高田
中铁二十五局集团第五工程有限公司
摘要：目前城市轨道交通迅速先城市周边发展，由于线路无法避让，线路有时需要穿越深厚回填土，基于回填土回填时间短、结构及其松散、物理力学性质不均匀等复杂条件，势必影响隧道施工安全及隧道结构安全。在重庆轨道交通九号线二期区间隧道深厚回填土区采用承载桩基支撑方案，解决了深厚回填土区隧道结构基底承载力不足和地铁运营的严格沉降控制要求。以重庆轨道交通九号线二期区间隧道深厚回填土区为工程背景，针对深厚回填土区的桩基施工难点进行分析，通过选择合适的施工方法、施工工艺和改进施工设备，解决了深厚回填土桩基施工的难题，保证了工程安全、质量和进度。
关键词：隧道 回填土 桩基 施工技术
1、引言
随着城市轨道交通工程的建设，其规模向城市周边日益扩大，地铁隧道穿越深厚回填土区的情况越来越多，深厚回填土区中回填土情况不确定，桩基从地面成孔过程中有很大几率遇到废弃钢筋混凝土块阻碍、缩孔以及塌孔等严重情况，成孔极其困难，施工周期长。通过研究，对于深厚回填土区隧道内桩基采取从洞内成孔施工，通过对桩基的选型、桩基施工设备的改进、钢筋笼参数的优化，建立一套深厚回填土区的施工方法，提出相应桩基施工质量控制要点，为以后类似工程提供指导和参考。
2、工程概况
重庆轨道交通九号线二期工程(兴科大道～花石沟)起点～春华大道站区间隧道位于渝北区,线路主要沿南北向敷设，为单洞单线马蹄形隧道。隧道全长1245.262m，区间隧道中部有约50m长的明挖段，从明挖段分别向小里程、大里程方向开挖隧道。
根据地勘资料及开挖过程时实时查看，地层由上而下依次分为回填土层、粉质粘土层和页岩层、砂岩层。回填土主要由粘性土以及砂、页岩块石碎石及少量塑料、布条、木材建筑垃圾等组成，石含量30%～50%、粒径10～1000mm，填土结构以松散为主,局部稍密,稍湿，回填年限1～3年。粉质粘土主要在原始地貌低洼地带的填土下部、土石分界面附近，受岩层间隙水频繁流动的作用，形成可塑状粘性土为主、厚30～50cm的软弱薄层。下部主要为中风化页岩层，岩体较完整，岩石强度高，岩石室内饱和抗压强度为50MPa。（回填土段平面示意图、桩基设计图见图1、图2）
本区间隧道有8处穿越回填土区，回填土厚度16.4～44m，洞内桩基全部位于回填土层内（B2断面内），Ⅵ级围岩，桩基为Φ800钻孔灌注桩，桩长3.52～30m，桩基嵌入中风化岩层≥3m，桩基总根数759根，总桩长11091.3m，每排3根，横向间距为2.5m，纵向间距为2.5m。桩身混凝土强度等级采用C40水下混凝土。
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3、桩基参数的优化
重庆轨道交通九号线二期工程(兴科大道～花石沟)起点～春华大道站区间隧道回填土区设计的500mm桩基根数达2010根（总长29613.5m），通过前期的市场调查研究和了解其他施工单位的情况，重庆地区洞内回填土区承载桩通常选择直径500mm的钻孔灌注桩，未发现其他直径的桩基。研究发现，φ500桩基直径小，灌注混凝土导管直径小，桩基灌注混凝土时桩底沉渣难以反升，对桩基质量影响非常大，且桩基与底板连接接头多，防水施工质量不易控制，桩基根数较多，施工周期较长，施工效率极其低下。经与业主、设计、监理、勘察、桩基施工队伍、设备厂家共同沟通，并在现场进行试验800mm桩基施工，收集成孔速度、深度、成桩质量等数据，证明了洞内采用800mm桩基方案可行。基于以上情况，将洞内桩基直径由500mm变更为800mm，变更后桩基根数减少至759根（总长10526.7），桩基数量减少三分之二，工期节约390天，减少亏损约110万元。
4、施工设备的选型
由于洞内净空宽度6.2m、高度7.6m，受高度、宽度限制，无法采用大型桩基设备成孔施工，通过市场调查，结合地质情况，重庆地区常规洞内桩基施工采用改进型的地质钻机施工，经实际施工研究发现以下问题：①改进地质钻机成孔速度慢，在回填土层和中风化岩石层中钻进速度分别为1m/h、0.2～0.3m/h，不能满足进度要求。②施工过程需要不断加水降低钻头温度，钻机研磨土层形成较多的泥浆，对于隧道内施工，不易抽排。同时泥浆对现场和周围环境均造成环境污染，无法满足文明施工的要求。③自动化程度低，操作工人劳动强度大。④需提供动力电源，钻机的电源动力都来自洞外变压器, 在施工场地内不用电的情况下，须拖运和防护电缆, 安全性比较低。
结合施工进度、质量要求，经与厂家合作，研发了适用洞内桩基施工的专用旋挖钻机，钻机最大输出扭矩180KN.M，最大钻孔直径1.2m，外形尺寸长×宽×高：9.38×2.78×3.655m（加钻头后最大高度6m）。钻机经过孔位试验施工研究后非常成功，实现了工程需要，主要优点有：①成孔效率快。在施工回填土层时，钻孔速度为5m/h，入岩后平均速度为1m/h。②施工精度高。钻孔过程中可通过机身电脑控制桩基深度、垂直度、钻机压力、钻筒装土容量。③利用履带自行行走，方便移机。在场地承载力满足旋挖钻机自重的情况下，自身靠履带自动行走, 无需其他机械配合。④有利于环保。旋挖钻机钻孔过程中泥浆用量较少，成孔时泥浆的主要作用是增加孔壁稳定性，防止塌孔，在稳定性土层好的区域可采用清水代替泥浆护壁钻孔, 减少大量的泥浆排放，减小对周围环境的影响，降低了泥浆外运成本。⑤无需动力电源。旋挖钻机采用机身自带的柴油发动机提供动力，对隧道内无动力电源的情况下, 非常适用，无需拖运和防护电缆，安全性较高。⑥适用的地层非常广泛。本钻机发动机动力采用大功率发动机，旋挖钻机配置了多种钻头，广泛适用各类地层，同一根桩钻孔工作可全部由旋挖钻机自行完成，无需其他机械配合。同时该钻机配置的发动机功率大，对其钻杆和液压支撑系统更换后，可施工洞外的钻机，机器利用率高，节省成本。⑦管理方便。根据旋挖钻机的特点，对比其他钻机施工过程，减少了用电、机械、人员投入，方便管理，节省了管理成本费用。
为了加快钻孔进尺，缩短钻孔时间，同时考虑施工进度、质量的要求，结合实际情况进行比较分析分析，最终选用专用旋挖钻机施工。
5、深厚回填土区桩基施工工艺
5.1深厚回填土区桩基施工工艺流程
钻孔方法根据地质情况使用旋挖钻机以干作业旋挖成孔作为主要成孔方法，钢筋笼集中分节制作，加工完经检查合格后运至现场分节接长吊装。混凝土由商品砼拌合站集中拌合，混凝土罐车运输到桩位现场，采用导管法灌注入桩孔内。具体流程为与常规的钻孔灌注桩工艺流程基本一致：场地平整→测量放样→护筒制安→钻机成孔→钻机成孔→终孔→清孔→钢筋笼制安→导管安装→沉渣厚度检测（二次清孔）→灌注混凝土→拔出护筒→凿桩头、声测法检测。
6、深厚回填土区桩基施工关键技术控制要点
6.1护筒的制安
根据设计的0.8m桩径，为加大护筒回收率，护筒采用壁厚10mm、直径1m、长度2m，解决了因护筒的强度、刚度不够而引起护筒挤压变形、安装困难引起卡钻，钻孔时因钻头碰撞护筒内壁，致使护筒偏位等问题。护筒在放样准确的桩位埋设，先采用旋挖钻机稍大口径的钻头钻至预定深度，提出钻斗后用120型小型挖掘机下放，将钢护筒压入预定深度，护筒顶面高出地面0.2～0.3m，护筒埋设完成后，用黏土回填护筒四周并分层夯实，防止护筒掉落、偏位。
6.2钻孔施工顺序
洞内桩基成孔遵循间隔跳打的原则，隧道桩基设计单排3根桩，受施工空间和钻机设备限制，桩基施工孔先施工隧道两侧边桩，边桩单次施工3～5根桩，待两侧边桩施工完成后，再沿隧道线路方向从一侧向另一侧施工，单次施工1～2根桩，这样可避免中间桩基完成后高出的桩头阻碍钻机、120型挖掘机等机械设备的行走，做到连续施工的要求。
6.3钢筋笼的制安
受隧道高度限制，钢筋笼须分节安装，为了不浪费材料，根据钢筋9m定尺，钢筋笼分为标准节长4.5m，底节长5m，顶节（根据每根桩的长度调整），每节钢筋笼两端主筋接头错开，采用钢筋滚扎直螺纹套筒方式连接，每节钢筋笼在钢筋加工场预制成型并完成试拼，同时在相邻两节钢筋笼上选择同一根钢筋分别用红油漆做好标记，再拆分后每节钢筋笼明确标识桩号，采取此方法在桩位连接时可以快速对准每个接头，也避免了相邻节的钢筋笼连接时出现错误，大大提高了钢筋笼连接的施工工效。
拆分后的每节钢筋笼对照桩号用小型运输车运送至洞内桩位，洞内现场采用120型小型挖掘机配合安装，当底节钢筋笼放入孔内后，用2根型钢从距离底节钢筋笼上端接头(短边)1m位置的加强箍筋下穿过并临时搁支在护筒外的枕木支座上，再起吊另一节进行两节钢筋笼的连接安装，连接时注意声测管接头连接紧密和保护，防止混凝土灌注时堵塞，如此往复直至顶节钢筋笼安装完成。
6.4安装导管及二次清孔
桩基混凝土采用导管法灌注。采用DN300×4mm的无缝钢管制作导管，最上端各配一节0.3m和0.5m长导管，底部一节导管长4m，中间节导管长3m，导管使用前须在现场试拼并完成水密承压试验，试验合格后才能使用。导管安装时对每节导管用红色油漆自下而上编号，安装过程中及时测量、记录每节导管长度。导管采用120型小型挖掘机配合吊入孔内，两节间连接采用快速接头，吊入孔内时确保轴线顺直、位置居中、稳步下放，防止卡挂钢筋笼，最后在导管顶端安装料斗，料斗容量满足首批混凝土灌注量能使导管埋深不小于1m。导管安装完成后，导管底口距离孔底0.3～0.4m高。
在安装完钢筋笼和导管后灌注混凝土前，再次检查孔底沉淀厚度，由于拆卸钻杆、钻头、下钢筋笼及导管安装等工序，沉淀厚度可能会增加，造成导管底口堵塞，故二次清孔的方法是采用喷射法进行凊孔，将沉淀层冲起飘浮，本法是在灌注混凝土前，对孔底进行高压射水（孔底有水时）或射风3～5分钟，使沉淀物飘浮后，立即灌注水下混凝土。
6.5混凝土灌注
混凝土在拌合站集中拌合，罐车运输到桩位现场。灌注前先将料斗内装满混凝土，待孔底射风使沉淀物飘浮后，必须立即进行灌注，第一斗混凝土灌注后须连续倾倒混凝土，确保下部导管埋在混凝土的深度在1～3m之间，混凝土的入模温度控制在5～30℃，塌落度控制在180～200mm。在灌注过程中，控制导管埋深在2～6m，最小埋深不小于1m，并随时用测绳测量孔内混凝土面的高度，指导导管的提升和拆卸。拔管时，注意适时的提拔和反插，增强混凝土芯部的密实度。混凝土浇筑面高出设计高程50cm。
7、桩基施工质量控制和评价。
在本次深厚回填土区桩基施工过程中，重庆轨道交通（集团）有限公司、监理单位均严格检查验收了桩基钻孔、清孔、钢筋笼制安和混凝土灌注等各道工序。经超声波透射法100%检测，检测结果为桩身无缺陷，桩身完整性好，合格率100%。桩基施工质量指标均符合设计要求和规范规定。综合以上说明，针对深厚回填土区桩基施工所采取的技术措施是切合实际和科学的，为解决深厚回填土区桩基施工的技术难题提供了宝贵经验。
8、结语
1）实践证明，针对隧道深厚回填土桩基成孔选取的旋挖钻设备是可行的，桩基成孔速度快，节省工期，钻机设备洞内外均可使用，机器利用率高，节省成本。
2）结合隧道深厚回填土桩基施工工艺，重点提出了洞内桩基施工方法中护筒制安、钻孔顺序、钢筋笼制安、二次清孔、混凝土灌注的关键技术控制要点，建立一套以旋挖钻机为主的隧道洞内桩基施工方法，有效解决了施工中存在的困难，施工质量和进度得到了保证，该套施工方法可为以后类似工程提供参考。
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