填海滩涂地区盾构隧道近距离桩基施工技术*

卢建文，蔡庆军，李天隆，李宗阳，虎宏亮

(中国建筑第八工程局有限公司华南分公司，广东 广州 510663)

1 工程概况

深圳宝安国际机场卫星厅及配套工程位于深圳市西部，宝安区T3航站楼北侧。场地属于填海滩涂地区，场地上部土层(素填土、填石及淤泥)性质较差，地下水丰富，对混凝土、钢筋具有腐蚀性。西北指廊双跨跨越穗莞深隧道，该范围隧道采用盾构法施工，为双洞单线形式，隧道外径8.5m，管片厚度为0.4m，2个隧道中间净距约8.8m。结构底部离盾构隧道顶部8.0～11.0m，在左右线隧道中间设置1排直径1 400～1 600mm的灌注桩，转换结构的1 200mm直径边桩与隧道外边线净距为3.0～3.2m，须在确保盾构隧道安全的前提下，保质保安全进行转换结构桩基施工。西北指廊转换结构与穗莞深盾构隧道关系如图1所示。

图1 西北指廊转换结构与穗莞深盾构隧道关系

2 近距离桩基施工对隧道的影响

桩基施工主要以扰动周边土体方式对盾构隧道产生不利影响，而桩基施工过程中无法避免扰动土体，主要原因如下。

1)灌注桩成孔期间，易对周围土体施加应力或位移变化，从而导致隧道结构产生附加变形或附加内力。

2)桩基整体施工易引起挤土效应。

当明确桩位、土质条件后，通过选择稳定的桩基施工方法、合理的施工组织，加强监测，可减少桩基施工对盾构隧道的影响。

3 对盾构隧道的施工保护技术

3.1 施工组织

施工前，在各方见证下排查隧道现状，并由具有资质的第三方出具调查报告。

大面积施工前，以初始段为试验段，在工程桩施工过程中，密切关注隧道变形，一旦超过警戒值立即停止施工，上报相关单位商议解决办法。根据转换结构施工组织要求，桩基施工组织需进行单侧单向施工，期间采用跳桩法施工，以降低挤土效应。

3.2 施工工艺流程

选用液压全套管多功能钻机配合旋挖机成孔方式，减少对地基土的扰动，确保对穗莞深隧道的保护。液压全套管多功能钻机边旋转边压入，同时采用螺旋钻杆取土。孔深穿越隧道2m后，采用旋挖泥浆护壁成孔，直至桩端持力层。成孔后放入钢筋笼，插入导管进行清孔，最后浇筑混凝土成桩。施工工序如图2所示。

图2 桩基工艺流程

3.3 测量放线

桩位放线前，查阅盾构隧道相关竣工图，比对隧道基准点与图纸信息，获取较准确的隧道边线位置。通过复核桩基图纸与隧道边线图纸，明确桩基与隧道结构净距是否符合相关要求。

根据盾构隧道与平面控制网测放桩位，利用钢筋做标记，多次测量复核后，使桩位误差≤20mm。于桩孔外侧设置控制桩，施工过程中以十字交叉法校准桩位，每个桩位定点复测≥3次，由监理工程师复核无误后进行施工。

3.4 泥浆制备

开钻前准备数量充足、性能优良的泥浆，护壁泥浆采用优质膨润土+增黏剂+纯碱配制。新鲜泥浆密度一般为1.1～1.15g/cm3，施工期间套筒内的泥浆面高出地下水位 1.0m 以上，应做好泥浆日常维护管理，必须测定泥浆密度、黏度、含砂率和胶体率等指标，并及时调整至满足施工要求，确保成孔优质安全。

3.5 桩基成孔

3.5.1成孔方法

首先将液压全套管多功能钻机压入套管2.5～3.0m，第1节套管全部压入土中后(地面预留外露长度1.2～1.5m，以便接管与检测垂直度)，如不合格则进行纠偏调整，如合格则安装下节套管下压取土。使用螺旋钻杆取土，边下压套管边抓土，始终保持套管底口超前取土面，且深度≥2.5m。当套管穿过地下隧道2m后，采用旋挖机钻进与泥浆护壁方式进行成孔，直至设计桩端持力层。成孔过程中严格控制垂直度，做到随挖随测随纠正，现场预备片石、石块等，必要时可抛石纠正。

3.5.2成孔特点

1)利用钢套管穿越上部不稳定淤泥层，起护壁作用，可避免出现塌孔等隐患。

2)在邻近盾构隧道的复杂环境下施工，液压多功能钻机利用套管回转切削周围土体，同时采用液压动力垂直压入套管，施工过程中不产生明显振动，极大减小对邻近隧道的扰动。

3)液压全套管多功能钻机可针对不同地质情况，特殊工况，通过采用专用刀头，调整刀头安装密度，安装方式，控制钻机回转速度与压入速度等方式满足施工要求。

4)利用液压多功能钻机钻进取渣时，可直观判别土质、岩石特征，便于及时调整施工工艺参数。

5)液压全套管多功能钻机可使成桩质量高、垂直度偏差小，使用套管成孔时，孔壁不会坍落，避免渣土附着污染桩身钢筋和混凝土，同时避免桩身混凝土与土体间残存泥浆(泥皮)隔离膜。

3.6 一次清孔

钻至设计孔深后，采用泵吸反循环方式进行清渣，通过泥浆分离器快速分离固体颗粒，减少清孔清渣时间。

3.7 钢筋笼制作与吊放

钢筋笼采用分段制作法加工成型，确保螺旋箍筋与纵横筋交界处焊接牢固。钢筋笼保护层垫块每隔2m设置一道，每道均匀设置4块，确保钢筋保护层满足设计与规范要求。钢筋笼采用直螺纹套筒进行连接，避免焊接时焊缝被腐蚀，确保钢筋笼连接质量。

吊放钢筋笼时，采用十字交叉法校核钢筋笼中心是否与成孔中心保持一致。为保证钢筋笼垂直度，钢筋笼在孔口按桩位中心定位，使其悬吊在孔内。下放钢筋笼应防止碰撞孔壁，如下放受阻，应查明原因，不得强行下插，一般采用正反旋转法，缓慢逐步下入。

3.8 二次清孔

利用泵吸反循环方式进行二次清孔，浇筑混凝土前严格控制泥浆与孔底沉渣，确保孔底500mm内的泥浆相对密度<1.25、含砂率≤8%、黏度≤28s，端承桩型的沉渣厚度≤50mm。

3.9 混凝土浇筑

该工程桩采用商品混凝土，灌注桩混凝土中掺入阻锈剂与矿物掺合料提高桩基耐久性。阻锈剂用量为水泥质量的2%～4%，矿物掺合料采用硅灰，为胶凝材料总重的3%～5%。根据混凝土材料及设计要求，由实验室与搅拌站试配确定混凝土配合比，灌注桩混凝土中避免使用含氯化物的外加剂，严格控制材料氯离子的含量和碱含量。对拔出钢套管后的混凝土面下降高度做出预判，根据桩基计算混凝土量略有扩大，应保证拔出钢套管后，灌注混凝土完成面标高比桩顶设计标高高0.800～1.000m。

3.10 隧道监测

隧道变形采用自动化监测与人工复核相结合的方法进行测量。道床安装自动化全站仪及配套设备，对监测断面实施自动化监测，再通过高精度电子水准仪人工复核道床沉降点，防止自动化监测系统出现故障，保证数据真实性，同时为自动化监测系统调整参数提供科学依据。

对于受基坑开挖影响的隧道部分，沿纵向每5m布置1处监测点(见图3)。桩基施工过程中，监测频率为1次/4h。每月由人工复测监测点，复核监测数据的准确性。

图3 盾构隧道监测点断面布置

当出现异常情况时，应立即报告现场监理，会同隧道产权单位、业主、设计、监理、勘察单位分析原因，及时提交对策。监测数据应按正规表格进行记录整理，及时上报有关各方，并加强监测，提高监测频率。

4 对隧道的数据模拟

施工前通过有限元分析将求解域剖分为若干单元，把连续介质转换成离散结构物，然后根据施工组织要求分析各单元，最后集成求解整体位移。桩基施工模型网格与流程组织如图4所示。

图4 桩基施工流程组织

上跨穗莞深隧道的卫星厅转换结构施工包括桩基施工、放坡开挖支护、转换结构施工等工序，为充分反映转换板、桩基施工阶段隧道变形情况，根据各施工分区的组织顺序进行模拟分析。卫星厅转换板、桩基与穗莞深隧道相对位置关系如图5所示。

图5 卫星厅转板板、桩基与穗莞深隧道相对位置关系

通过模拟分析可知各工况下隧道的累计竖向位移，根据模拟数据的隆起量与沉降量进行合理组织。1～11区隧道竖向累计隆起量分别为0.01,0.25,0.41,0.61,0.67,0.71,0.72,0.72,0.72,0.72,0.72mm；竖向沉降量分别为1.75,1.09,1.82,1.29,1.18,1.00,1.21,1.10,1.75,1.87,1.56mm。

5 施工管控要点

1)邻近隧道结构的灌注桩应采用液压全套管多功能钻机与旋挖机进行钻进成孔，套管埋深采用双指标把控，埋深大于隧道结构最底端，需全面穿越不稳定淤泥层。套管内取土时应严格控制速度，保持套管内土体高度≥2.5m，切忌超挖塌孔，扰动隧道结构。

2)灌注桩测量放样必须确保精确度，尤其是隧道中间1排灌注桩，需保证灌注桩桩身不落入隧道结构3m范围内。

3)灌注桩埋设套管过程需严格控制垂直度，不得大于设计及规范要求的1%。施工过程应勤量测，不断复核套管中心坐标，出现较大偏差时及时反馈情况，会同相关单位制定处理措施。

4)施工前后及施工过程中，应与产权单位、主管部门保持沟通，及时告知对方施工进展，有利于结合监测结果分析影响因素，及时调整方案。

5)施工前应由建设单位组织相关监测单位布置监控点，采取全过程自动监控。

6 结语

跨越穗莞深隧道转换结构的桩基工程，在业主、设计、监理、施工、勘察等各方协力工作及全过程管控下，通过采取填海滩涂地区盾构隧道的近距离桩基保护技术，顺利完成，保证了地下通道的安全。

1)应从整体施工组织方面考虑对地下隧道安全性的影响。

2)通过模拟技术进一步分析桩基施工全程对隧道的影响。

3)隧道进行桩基施工时，桩位确定与测量放线尤为重要。施工前应探明地下隧道准确位置，与桩位校对无误后方可施工。

4)利用液压全套管多功能钻机与旋挖机进行成孔，可保证邻近盾构隧道结构安全性，满足成孔高质量要求。

5)通过各方探讨，采用调整成桩混凝土配合比、制备泥浆、设置钢筋笼保护层垫块、钢筋笼直螺纹套筒连接等方法，提高填海滩涂地区桩基桩身质量与耐久性。

6)建立监测沟通机制，利用自动化监控系统，迅速应对隧道异常情况。