毗邻地铁盾构免共振振动锤钢护筒施工技术

罗强强

（上海浦兴路桥建设工程有限公司，上海市 201210）

0 引言

随着城市的发展、地铁线路日益密集，临近地铁进行基础施工也越来越常见。根据地铁保护要求，保护区范围内必须采用钻孔灌注桩到指定土层。通常，临近地铁桩基施工采用两种保护方式：第一种是先进行旋喷桩或MJS加固，然后再进行钻孔灌注桩施工；第二种是采用钢护筒随管钻进至盾构结构标高以下2 m处。由于采用MJS加固代价高昂，而随管钻进对灌注桩施工效率影响较大，急需开发一种新型施工保护措施。近年来，高频液压免共振锤在城市中心区得到了广泛应用，上海市济阳路（卢浦大桥—闵行区界）快速化改建工程1标采用荷兰ICE公司的免共振液压振动锤应用到毗邻地铁桩基钢护筒施工，取得良好的施工效果[1-4]。

1 工程背景

济阳路（卢浦大桥—闵行区界）快速化改建工程1标位于浦东新区济阳路，起止范围为卢浦大桥引桥至中环，桩号：K2+412.712～K6+297.905，长3885.193 m。道路断面形式为主线高架+地面辅路，主线双向6车道，地面辅道主干路路段采用双向6快2慢、次干路路段采用双向4快2慢。主要建设内容包括桥梁、道路、雨污水排管等附属工程。

该项目与轨道交通7号线1次交叉，交叉位置位于耀华路—耀元路之间，位于地铁后滩站至长清路站之间的盾构区间，隧顶标高-9 m，埋深14 m，盾构直径6.2 m。相交段主要工程内容为主线拼宽3跨，桩基形式为 800 mm钻孔灌注桩，桩长64 m，与地铁最小距离3 m，如图1所示。

1.1 工作机理

根据该工程打入深度、打入土层分布、打入区域临近地铁周边需要振动控制、周边需要噪音控制等要求，采用国际先进的ICE—70RF免共振液压振动锤沉桩技术。

ICE—70RF免共振液压振动锤配有8个可变频偏心块，通过1600动力加压站系统加压，偏心块的工作转速可以从0直接到2000 r/min，使振动锤振动频率与周边土壤、建筑物固有振动频率不一致，同时利用桩的垂直上下振动，造成桩周土体处于强迫振动状态，使桩附近的土壤颗粒迅速液化，减少其对桩的动摩擦力，从而使桩周士体强度显著降低，破坏桩与土体间的粘结力和弹性力，桩在自身重量和激振力的作用下逐渐沉入土中。在沉桩过程中对周边环境影响极小，离开钢护筒2～3 m距离振动衰减至可以忽略不计的程度。

1.2 施工工艺

根据该工程现场实际条件，距盾构3～10 m范围采用钢护筒至盾构底以下2 m，距盾构10 m以上采用添加膨润土的保护措施。

钢护筒施工：采用ICE—70RF液压免共振锤一次性整根打入。

图1相交段钻孔灌注桩剖面图

1.3 施工流程

图2为钢护筒施工流程图。

图2 钢护筒施工流程图

2 施工技术要点

2.1准备工作

在振动锤履带吊等振动锤进场前，对吊车行进路线范围，以及桩位范围内的地下管线情况进行彻底排查。若有可能对其造成损坏的，应及时进行改线或迁移。对运输便道和路口的各类障碍物及早进行检查和清除。吊车站位选择在地铁盾构侧方15 m处。

钢管进场验收后，在钢管长度方向每个100 cm做好标记标线，并对钢管运输过程中防腐漆被破坏的位置补刷。同时，在每节钢护筒的靠近上口适当距离位置处对称焊接两个吊耳，吊耳采用双面坡口焊（见图3）。

图3 吊耳焊接位置图

根据控制点大样及桩位坐标，用全站仪放出各桩位中心点，用木桩和射钉做好标记，确保标记牢靠。放样完毕后，由监理单位复核无误后进行钢护筒沉桩施工。

2.2 中下节桩免共振振动沉桩

根据之前的放养标记，采用长度为6 m的DN750定制钢管作为定位钢套筒。根据桩位垂直打入定位钢套筒。

在150 t履带吊吊钩上除振动锤外另悬挂两根钢丝绳，从振动锤前后两侧垂下。吊桩时，钢丝绳通过卸扣穿过事先焊好的吊耳（卸扣开关需上好保险），防止钢护筒在高频振动中突然失效带来的危险。同时，70RF提桩器的提升链与吊耳连接，汽车吊喂桩，履带吊缓慢提升吊钩，将管桩从地面吊起，利用提桩器将钢管提升至夹具夹钳内部，夹紧夹具。将管桩吊起插入定位钢套筒中。吊到桩位进行插桩时，由于桩身和桩锤放置在桩顶会自沉，大量贯入土中，待沉至稳定后再用ICE—70RF免共振液压振动锤沉桩至定位钢套筒以上1 m处。

在沉桩过程中，继续监测垂直度并及时调整。如遇桩身突然倾斜、跑位或地面明显隆起、桩上浮或桩位水平移动过大，立即关闭振动锤停止沉桩，并分析原因。图4为沉桩之实景。

图4 沉桩之实景

2.3 上下桩对接焊

中下节桩打入完成后，解除连接，再用70RF移除定位钢护筒，安装内衬环，焊接采用CO2气体保护焊，焊丝选用JQ·CE71T-1药芯焊丝（见图5）。

内衬环安装完成后，由吊机将上节桩沿着内衬环落到下节桩上，通过经纬仪观察垂直度。调至垂直后，先点焊固定，再进行对接焊。焊缝采用V形单面坡口焊，焊接完成后由于高温影响焊缝强度，不能立即进行下道工序的施工，现场采用两台鼓风机从两方向对焊缝进行降温。为防止影响焊缝质量，禁止浇水快速冷却。现场利用手持红外测温仪对环缝温度进行测量，当温度≤50℃时，按接头总数的100%进行超声探伤检查。探伤合格后，在焊缝处涂上防腐涂料，1 h后进行上节桩免共振打入。

图5 内衬环安装之实景

2.4 上节桩免共振沉桩

上下节钢护筒对接完成后，采用同中下节桩免共振打入方法进行打桩，打入至设计标高（容许误差为+50 mm）。

2.5 垂直度控制

钢管垂直度监控根据现场实际情况采用高精度光学检测方法。打桩时，必须用两台高精度经纬仪，架设在打桩机的正面和侧面，观测立柱竖边或柱身的白色标识线，校正桩的垂直度。

钢护筒沉入1～2 m后，应重新用经纬仪校正垂直度，当沉至一定深度并经复核沉桩质量良好时，再连续进行振动沉桩，直至高出地面60～80 cm停止振动，进行接桩，再重复上述步骤直至达到设计标高。

2.6 振动值监测

为掌握钢护筒沉桩对邻近土体的影响程度及分布规律，从而掌握对相邻地铁盾构、建筑物、构筑物的影响程度，根据工程现场实际空间相邻关系，该工程首先进行试沉桩，并在距钢护筒沉桩位置3 m、6 m、12 m处设置测试点，监测在沉桩过程中相邻周边环境的振动值。振动监测由有资质的专业单位进行监测。根据试桩过程监控数据，场地振动背景数值为0.31 mm/s（即非施工状态下土体振动值），钢护筒沉桩速度为3 m/min，相关测试数据汇于表1所列。

表1 试桩振动值监测数据表

根据以上试桩监测结果可知，试桩过程中距离最近的监测点（距离3 m）场地振动数值（ppv）为4.68 mm/s，数值较小。

为防止试桩数据偏差，在地铁隧道内选取一处管片上布置监测点，进行首根钢护筒免共振原位施工振动测试。此振动监测测试方法、测试工具、桩型等与首次试验完全相同，钢护筒与地铁盾构管片的平面距离为6 m。

钢护筒桩底超出隧道底部以下2 m。首根护筒桩沉桩速度为3 m/min，场地振动背景数值为0.282 mm/s。其相关测试数据汇于表2所列。

表2 首根护筒桩振动值监测数据表

通过试桩和首桩振动监测，经数据分析，ICE高频免共振液压振动锤沉桩对地铁盾构的振动影响甚小，完全满足地铁保护要求，因而得出结论，采用该设备进行钢护筒沉桩，不影响邻近地铁的正常运营。

该工程共计施工钢护筒86根，其中在地铁保护范围内的钢护筒共计16根。在整个钢护筒沉桩过程中，经监测，地铁盾构始终处于安全受控状态。根据统计，沉桩期间地铁盾构典型位置横向收敛及垂直变形（略），收敛和沉降数据均未达到累计报警值（±10 mm）。

3 结 语

本文所述的毗邻地铁盾构免共振振动锤钢护筒施工技术成功应用于济阳路（卢浦大桥—闵行区界）快速化改建工程1标项目，已是一套成熟的施工技术。与传统的旋喷桩或MJS加固方法相比，该项施工技术具有振动小、噪音低、无挤土效应、施工效率高、适用范围广、遥控操作安全性高、绿色环保等特点。该项技术的成功应用，大大提高了施工效率，对毗邻地铁盾构灌注桩施工的周边环境保护具有重要意义，可以为类似工程的设计与施工提供借鉴。