富水含泥砂层地区临近既有地铁线旧桩拔除风险控制技术

刘 强 1，郝 庆 1，梁毅飞 2

1.中铁七局集团第三工程有限公司，陕西 西安 710032； 2.西安建筑科技大学 土木工程学院，陕西 西安 710055

[摘要] 结合某市临近既有地铁运营线旧桩拔除工程实例，阐述全回转钻机临近既有地铁运营线拔桩施工风险及控制措施，并对旧桩拔除施工期间拔桩影响区域内轨行区隧道自动化监测方案设计进行介绍。工程实践表明，拔桩施工采取的风险控制措施行之有效，施工对周边地层扰动较小，拔桩影响区域内轨行区隧道主体结构位移及轨道道床沉降变形均在控制值范围内。

[关键词] 旧桩拔除；全回转钻机；临近既有地铁线；施工风险控制

Risk Control Technology for Removal of Old Piles near Existing Subway Lines in Water-rich Muddy Sand Areas

Abstract: Combining with an example of a city’s old pile removal project near an existing subway operation line, the construction risks and control measures for pile removal by a full-rotation rig near an existing subway operation line are explained, and the tunnel automation in the inner rail area affected by the pile removal during the construction of the old pile is explained. The monitoring plan design is introduced. Engineering practice shows that the risk control measures adopted in the construction of pile pulling are effective, and the construction has little disturbance to the surrounding ground. The displacement of the main structure of the tunnel in the track zone and the settlement deformation of the track bed in the area affected by the pile pulling are all within the control value range.

Key words: removal of old piles; full-rotation drilling rig; proximity to existing subway lines; construction risk control

0 引言

随着城市化进程不断加快，基础建设需求日益凸显，为缓解城市地面交通压力，地铁修建呈现出迅猛的发展态势。在新建地铁工程中，经常会遇到城市发展改造过程中遗留的旧基础、旧桩等地下障碍物，为保证地铁建设的顺利进行，需提前对影响地铁修建的地下障碍物进行清除。但城市地下清障施工往往因周边建构筑众多而变得尤为复杂，施工时对周边土体的扰动需严格控制，这便对地下清障施工提出了更高的要求。

本文以某市临近既有地铁运营线旧桩拔除工程为背景，对全回转钻机临近既有地铁运营线拔桩施工风险、采取的控制措施及监测方案进行介绍，可为其他同类工程提供借鉴与参考。

1 工程概况

某市新建地铁盾构区间部分区域内存在影响盾构机掘进的废旧立交桥桩基群，为保证区间隧道顺利建设，在盾构施工前需对距其隧道外轮廓1m范围内的废旧桩基进行拔除处理。原立交桥桩基为预制型方桩，规格为400mm×400mm，桩长24～32m，桩底标高-17.9m～26.9m，每根桩分为两节，节段采用角钢焊接，无桩靴。

该地区主要地层为富水含泥砂层，具有流动性大、承载力小、自稳性差的特点，因此采取对地层影响较小的全套管全回转钻机进行旧桩处理的方案。但需处理的废旧桩基紧邻既有地铁运营线，距既有运营地铁线区间隧道边线最小净距仅为2.35m，施工风险较大。

图1 待拔除旧桩与既有地铁线位置示意图

2 工程风险分析

富水含泥砂层工程特性较差，扰动敏感性较高，使用全回转钻机拔桩施工过程中，存在众多潜在施工风险，若处理不当，极易造成周围土体扰动，并导致既有地铁运营线区间隧道结构变形。

本工程主要潜在施工风险如下：（1）若钢套筒压入与拔出地层速率过快，将引起周围地层扰动；（2）若钢套筒内外水位压差过大，将引起土层承压水从套筒底部喷涌至套筒内部，从而引起地层扰动；（3）若桩断裂的深度超出钢套筒护壁的深度，则断桩拔出时将导致钢套筒底部以下地层扰动变形；（4）若桩拔除完毕后，桩孔回填材料不密实，将造成地层损失，导致钢套筒拔出后地面发生沉陷。

3 监测方案设计

为掌握旧桩拔除及新建地铁盾构区间隧道施工期间既有地铁运营线受影响区域内轨行区隧道结构安全状态，确保其结构稳固安全，特对其进行动态监测。但因地铁运营期间禁止监测人员进入轨行区内工作，为了及时采集区间隧道结构变形数据，本工程在既有地铁运营线内设置自动化监测系统，旨在于实现对主体结构竖向（水平）位移、轨道道床沉降、区间相对收敛的连续、精确监测。

3.1 监测点布置原则

各监测项目的布点原则为按作业影响区划分进行细化，根据不同的影响区划分为：在强烈影响区范围内：每隔3m~10m设置一个监测断面；在显著影响区范围内：每隔10m～15m一个监测断面；在一般影响区范围内：每隔15m～20m一个监测断面。

工程影响分区则依据新建地铁区间隧道规格进行判定，新建地铁区间隧道毛洞跨度为8.3m，底部最大埋深h=20.3m，埋深小于3倍毛洞宽度，属于浅埋隧道工程，工程影响分区见表1。

表1 新建地铁盾构区间的工程影响分区

3.2 监测设备及测点布设

本工程在既有地铁运营线区间隧道主体结构上布设徕卡全自动全站仪自动化监测设施，以便于及时掌握既有轨道交通区间隧道的变形变化情况。监测点测点布设情况见图2、图3。

图2 既有地铁线监测点布设示意图

图3 既有地铁线监测点断面布设剖面示意图

3.3 监测预警管理体系

监测设备安装完毕后，需设置监测预警控制值及预警分级标准，预警分级标准依据监测项目实测值与结构安全控制指标值的比值及变化速率来判定。预警应对管理措施如下：

（1）当发生黄色预警时，需监上报运营单位，并采取加密监测点或提高监测频率等措施加强对城市轨道交通结构的监测；

（2）当发生橙色预警时，应暂停现场施工，上报运营单位，进行过程安全评估工作，各方共同制定相应安全保护措施，并经组织审查后，开展后续工作；

（3）当发生红色预警时，应立即暂停现场施工，上报运营单位，启动安全应急预案。

本工程对既有地铁运营线区间隧道主体结构竖向（水平）位移、轨道道床沉降、区间相对收敛安全控制指标值均为10mm。既有地铁运营线区间隧道监测预警分级见表2。

表2 既有地铁运营线区间隧道主体结构监测预警分级表

4 技术控制措施

本工程依据全回转钻机拔桩潜在施工风险制定施工工艺控制措施，具体措施如下：（1）把控钢套筒压入与拔出地层的速率，不宜过快，严格控制在300mm/分钟；（2）重视钢套筒内外水位压力差，钢套筒内的水位需高于地表水位至少2米；（3）为防止旧桩断裂的深度超出套筒的深度，套筒深度保持在拔桩深度3米以下范围；（4）为预防回填材料不密实，回填材料采用M5砂浆进行回填；（5）当既有地铁运行线区间隧道变形量过大超出允许值时，立即停止拔桩施工，采用直接回填桩孔及注浆加固隧道周围土体等方式进行处理。

5 监测结果分析

既有地铁运营线区间隧道主体结构各监测项目变形量数据统计如表3所示。监测数据表明，各监测项目变化量最大测点的累计变化量均在5mm范围内，未达到预警标准；各监测项目变化速率最大测点的变化速率均在0.5mm/d范围内，亦未达到预警标准。旧桩拔除施工对既有地铁运营线区间隧道主体结构产生的扰动均在可控范围内，处于微扰动安全状态。

表3 既有地铁运营线区间隧道主体结构各监测项目变形量数据统计表

6 结语

本文结合工程实例对全回转钻机临近既有地铁运营线拔桩施工风险控制技术进行介绍，并对拔桩影响区域内轨行区隧道自动化监测数据进行分析，可得出以下结论：

（1）采用全回转钻机进行旧桩拔除，施工安全系数高，速度快，且对周围环境扰动较小。

（2）临近既有建构筑物进行旧桩清除时，提前分析施工风险，可采取相应技术控制措施及监测手段对潜在施工风险进行有效规避。

参考文献

[1] 卓发成.无损拔桩施工技术的应用[J].施工技术,2003(08):46-47.

[2] 朱卫杰,余暄平,郭亮,肖晓春.深层障碍物切割清理施工技术及其应用研究[J].地下空间与工程学报,2006(04):676-682.

[3] 肖晓春,郭亮,朱卫杰,钱晔.深埋地铁隧道的保护性切割与清理施工[J].岩土工程学报,2006(S1):1752-1755.

[4] 杨石飞,顾国荣,王福林.深层清障技术纵论[J].地下空间与工程学报,2008(02):387-391.

[5] 杨勇.全回转钻机无损拔桩施工技术[J].施工技术,2009,38(S1):111-113.

[6] 路建民,张艳.盾构穿越桥桩区施工技术研究[J].施工技术,2016,45(10):108-112.