郴州市人民东路隧道顶高压电塔基础加固及托换施工技术方案研究

文/汤运存

1 高压电塔基础加固及托换工程简述

1.1 主体工程简介

郴州市人民东路延伸段地处郴州市东郊，路线走向基本上呈东西走向，以隧道形式两次穿越山体。本合同段共设置隧道2 座。其中，人民东路隧道左幅总长643m，右幅总长639.5m，人民东路隧道围岩为IV级、V 级、VI 级，该高压铁塔加固工程位于人民东路隧道左线进口端洞门顶部边坡二-三级坡处。

1.2 加固及托换工程背景

由于人民东路隧道下穿高压电塔，且电塔南侧基础平面距离距人民东路隧道左线开挖边界线最近约为1m，铁塔原有基础仅为四个独立的阶梯型扩大基础，加之隧道拟采用钻爆法进行掘进，因此在人民东路延伸段工程人民东路隧道施工过程极有可能危及高压电塔的稳定。按照原隧道设计单位要求，隧道开挖前电塔需进行移位处理，但考虑到电塔的移位可能导致临近电塔的位置需要同时进行相应调整，严重影响隧道的建设工期。综合经济性及技术可行性考虑，在保证隧道施工过程中电塔安全的前提下控制隧道施工工期，考虑对高压电塔基础进行托换的方案设计。

通过现有隧道设计文件分析，隧道施工过程中的爆破震动和隧道挖土将严重威胁高压电塔的稳定。因此，隧道掘进施工前必须采取有效措施对电塔基础进行加固处理。

1.3 地质水文情况

高压电塔附近区域地下水类型主要为基岩岩溶裂隙水。隧道左线进洞50m 内左侧区域围岩为中风化石灰岩，岩体较破碎，较硬质岩石，Ⅴ级围岩；高压电塔基础下伏岩体为灰岩，强度较高、稳定性较好。但高压电塔南侧基础距开挖边界线较近，并且由于隧道洞顶的切方会危及基础处地基土的稳定性。因此，考虑到在隧道工程建设中，由于边坡的切方、施工降水、爆破等不良影响，高压电塔地基存在破坏的隐患，在隧道开挖前施工人员必须对高压电塔基础进行加固处理，以保证隧道施工过程中高压电塔的安全。

2 整体支护以及托换思路

为了确保隧道施工过程中高压电塔的安全，根据场地工程地质条件、场地周边环境条件、场地地形条件，同时考虑支护结构的安全性、经济性、环保性和景观等原则，结合对高压电塔基础加固要求及特点进行论证分析后，整体思路为：首先对铁塔的基础进行加固处理，通过在铁塔基础周围施作支护桩及钢筋混凝土面板，再拟加固高压铁塔处形成高桩承台基础，将塔基处土体限制在一定区域内，阻止塔基底部土体发生明显的侧向变形；其次，通过植筋方式，采用钢筋混凝土面板连接高压电塔四个阶梯形独立基础，使塔基整体受力；最后，由于部分钢筋植入已有塔基阶形梯独立基础，通过在支护桩顶部设置的冠梁，使连接塔基的混凝土面板，即整个铁塔的基础支承在冠梁上，将塔基自重传递到隧道底板以下的稳定岩层中，完成铁塔基础传递承载力的路径转换，以保证在隧道正常施工过程中整个铁塔的稳定性。

3 施工工艺

3.1 支护桩的施工

为了减少因施工造成的周围地层扰动，支护桩采用人工挖孔桩形式成孔。由于桩基下部岩层较为坚硬，无法采用正常风镐施工；同时，在无法采用爆破钻进，还需减少对铁塔基础的扰动的前提下，采用一种成孔规则，不挑地形、无需爆破，对孔壁扰动小的施工方式-水磨钻施工，支护桩的施工采用“跳挖”的方式分开两序开挖，同时严格按照规范要求进行施工。需要注意的是，高压塔周围设置支护桩，拟将高压塔自重传递至下覆稳定岩体中，桩底标高以进入隧道底板下完整灰岩2m 控制，桩群中有一根桩位置刚好穿过隧道边界线，其荷载传递形式由端承型桩改为采用摩擦型桩，其桩底标高以隧道顶板以上6m 控制。

3.2 支护桩（水磨钻）施工工艺

钻取四周岩石，桩基横断面上划分为两类孔，周边孔沿桩基外径布置，共布置32 个孔位。周边孔完成钻孔后，则在桩基岩石周边创造了临空面，使之成了“孤岛式”的桩芯岩；再将桩芯岩分成六等份，按六等分线布孔，共49 个孔位，将“孤岛式”的桩芯岩再分成六个区。

水磨钻机钻孔是依靠电动机带动钻芯筒高速旋转切割成一个个圆柱形的小岩芯。第一批钻孔为周边孔，待周边32 个小岩芯全部取出后，则所有的孔位串通，对桩基岩体与基岩形成了分离，进而使桩基岩体周边形成了临空面。周边孔完成钻孔后，即进行分区钻孔。沿桩基横断面上孔的六等分线进行钻孔，钻孔工艺与周边孔一致。

人工凿岩，修整分裂面：完成钻孔后，将转盘式水磨钻机移出孔外。工人用手持凿岩机（即风镐）对各分区的分裂面进行修整，使分裂面孔位完全贯通，形成两侧为锯齿形的分裂槽；同时，将圆柱形的桩芯岩整体分成了六块近似三角形六个区。

裂岩：将钢楔插入修整的分裂槽内，用大锤敲打钢楔，使钢楔对分裂槽两侧的三角形岩体施加水平冲击力，并在锤击的作用下水平冲击力逐渐加大，最后使各个区域的三角形岩体底部与底基岩剪切断裂分离，并用同样的方法使六个区的三角岩体全部断裂分离。

桩孔修正及下一循环的施工：由于水磨钻钻芯后桩基孔壁成锯齿状，为保证有效桩径，需要工人用手持凿岩机凿掉侵占桩基空间的岩石锯齿。通过锁口护桩在桩孔内标出设计桩中心，检查桩基底部偏位情况并及时纠偏，同时标出下一个循环外周水钻钻孔取芯位置，进入下一循环的挖孔桩施工。

3.3 高压电塔基础处的冠梁、暗梁以及混凝土面板施工

3.3.1 暗梁、冠梁以及混凝土面板施工工艺

在结构围护桩施工完成，并经过低应变动力检测合格后，开始围护结构桩顶冠梁施工。施工时，桩顶伸入冠梁80cm，将钻孔桩顶部凿毛、整平至设计标高，用高压风清洗干净后，对冠梁中线进行定位测量，经检查无误后，再进行钢筋绑扎、模板支设施工。为了进一步提高高压电塔的整体性，对高塔电塔基础采用凿毛处理，并通过植筋的方式用四道暗梁连接原高压电塔基础。最后，在冠梁顶设混凝土盖板，使高桩承台基础成为一个完整的整体。

3.3.2 冠梁钢筋的绑扎、焊接、预留

结构围护桩桩顶冠梁的钢筋采取搭接焊的方式，钢筋搭接焊满足纵向相邻钢筋的搭接接头相互错开，钢筋横向净距不小于钢筋直径，且不小于25mm 的施工要求，绑扎冠梁钢筋时按设计要求进行挡土墙钢筋预埋，待冠梁施工完成后进行挡墙施工[1]。另外，桩顶冠梁纵向受力钢筋采用焊接接头，接头的设置应符合相应规定。

3.4 隧道洞门顶部放坡切方以及支护桩顶冠梁施工

根据隧道进口段地质勘查报告，黏土质、中风化灰岩边仰坡采用不同坡比进行切方施工，并进行拱形骨架支护，仰坡后缘设置截水沟。由于隧道进口段洞口顶围岩厚度较薄，为中风化石灰岩，岩体较破碎，仰坡放坡较高且左侧有高压电塔需进行保护。为确保施工及运营阶段安全，施工前先采用地表钢花管注浆加固，按照施工图纸位置布设，浆液采用水泥-水玻璃双浆液，注浆管需穿越不良土体，深入稳定基岩5m，并距隧道轮廓不得小于0.5m，如基岩埋深较深，则需深入隧道开挖底面3～5m。注浆加固完成后，进行隧道洞门顶部放坡切方施工，按照设计坡比，边切坡边施工支护桩顶冠梁。至此，整个铁塔基础的加固以及托换完成。

3.5 施工监测

为了掌握高压电塔基础在加固工程施工及隧道施工过程中的沉降变形情况，判断高压电塔的稳定状态，保证隧道施工及高压电塔安全，并反馈设计和检验加固效果，指导施工，优化设计，掌握工程实施后高压电塔基础沉降变化特征，施工人员应对高压电塔进行沉降监测、水平位移监测、支护桩身应力、土体深部位移及地下水监测。

在基础加固及隧道施工期间，监测成果作为判断高压电塔稳定状态、指导施工、反馈设计和防治效果检验的重要依据，若现场出现地面、支护结构开裂，高压电塔基础有明显沉降等情况，则应适当增加测点，并及时汇报[2]。

4 结语

为了缓解交通压力，完善城市交通网络，拓展城市发展空间，该工程在保证安全质量的前提下快速完工显得尤为重要。在不影响总工期的前提下，实地调研水文地质情况，构建整体支护以及托换思路，通过理论与实践相结合，灵活地对该高压电塔基础进行预防性的永久托换。同时，为进一步加强对电塔基础加固及托换施工技术的研究，从支护桩施工技术、冠梁、暗梁以及混凝土面板施工等方面进行深入探索，以确保隧道施工能如期安全、顺利开展。