硬岩地质条件下的地铁围护桩施工技术探究

任我行

（中铁二十二局集团第四工程有限公司，天津 301700）

现阶段，地铁站围护桩施工普遍采用旋转钻机成孔技术，配置螺旋钻杆及钻头，具有环保、适应地层能力强、使用方便等特点。但是如果施工时遇到基坑处于硬岩地质，旋挖钻机成孔则较为困难。某轨道交通 7号线一期工程围护桩阶段为提高旋转钻机的成孔效率，根据施工现场具体情况，在硬岩地层条件下将潜孔钻机与旋挖机相结合，采用旋转钻机进行成孔作业新技术，取得了良好的社会经济效益。

1 硬岩地质地铁下围护桩工程概况

南京轨道交通 7号线尖山路口站位于尖山南路与燕新路路口，沿尖山南路东西方向跨路口敷设，场地属于岗地地貌单元，地形起伏较为平缓，地势呈西高东低状，钻孔孔口标高为22.01～25.07m。

依据地下水的埋藏条件和赋存条件，本区地下水类型可分为孔隙潜水和基岩裂隙水。孔隙潜水主要赋存于回填土中，水量受降水影响明显，一般水量不大，但在夏季丰水期时水量较大。基岩裂隙水主要分布于场地全～强风化岩层、基岩破碎带及裂隙发育带中，其上部普遍分布可塑～硬塑状黏性土，其具有一定的承压水性质。水量受风化、裂隙发育程度及连通性影响较大，总体上水量较贫乏。根据勘察资料显示，拟建场地基岩埋深7～19.5m左右。场区上覆土层以人工填土、粉质粘土为主，下伏基岩以燕山期侵入岩闪长岩为主。中风化闪长岩岩石饱和抗压强度范围值为19.1～73.5MPa，平均值41.19MPa，最大可达163MPa，岩石抗压强度高，围护桩和工程桩进入该层位时，钻进困难，应选择合适的施工工艺。

围护桩施工阶段，旋挖钻机成孔困难，根据施工现场具体情况，将硬岩地质条件下的旋挖桩成孔进行可行性研究，采用液压潜孔锤破碎岩层，采用旋转挖机进行成孔作业的新技术。节约了施工时间。

2 施工方案设计

根据以往类似特点的基坑工程与工期等因素考虑，进行施工方案设计。标准段围护结构采用φ1000@1400钻孔灌注桩基+内支撑系统，根据地质情况，局部桩基距采用1200、1300mm，基坑深度16.8～19.1m，钻孔桩嵌固深度2.5～3.5m，基坑竖向设置3道支撑（局部4道支撑），第一道支撑采用钢筋混凝土支撑，支撑水平间距约9m，其余均采用φ609（壁厚I=16mm）刚支撑，支撑水平间距3m。

盾构井段围护结构采用φ1000@1400（1300）钻孔灌注桩+内支撑系统，基坑深度 17.5～20.7m，钻孔桩嵌固深度 2.5～3.5m；基坑竖向设置3道支撑，第一道支撑采用钢筋混凝土支撑，支撑水平间距约5m,其余均采用φ609（壁厚I=16mm）钢支撑，支撑水平间距约2.5m。

潜孔钻机主要具备操作方便、设备成本低、噪音小、岩层破碎效果好等特点。履带式潜孔钻机行走方便，可根据现场施工需要提前进行围护桩范围内岩层破碎。此外，可做到一次性布置潜孔锤孔眼，使潜孔锤破碎岩层具有可靠性定位性。

施工工艺如下：施工准备→桩位放样→潜孔锤孔布置→潜孔锤钻机就位→潜孔锤钻机掏渣→旋挖钻机就位→旋挖钻进掏渣→成孔完成。

所有孔采用潜孔钻机潜锤钻进工艺，围护桩中心布置孔径为Φ100mm的潜孔锤孔眼，距中心孔300mm布设4个孔径为Φ100mm的潜孔锤孔眼。每口圆形竖井周边的搅拌桩数量约为80根，水泥掺入量按每延米50kg，水灰比为0.45：1-0.55：1。施工时严格控制下搅速度，动力头工作电流指数不大于额定值，下搅时为防止冲头处喷嘴堵塞，可通过中心管压入少量浆液下搅，下搅到桩顶时开启灰浆泵，水泥浆与桩端土充分搅拌达到设计桩后提升搅拌机，冲头提升速度不大于 0.1～0.15m/min。为保证桩头质量，实际桩顶应设计桩顶300～500mm。

3 硬岩围护桩快速成孔施工技术

钻孔采用潜孔钻机钻进施工，围护桩中心布置孔径为100mm的潜孔锤孔眼，距离中心300mm布设4个孔径为100mm的潜孔锤孔眼。开挖前在圆形竖井四周设置支距点，使吊桶的钢丝绳中心与桩孔中心一致，完成 3循环后必须利用控制点进行精确定位。潜孔钻机施工前，先进行围护桩中心放样，沿中心孔周边布设4周边孔，钻进过程中时刻记录潜孔钻机钻进压力、地层分布等情况，通过孔口取出的芯样判断各类岩层及地下水位分布情况，进行成孔效率的统计。

潜孔钻紧急钻进时，中心孔完成后整体岩层出现破裂情况下进行周边孔钻进。如潜孔钻机钻进时出现岩层含水的情况，确保岩层破裂效果。待液压潜孔锤破碎岩层，再采用旋转钻机进行成孔作业。此外，潜孔钻进时应时刻注意潜孔冲击器通畅情况。

钻头的选择要根据地层、钻机性能等多方面进行考虑，结合项目实际情况，采用徐工 360旋挖钻机。采用双层底旋挖钻斗形式以便清孔。根据超前地质资料显示，部分桩基地层中存在孤石，说明岩面倾斜度较大，旋挖钻挖至孤石岩面与地质资料进行对比，确认钻孔达到孤石地层处换牙轮钻冲孔。旋挖钻进岩面后对渣样进行观察分析，进入岩面换用牙轮钻冲孔。准备相当于 2倍桩孔体积的泥浆池，需注意的是，要确保泥浆的相对密度、胶体率等指标合格后方可使用。

由于地层变化复杂，项目钻进中拟定0.5m取渣样本，与设计提供的地质报告对比。项目部根据实际钻进速度调整进尺速度，实际工程中遇到硬质地层时应减速慢性，如遇到硬塑层则可以快速旋转钻进，注意对泥浆指标的控制。

根据现场牙轮磨损情况，对牙轮角度进行微调，最大限度地挤压岩层减少牙轮磨损。孤石钻进中截齿磨损严重，采用传统的电弧焊接易使牙轮受力不均，因此施工采用CO2保护焊接截齿，气保焊外观成型与内部质量很好，提高了牙轮的使用寿命。此外，施工过程中应加强岩层取样，及时与地勘单位沟通，根据实际情况调整钻进速度，为旋转钻进在硬岩中施工提供施工经验。

根据施工过程中控制分析及记录统计，旋挖桩成孔时间明显缩短。尖山路口站围护结构旋转桩设计361根，未使用潜孔锤前完成100根，平均进度指标为1.45根/天，故障率为10.3天/次，使用潜孔锤后完成261根，平均进度指标为3.5根/天，故障率为18天/次。节约施工时间明显，桩体检测效果良好。

项目部在施工中采用硬岩下大直径围护桩快速成孔施工技术，达到万元产值综合能耗，为项目节约成本184余万元。

4 结束语

目前深大基坑工程大直径围护桩基施多采用旋挖桩施工工艺，对围护结构施工的工期造成不利影响，而采用潜孔钻机配合旋挖钻进进行围护桩成孔施工，为明挖基坑施工提供有力的工期保证，具有明显的经济效益，值得在今后的类似工程中被推广运用。