢管隔离桩具有机械设备小巧，施工速度快，适用于狭小围挡内施工等特点，在城市地铁施工建筑物加固方面有较广阔的应用前景。
关键词：钢管桩隔离桩、盾构近接施工、建筑物加固、砂卵石地层
引言
兰州位于黄河冲击阶地，卵石层时因卵石粒径分布不均，地下水丰富，盾构施工时可能因地层不密实导致掘进超方，存在严重的施工安全隐患，因此采取技术措施，在盾构卵石地层近接建筑物施工时，确保建筑物安全，成为了一项关键性的技术研究，而隔离桩是比较成熟的一种技术措施。
隔离桩加固原理是利用隔离桩的刚度大的特性，承受隧道开挖施工引起的侧向土压力，限制桩后土体的变形发展，减少隔离桩后土体变形和沉降，进而保证盾构近接施工时建筑物基础稳定。
现有隔离桩施工过程中，一般在隧道与建筑物之间采用钢筋砼灌注桩，将其保护，防止不均匀沉降。施工钻孔常规采用循环钻机、大型冲击钻机或地质钻机，施工周期长，需要配制或产生大量泥浆，占用较大的场地，同时对环境造成较大污染，另外消耗较大的能源，对城市居民干扰也较大。而且此种做法在城市内不易实施，设备笨重，施工效率低，且造价高，对环境影响较大。另外由于现场施工空间受架空线缆及地下管线限制，无法施做Φ600间距1.0m的钢筋砼隔离桩。
而钢管隔离桩，施工设备轻便，受地下管线影响小，桩径小强度高，加固效果好，施工速度快，适用于狭小围挡内施工，在城市地铁施工建筑物加固方面有较广阔的应用前景。
1.工程概况
火车站～公交五公司盾构区间沿火车站东路，以地下方式敷设，右线长374.589m ，左线长375.695m，中间不设置联络通道。火车站东路规划道路红线宽度30m。区间线间距约15.7m～19.7m，线路坡度为单面坡，线路最大纵坡18.8‰，区间隧道埋深约11.7～17.8m。根据区间地质勘察报告，地下水为第四系松散层孔隙潜水和强风化砂岩上部的基岩裂缝水，含水层主要为第四系冲积卵石（局部含漂石）与第三系强风化砂岩上部，强风化砂层下部和中风化砂岩为相对隔水层，地下水潜水位埋深7.1-8.5m。
兰州瑞京糖尿病医院为钢筋混凝土框架结构，承载桩桩长7米，地上8层，地下1层，区间隧道埋深17.4m，建筑距左线结构外轮廓最近距离3.05m。区间侧穿兰州瑞京糖尿病医院大楼，存在较大风险，由于医院大楼加固施工现场位于人行道，存在管道及架空线缆影响，无法按原设计施做Φ800间距1.0m的钢筋砼隔离桩；盾构施工过程中要保证上部结构的安全及正常使用，隔离措施变更为施做双排Φ219钢管桩，桩间距600mm，排间距500mm梅花桩布置，区间施工前，打设钢管桩对该区域房屋进行隔离保护。
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图1 钢管隔离桩加固范围平面图
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图2 钢管隔离桩与建筑物剖面图
2.施工工艺流程
根据加固图纸，在瑞金糖尿病医院与区间隧道之间增设双排Φ219钢管桩，钢管桩设计顶标高为1522.00m，底标高为1500.989m,桩长21.011m，同时应满足钢管桩底标高低于隧道底标高1m。桩间距600mm，排间距500mm梅花桩布置。
本工程采用跟管钻进沉桩的施工机械分节（每节1.5m）、连续打入钢管桩，直至设计深度。使用的ZML-70型跟管钻进沉管机依靠钻进排土，使土体产生足够的空隙，进而是钢管顺利下沉至设计标高；然后钢管柱内清孔、下放钢筋笼、注浆；最后待钢管柱全部施工完成后，施工桩顶冠梁。
施工工艺流程：
（1）测量放线：根据设计图纸，对钢管桩施工桩位进行测量放样；
（2）探坑开挖：施工范围内人工开挖探坑，探明管线位置并做好防护工作。
（3）钻机就位：钻机按设计桩位就位，保证地面承载力满足要求，调整钻杆的垂直度，对准孔位后，钻机不得移动，也不得随意起降。
（4）钻进成孔：隔离钢管桩采用φ219mm，壁厚t=10mm钢管，双排前后错开布置。施工区卵石地层土质松散，存在漂石，成孔困难，易塌孔，钻孔时采用跟管冲击钻进的施工工法，边钻孔、边下钢管。每进深1.5m左右，接一次钻杆，同时采用焊接接长钢管柱，且保证焊接强度不小于桩身强度，如此循环直至达到设计要求的钢管桩深度。每钻进一段，检查一段，及时纠偏，桩位中心偏差不宜大于50mm，桩身垂直度偏差不得大于1%。钢管桩钻孔时应跳两个桩位进行施工，防止邻孔干扰土体松动，造成地层应力损失。
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图3 钢管隔离桩成孔施工照片
（5）钢管内清孔：钻孔深度满足要求、钢管标高符合设计要求后，利用大功率空压机将孔底渣土清理干净。
（6）钢管内钢筋笼下放：清孔完毕后，及时分段下放钢筋笼，桩内钢筋笼采用4C25，箍筋A12@2000，柱顶钢筋按照图集要求采用弯锚锚固在柱顶冠梁内。
（7）水泥浆制备：水泥浆采用砂浆搅拌机现场拌制，水灰比不超过0.45～0.5，随拌随用；需做好拌和记录，并按要求制作试块。
（8）水泥浆灌注：每根桩的钢筋笼下放完成后，应及时进行注浆；将每盘搅拌好的水泥浆放入灰槽内，采用高压注浆机进行注浆。注浆从管底开始、缓慢上提，直到最终管口翻浆、注满为止。
（9）桩顶冠梁制作：路面下1000mm处施做800*1000混凝土冠梁。
（10）路面回复：冠梁施工完成后按原路面恢复交通。
3.盾构侧穿掘进时控制措施
盾构施工前应对建筑物的基础形式形式、位置、埋深等进一步调查, 并做好渣土改良措施，通过试验段明确盾构掘进参数，确保盾构掘进方案具有可操作性和可实施性。建立预警机制，准备充足的抢险材料和物资，建立必要的指挥和决策机构等（突发事件）。对下穿或侧穿的建筑物要提前现状评估工作，对房屋现状做好原始数据采集记录，保证盾构到达时房屋基础具有足够的稳定性，同时加强监控量测，及时反馈监测信息，实行信息化施工。
做好盾构机的维修保养工作，使盾构机匀速侧穿通过建筑物；施工期间严格控制隧洞轴线，使盾构准确沿着设计轴线推进，勤纠偏少纠偏，减少对地层的扰动。盾尾应及时做好同步注浆，充填管片与土体间的空隙，严格控制注浆量和注浆压力；并根据地表和建筑物监测数据，及时进行二次注浆，必要时应多次注浆或采用深孔注浆加固影响区域内房屋基础下方的土体。
提高同步注浆质量，要求浆液结石率不小于95%，初凝时间不大于8小时，遇泥水后不产生劣化，并要求浆液具有较好的流动性，能均匀充填管片与土体空隙，保证浆液的充盈率。在同步注浆的基础上，结合二次注浆在隧洞周围形成环箍，使隧洞纵向形成间断的止水隔离带，从而控制隧洞变形。掘进时，要建立严格的渣土管理制度，对出渣量进行认真统计比较。
4.钢管隔离桩加固效果验证
因左线隧道与建筑物距离很近，为了保证盾构掘进过程中建筑物结构的安全，采用钢管隔离桩注浆加固的处理方法。在本次盾构掘进施工时，加强了监控量测的频率，密切关注盾构掘进施工中的各项系统参数，结合监测数据及时进行参数调整，使得盾构掘进过程中对建筑物的影响降到最小。在盾构通过此区域后，结合了地表、建筑物的沉降监测数据对比分析，建筑物日沉降速率远小于隧道上方地表日沉降速率。隧道上方地表累计沉降平均达到13mm，建筑物累计沉降平均3.7mm，建筑物累计沉降量远小于隧道上方地表沉累计降量，均在规定范围内。
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图4 隧道上方地表沉降累计值曲线图
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图5 建筑物沉降累计值曲线图
由此可见本区域采用钢管隔离桩加固可有效降低盾构掘进对建筑物的影响，且钢管隔离桩内外侧沉降数据对比效果显著，此方法的成功对于以后的类似施工具有一定参考及指导性意义。
结语
钢管隔离桩在卵石地层施工时，需加强钢管材料控制，宜采用无缝钢管，工厂化加工套丝接头，钢管桩底部管靴壁厚适当加大，控制好钻进速度、垂直度。并且严格控制注浆量，使浆液扩散至周边地层，防止建筑物后期沉降。钢管桩加固机械设备采用履带式潜孔钻机，冲击挤压下沉钢管，施工过程中对地层有轻微挤压作用，注浆加固后，对建筑物有特别好的隔离加固效果，设备较小，施工速度快，适用于狭小围挡内施工，在城市地铁施工建筑物加固方面有较广阔的应用前景。
参考文献：
1、黄宏伟,张冬梅.盾构隧道施工引起的地表沉降及现场监控[J].岩石力学与工程学报,2001；
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