先隧后站法隧站接口硬咬合桩支护技术

王保磊

（广州地铁集团有限公司，广东 广州）

1 工程概况

广州地铁九号线某站为在既有成型隧道基础上新增加车站，总长160 米，为全明挖车站。车站为地下两层120m 岛式站台车站，标准段宽29.25m，车站开挖深度约15m，采用明挖顺筑法施工，围护结构采用0.8m 厚地下连续墙，地下连续墙设计深度26-28m（进入不透水层）。岩层从上到下主要有：人工填土<1>、粉细砂<3-1>、砾砂<3-3>、粉质粘土<4N-1>、粉质粘土<4N-2>、粉质粘土<4N-3>、淤泥质粘土<4-2B>、粉质粘土<5C-1A>、可塑粉质粘土<5C-1B>、粉质粘土<5N-2>、硬塑粉质粘土<5C-2>、微风化灰岩<9C-2 >。车站主体结构底板主要位于<3-1>粉细砂层，<3-2>中粗砂层。由于盾构隧道先于车站完成，本车站东、西端头地下连续墙下方存在既有盾构隧道管片结构，既有盾构隧道埋深度约为7.5m，管片为C50 钢筋混凝土结构，隧道内径5.4m，外径6.0m，管片环宽1.5m，管片厚度0.3m。

2 隧站接口围护结构方案比选

2.1 吊脚连续墙+隧道顶及隧道底部大面积冷冻法方案

车站与隧道结构相结处支护结构，通常采用吊脚连续墙施工+隧道顶及隧道底部大面积冷冻法施工作为基坑的围护结构施工方案。即：对于隧道上方地下连续墙只做隧道上面半幅，此半幅通过第一、二道混凝土支撑及冠梁、围檩同其他连续墙一起固定，起到支护隧道上方水土的作用，隧道下方采用大面积冷冻法加固后开挖。

2.2 硬咬合桩施工方案

广州地铁九号线某站东西端头既有盾构隧道位置围护结构采用φ1000@1300mm 硬咬合桩+局部冷冻法支护形式，各端头单线隧道设置7 根素桩（无钢筋笼） +6 根荤桩（带钢筋笼），咬合350mm，深度28~32m，在做好既有隧道保护措施下，通过全套管全回转钻机直接破除咬合桩范围内既有盾构隧道管片，最终进入到不透水层，连续墙与桩无缝搭接，满足基坑止水、挡土的要求。

图1 某站咬合桩模型图

吊脚连续墙+隧道顶及隧道底部大面积冷冻法施工由于冷冻管过长，无法保证搭接区域，可能存在冷冻盲区，影响基坑施工安全；长时间冷冻破坏地层岩体结构，导致岩体膨胀，形成新的裂隙水通道，冻结施工周期长，引发不确定风险，造成冻结帷幕易出现薄弱环节，极易引发基底涌水涌砂风险；大面积冷冻施工对既有隧道的影响。因此保证基坑开挖施工安全，预防涌水涌砂风险，减少对既有隧道的影响是关键。采用全套管全回转钻机直接切割既有隧道管片，完成硬咬合桩施工，可保证基坑开挖施工安全，及将对既有隧道影响降到最低。

3 施工工艺

3.1 施工工艺原理

在做好隧道管片保护措施下，施工φ1000mm 咬合桩，咬合350mm，在桩成孔过程中，利用全套管全回转钻机强大的扭矩、压入力，全套管压入及钻进切割隧道管片。咬合桩施工完成后，与排桩咬合的地下连续墙采用不带工字钢槽，连续墙施工完成后进行桩施工，地下连续墙与排桩咬合200mm，并在两者接口处设置6 根深度26~27m 的?600@450双管旋喷桩。

3.2 主要流程施工方法

1） 既有隧道保护

为最大程度避免全套管全回转钻机钻进切割管片时对邻近隧道管片造成破坏，在管片切割部位及管片切割孔边缘向两侧隧道管片方向不小于1.5m 范围，浇筑C10 细石混凝土，咬合桩施工前，在填充墙两侧既定位置架设预制钢模板及支撑体系（在端头30m 范围内管片内部设临时支架及钢箍，防止管片变形开裂）。

2） 管片支撑加固

车站端头咬合桩施工前，在端头永久隧道内30m 范围管片设临时支架及钢箍，防止管片变形开裂。加固形式如下图：

图2 相邻环型钢支撑加固立面布置图

3） 隧道填充墙模板安装及砼浇筑

（1） 钢模板安装

①钢模板采用预制钢模板，共分为7 个单元，单元与单元之间采用螺栓连接；钢模加工图如下。

图3 预制钢模大样图

②每道封堵墙采用两道钢模，钢模与钢模间距2~3 环管片。

③钢模采用电动葫芦进行隧道内安装，从下往上逐单元安装，安装顺序为：I 单元~II 单元~III 单元...VII 单元，钢模与管片通过管片吊装孔进行固定。

3.3 钢模间填充混凝土

①地面小钻机引孔，引孔至管片顶外弧面。

②引孔完成后下放钢套管至管片顶，对孔内进行灌浆回填，灌浆采用水灰比1:1 水泥浆，孔内冒浆后停止灌浆。

③地面小钻机在套管内再次进行抽芯引孔，到达管片顶后，直接抽穿管片。

④利用抽芯孔，作为混凝土泵管进行填充墙内细石混凝土回填。

⑤回填时，通过钢模上的人闸进行排气及观测，并进行钢模变形监测。

⑥回填完毕待混凝土初凝后，通过钢模上预留注浆孔进行单液浆注浆，隧道顶部冒浆后停止。待浆液初凝后进行二次补浆，冒浆后封孔，注浆完成。

3.4 硬咬合桩施工

1） 在填充墙完成达到设计强度后，开始从地面进行硬咬合桩施工，采用全回转全套管钻机进行切割成孔，进入到不透水层或者岩层终孔。

2） 成桩顺序：先施工素混凝土咬合桩A 桩（素桩），在A 桩全部施工完成后，再施工钢筋混凝土咬合桩B 桩（荤桩），如下图所示：

3.5 施工要点

（1） 咬合桩导墙采用定型钢模，浇筑C20 厚300mm 钢筋混凝土结构，导墙形式如下图所示。

图4 成桩顺序图

（2） 钻机就位后，保证套管与桩中心偏差小于2cm，压入第一节套管，然后用抓斗从套管内取土，一边抓土，一边继续下压套管。抓土过程中，随时监控检测和调整套管垂直度，发生偏移及时纠偏调整。

（3） 钻机套管钻进至距隧道管片顶部以上50cm 时，钻进压入力改为靠钻机自重控制，即压入力油压调制“0”位，此时压入力理论上为200KN，若套管无法压入时再通过微调，适当增加压入油压，每次增加压入力控制在10KN 以内。钻机回转速度调为3 分钟/转。

（4） 当孔深度达到设计要求后，及时清孔并检查沉碴厚度，若厚度大于20cm，则继续清孔直至符合要求，可用抓斗轻轻放至孔底把沉渣清完。

（5） 确定孔深后，及时向监理工程师报检，检测孔的沉碴和深度。

（6） 浇筑混凝土期间，采用边浇筑边拔除套管的方法，确保套管底埋入砼不小于2m，最大埋置深度为能够拔出套管即可。

4 技术研究成果及应用范围

该技术可以在保证既有隧道安全的情况下：切除既有隧道管片，与地下连续墙形成完整的围护结构，使基坑处于完全封闭状态，提高了基坑施工安全性，节约施工工期。此工法可适用于：在有砾岩，孤石，岩溶等复杂地层中和锚索、锚杆、管片等地下障碍物中，高质量完成钻孔灌注桩施工。

5 结语

该施工技术无泥浆污染、无噪音、无振动，对周边环境扰动小，施工更加环保，止水效果好、施工速度快，且能保证施工质量，可保障后续工程施工。

通过对先隧后站法隧站接口硬咬合桩的工程实践,成功的完成在既有成型隧道基础上新建车站，在全国尚属首例，取得了良好的社会、环境和经济效益，具有很好的推广应用价值。