［摘  要］为避免孔位坍塌影响地铁运营安全，在邻近地铁隧道的钻孔灌注桩施工中采用钢套筒护壁。以沪杭客运专线上跨上海地铁 9 号线的钻孔灌注桩施工为例，介绍了采用全回转式全套管钻机压入钢套筒护壁的施工工艺，对施工引起的邻近地铁隧道变形进行了分析。在施工中采取了控制和减小变形的应对措施，保证了地铁隧道的运营安全。

［关键词］钢套筒; 运营隧道; 变形; 全回转式全套管钻机; 泄压孔

 

      由于高速铁路对沉降的要求比较高，同时避免铁路荷载对地铁的不利影响，因而在与运营地铁交叉的地段多以高架桥梁的方式穿过。桥梁的桩基基本以钻孔灌注桩为主，对于邻近地铁的桩基，在钻孔灌注桩施工过程中诸多不可预见因素尤其是孔位坍塌成为影响地铁安全的主要隐患，因此需要采取必要的措施来预防钻孔灌注桩在成桩过程中的各种风险，确保地铁的安全。

      本文就全回转全套管技术在邻近地铁钻孔灌注桩钢套筒护壁施工中的应用及其对地铁隧道的影响加以阐述和分析，并提出应对措施，为以后类似工程提供参考。

 

      沪杭客运专线采用板梁方式上跨上海地铁 9 号线，客运专线有 4 排 16 根钻孔灌注桩位于地铁保护区内，4 排桩的跨距全部为 10m，每根桩基的直径为0. 8m，深 度 为 46m，每 排 桩 的 桩 间 横 向 净 距 为2. 5m。此段并行 3 条地铁隧道，均采用盾构法施工形成，隧道管片外径为 6. 2m，每环隧道管片纵向长度为 1. 2m，隧道埋深为 7m，所处土层为④层淤泥质黏土。3 条地铁隧道分别位于 4 排钻孔灌注桩之间，相对位置关系如图 1 所示。

      此段桩基外边线距地铁 9 号线隧道外边线最小距离为 0. 91 ～ 1. 82m，如此近距离的钻孔灌注桩，若采用传统的泥浆护壁做法，施工过程中孔壁坍塌的风险势必会影响到地铁运营的安全，因此采取钢套筒护壁的施工措施来确保桩基施工过程中地铁隧道的安全。

 

      所有桩基采用钢套筒护壁施工。钢套筒直径1m，壁厚 1. 2cm，深度为隧道底标高以下 5m，即钢套筒的总长度为 20m，其中地面上 2m，地面下埋深18m。桩基钢套筒与隧道立面关系如图 2 所示。

      采用全回转式全套管钻机，使套筒 360°回转的同时将其压入地层。

      1) 使用起重机将全回转式全套管钻机准确就位于桩位处。

      2) 将直径 1. 5m，深 3m 的钢护筒吊入钻机压入部，将其压入地面以下，并将护筒内渣土挖除。

      3) 将加工好的钢套管吊入钢护筒内，通过双向人工经纬仪和钻机姿态调整系统使钢套筒处于垂直状  态。

      4) 启动钻机，先通过油缸抬升夹持机构将钢套筒夹住，然后开启回转轴承使钢套筒处于回转状态，再开启行走系统将钢套筒垂直压入地面。压入过程中钻机压力为 6MPa，扭矩为 250kN·m，一个行程的高度为 75cm，压完一个行程的时间为 10min。待一个行程完成后，重复压入下一个行程。

      5) 将钢套筒压入地面 6m，即距地铁顶标高 1m处的位置后暂停压入，待地铁列车停运后，实时监测设施和人员就位后进行余下部分钢套筒的压入。

      3 条隧道内全部布置监测点，在桩位对应的地铁隧道段每隔 1. 2m 布置 1 组收敛监测点，即每环管片都布置监测点，其他隧道段每隔 2. 4m 布置一组监测点，如图 3 所示。

      收敛监测采用实时监测，及时反馈数据变化信息，隧道收敛变形报警累计值为 5mm，现场根据数据变化的情况控制钢套筒压入进程。

 

      只有单侧邻近隧道的桩位套筒施工过程中，在套筒下压过程中隧道的收敛变形比较小，其中 1 号桩的套筒压入对地铁隧道的影响如图 4 所示。

      由图 4 可看出，1 号套筒下压时，其对应隧道管片收敛值的本次变化量只有 0. 2mm，表明对于单侧邻近隧道的桩位，套筒的压入施工对相邻隧道的收敛变形影响很小。

      双侧紧邻隧道的桩位套筒施工影响较大，施工过程中 6 号和 10 号桩位钢套筒的下压均导致隧道收敛变形报警，如图 5 所示。

      6 号和 10 号桩都位于 2 条隧道之间，而且都位于本排桩位的中间，在压 6 号钢套筒时，对应管片收敛变形的本次变化值达 10mm，次日管片收敛值回落 2mm。在随后压 10 号钢套筒时，对应管片收敛的本次变化值达 4mm。由此可见，在压入既位于 2条隧道之间又位于本排桩中间的钢套筒时，对隧道的收敛变形影响比较大。

      另外，压桩对隧道收敛变形产生明显影响的纵向范围为所压桩位对应隧道管片及此环管片两侧紧邻各 3 ～ 4 环的范围。

      双侧紧邻地铁隧道的桩位，尤其是位于同排桩中间的桩位，钢套筒在回转下压过程中会向下带土对周围土体产生侧向挤压，而四周隧道和桩位的阻挡使得被挤压土体的土压力增大，短时间内无法及时消散，因此对相应隧道段产生较大的侧向土压力，同时由于盾构隧道“环刚纵柔”的特点，局部隧道管段的收敛变形比较大。

      针对由于压套筒导致隧道收敛变形比较大的情况，通过在压套筒的桩位和隧道附近打设泄压孔来降低隧道承受的土压力，泄压孔布置如图 6 所示。

      泄压孔位于两桩中间，每排桩打 3 个泄压孔，共打设 6 个泄压孔，泄压孔直径为 15cm，深度 13m，即到隧道底标高位置。泄压孔完成后，随着孔隙水压力的消散和土压力的降低，隧道的收敛变形逐渐回落，纵向范围为压钢套筒对应隧道中心环及其前后各 3 ～ 4 环的范围，如图 7 所示。

      图 7 表明，打设泄压孔后，隧道的收敛变形逐渐回落，在 7d 时间内回落稳定，回落量为最大值的60% 。

      1) 在运营隧道区段，等列车运营结束后开始钢套筒的压入工作。

      2) 钢套筒的压入顺序采用跳排方式压入，同一排桩位按先中间后两边的顺序进行。

      3) 调整下压速度，将一个行程的压入时间调整为 20min 或更长。

      4) 在套筒和土体之间加水，减小套筒和土体之间的摩阻力。

      5) 信息化指导施工，在钢套筒下压过程中加强对隧道变形的监测。