既有运营地铁支护桩拆除及监测关键技术

王 辉

（中铁建设集团南方工程有限公司 广州 514400）

0 引言

在城市地铁建设中，为了维持地下隧道和车站结构的稳定性，通常采用支护桩来对地铁结构进行加固［1］。随着地铁线路的不断发展和更新，一些既有运营地铁上部支护桩需要进行拆除［2］，为确保拆除过程中既有结构的稳定和地铁系统的正常运行，需要对该拆除工艺和监测技术方案进行专门的研究和策划。

本文重点研究既有运营地铁支护桩拆除施工工艺以及监测关键技术在支护桩拆除过程中的应用。实时传输的监测数据可以使得施工方及时掌握和提前预知施工过程中可能出现的问题和潜在风险［3］，通过对关键点位进行监测，可以发现结构变形、应力集中、裂缝扩展等异常情况［4-5］。此外，通过对监测数据的分析和比较，还可以优化拆除方案和调整施工进程。

1 工程概况

厦门某新建高铁站站房工程拟建地下社会连廊，通廊位于地铁1 号线厦门北站～岩内站区间隧道正上方，两者并行重叠。厦门地铁1号线于2017年12月通车运营，至今通车年限约4.5 年，其中厦门北站～岩内站区间南接厦门北站，向北经过岩内村后爬升进入岩内站。如图1所示，区间采用明挖法施工，地铁箱型结构是通过钻孔灌注桩+内支撑围护，标准段宽10.5 m，顶板标高8.763～13.109 m，采用地下一层双跨钢筋混凝土箱型框架结构。厦门北站～岩内站区间根据抗拔桩及变形缝可分为南段和北段。

图1 明挖区间平面示意图Fig.1 Plane Schematic Diagram of Open Cut Inveral

主体社会连廊标高为13.420 m（绝对标高），轴线宽度为33 m（含两侧出站通道宽度为61.5 m），长度为233.6 m。地下社会连廊位于地铁1号线厦门北站～岩内站区间隧道正上方，两者并行重叠，重叠段长度约231.0 m，社会连廊底板与地铁隧道顶板结构净距约2.97～3.73 m，地下社会连廊基坑深约8～10 m，采用放坡开挖。原地铁支护结构与社会通廊结构发生冲突，需要对既有运营地铁支护桩进行拆除。如图2 所示，放坡开挖将需要拆除的支护结构露出地面，需要拆除的支护桩为双排结构，两侧需要同时进行拆除。

图2 支护桩拆除范围示意图Fig.2 Schematic Diagram of the Removal Range of Support Piles

2 支护桩拆除方案及施工工艺

2.1 拆除方案比选

经过项目部对现场施工环境和条件进行调研，确定可行的拆除方案共有两个：

2.1.1 冲击破桩法

该方法是通过冲击力将支护桩内部的土层或材料破碎或击碎，逐渐推动桩体下沉［6］。冲击破桩法通常会发出巨大的冲击声和产生强烈的振动。这会对周围环境和附近的建筑物造成干扰和损害，尤其在靠近既有厦门北站这样噪音敏感区域或不适合使用该方法。同时冲击破桩法会产生大量碎片和碎块［7］，这些碎片可能会散落在周围环境中，导致环境污染和清理工作的增加。使用冲击破桩法拆除支护桩时，很难精确控制拆除的位置和方向。这可能导致不必要的损坏或不良影响，特别是在需要保留其他结构或设施的情况下。

2.1.2 桩头绳锯切割法

桩头绳锯切割法可以实现对支护桩顶部切割位置和方向进行非常精确的控制。这对于需要保留或控制支护桩底部部分的情况非常重要，例如在需要进行后续土方作业时。与其他拆除方法相比，桩头绳锯切割法产生的振动非常小，几乎可以忽略不计，这在需要保护周围结构或地下管道等敏感设施时非常有利［8］。桩头绳锯切割法相对较为安静，生成的噪音较少，这对于在噪音敏感区域进行拆除工作时尤为重要。桩头绳锯切割法不会产生大量的碎片和碎块，减少了对环境的污染。此外，它也不需要大型机械设备，减少了能源消耗。

经过方案比选，本项目选择了桩头绳锯切割法，因为该方法在支护桩顶部拆除中具有精确控制、无振动、低噪音、环保和广泛适用性等优点，在需要保护周围结构和敏感设施，并要求精确控制拆除位置和方向的情况下，是一种更为理想的选择。

2.2 拆除施工工艺

结合项目特点，采用桩头绳锯切割法对支护桩进行拆除，具体的施工工艺为：

⑴在进行支护桩切割前，需先准确定位和标记切割位置。定位可通过使用测量工具，如测量带或激光测距仪，来确定支护桩的准确位置。完成定位后，使用合适的工具或标记物，如喷漆或标签，将切割位置清晰地标记出来。

⑵在进行切割之前，需要使用套索或绳索将绳锯绑扎在支护桩上，并确保其稳定地附着。在切割过程中，施工人员需要协同努力，通过拉动绳锯的两端来进行平稳切割。

⑶在进行支护桩断开和取下之前，需要根据支护桩的设计和支撑情况确定正确的断开点。一般来说，为了降低施工难度，可以选择在地面以上一定高度处进行切割。在进行切割之前，可能需要设置辅助支撑，以确保支护桩在切割过程中不会突然倾倒或坍塌。一旦支护桩被切割断开，施工人员可以采取适当的方法将其取下，如使用起重设备或人工力量，确保支护桩安全地移除。

3 监测关键技术

3.1 智能监测技术优势

地铁变形监测工作在面对既有地铁营业线运营时间长、运营频率高以及运营线路和施工范围重叠长的情况下，也发生了变化。本项目采用了智能监测系统，该系统通过在现场布设传感器，利用物联网等技术，将监测数据实时显示在用户端，具有了自动化、实时化、高精度和信息化等特点。

3.1.1 自动化

采用传感器和监测设备进行自动数据采集，减少了人工操作，并提高了监测效率。自动倾斜仪、应力计、振动传感器等设备能够实时监测相关参数，并将数据传输到中央数据采集系统。

3.1.2 实时化

采用实时数据传输和监测系统，能够即时获取拆除过程中的数据和监测结果。监测数据可以通过无线方式传输到中央数据处理中心，以便及时进行分析、评估和响应。

3.1.3 高精度

使用高精度的监测设备和仪器，确保监测数据的准确性和精度。针对不同的监测参数，采用高精度传感器，并进行校准和验证，以提高监测的精度和可靠性。

3.1.4 信息化

将监测数据进行数字化和信息化处理。采用计算机辅助数据处理和分析技术，对监测数据进行存储、管理、分析和可视化展示。可以利用专业的监测软件和数据库系统，实现对数据的快速查询、分析和报告生成，以便更好地管理和应用监测数据。

3.2 监测关键技术应用

拆除地铁支护桩是一个涉及力学和结构行为的复杂工程过程。通过实施监测，可以获取支护桩在拆除过程中的变形、承载性能等数据，并与设计理论进行对比分析，以验证和完善相关研究［9］。

地铁支护桩通常被用来承受侧向土压力，并确保地铁结构的稳定。在拆除过程中，支护桩可能会失去支撑，导致结构不稳定［10］。通过实施监测，可以及时察觉支护桩倾斜、变形或其他异常情况，并采取相应的安全措施，以防止事故发生。

拆除地铁支护桩通常是一个阶段性的工程活动，监测结果可以仔细评估拆除工作是否按计划进行。如果监测数据显示拆除过程中发生了异常变形或其他问题，可以及时进行调整和修复，以确保拆除工作的顺利进行。

对于支护桩结构拆除施工过程中的位移、裂缝宽度、净空收敛、变形曲率半径等问题，可以通过监测数据进行详细评估。本次地铁拆除主要采用智能监测结合定期人工监测的形式，智能监测能够实时传输现场信息，而定期人工监测可对智能监测的信息进行复核。

通过分析各监测点的监测数据可知，在结构拆除过程中，监测结构的水平位移、竖向位移和净空收敛等参数都表现正常。这表明在拆除过程中，结构的稳定性和安全性得到了有效的控制和保障。净空收敛监测是为了确保周围环境的安全，以防止拆除过程中可能导致的意外事故或结构失稳。正常的水平位移、竖向位移意味着施工过程中没有发生过大的位移或变形，并且周围环境并没有发生明显的收缩或收敛。这为拆除工作的顺利进行提供了有力的保障，同时也降低了结构安全和人员安全方面的风险。

4 结语

支护桩绳锯切割施工技术的应用带来了高效、精确、灵活、安全和环保的优势。这些技术成果使得支护桩切割工作更加高效、安全和可控，推动了工程的进展和质量的提升。能够在较短的时间内完成支护桩的切割工作。相比传统的钻孔爆破或手工拆除，绳锯切割可以大幅度减少施工周期，提高工作效率。通过智能监测结合定期人工监测的方式，可实时并准确地掌握施工过程中的关键控制信息，及时发现问题和风险，采取相应的措施，以确保施工安全。拆除过程中无发生结构破坏和安全事故，施工安全得到有效保障。

本项目通过分析监测数据，评估了拆除过程中的工程进展情况，判断了拆除效果以及结构的稳定性和适应性。工程进展评估结果显示，拆除工作按计划进行，拆除效果良好，在拆除过程中无发生结构破坏和安全事故，施工安全得到有效保障。