摘  要：通过工程实例，分析了桩基础穿越既有地铁双线隧道所需克服的施工难点，经不同施工方案的比选和模拟计算安全评估，确定使用全护筒钻机组合施工工艺。实践证明该工艺在施工降噪、环境保护、地面沉降控制等方面都取得较好效果，对在城市不良地质和施工条件下的桩基施工具有一定的借鉴作用。

关键词：桩基础；既有地铁；临近施工；全护筒钻机组合施工工艺

 

      近年来，随着城市的发展桩基础工程日益增多。在施工中处理好拟建桩基工程与地下既有管线、构（建）筑物的干扰问题，已成为施工中必须面对的难题。 笔者对地铁结构特别保护区范围内的全护筒桩基施工技术进行了探讨，力求在不影响地铁结构安全及稳定性，保证地铁正常运行的前提下，确保桩基的施工质量。

 

      中关村一号桥人行天桥工程位于北京市海淀区中关村大街与北四环相交路口处。 该工程为“口”字型天桥。 北侧主桥与南侧主桥，共有 4 棵桥桩（Z2-1、Z2-2、Z6-1、Z6-2）分别位于中关村北大街路中与北四环南北辅路相交节点处，施工时需穿越地下管线及地铁 4 号线。桩径 1 500 mm，桩长 42 m。穿越地层主要为粉质黏土、粉细砂、卵石（最大粒径 11 cm），无地下水。

      桩基施工影响的主要管线如表 1 所示。

      地铁 4 号线隧道在该处呈南北走向，为双线隧道。北侧桥桩位置地铁隧道左右线间距净宽为 5.94 m，南侧桥桩位置地铁隧道左右线间距净宽为 5.29 m，桥桩穿越地铁隧道左右线之间无结构物处，南北桥桩基与地铁 4 号线隧道的最小间距都为 1.75 m。 地铁隧道埋深 19 m，结构高 9 m，修建时采用浅埋暗挖法施工。 新建天桥与地铁 4 号线平面位置以及桥桩与隧道关系分别如图 1、2 所示。

 

      桩基施工的进度、质量，取决于施工工艺的选择；施工效益的最大化，取决于选择合适的施工工艺、施工设备。 因此在复杂作业环境下，更需重视各种桩基施工方法的综合比较，选择适宜的施工方案。

      1）该工程地处闹市区位于中关村大街路中，施工时需占用部分道路，施工场地狭小。

      2）地下 5 m 深范围内地下管线众多，交错复杂，且施工前无法进行有效坑探，以查明各种管线的具体位置及运行状况。

      3）桩基穿越的地铁隧道是采用浅埋暗挖法施作，土层被固化，超前小导管、支护锚杆与隧道初衬形成整体，桩基成孔需破坏隧道初期支护体系。

      4）必须确保地铁结构安全和地铁正常运行。 为此，必须确定严格的变形控制标准，加强量测监控。

      ①变形控制标准

      地铁 4 号线结构及轨道变形控制标准值见表 2，整体道床线路轨道静态几何尺寸容许偏差见表 3。轨向偏差、高低偏差为 10 m 弦测量的最大矢度值。

      ②隧道监测

      自动化监测与人工静态监测项目如表 4 所示。

      1）方案 1

      在调查研究的基础上，提出了 “人工挖孔＋循环钻机成孔”的方案。 先人工挖孔 20 m，至地铁隧道底层下方；再用旋挖钻孔至桩底，施工长度 22 m。

      该方案优点：①人工挖孔可以有效地保证地下管线的安全，可以采用各种应对措施，对地下的不明构筑物进行处理；②能有效解决影响地铁隧道结构及轨道安全的各种不利因素，降低对地铁结构及轨道的影响。

      缺点：①人工挖孔较长，考虑混凝土护壁施作周期，总工期较长；②地铁左右隧道间的土层开挖，所产生的土体应力变化及隧道结构对土体所产生的应力变化十分复杂，不易准确通过模型计算混凝土护壁的受力情况，不利于混凝土护壁结构的设计；③旋挖钻孔需设置泥浆，泥浆循环会扰动混凝土护壁后背土层形成空洞，造成混凝土护壁下坠；④现场需设泥浆池，施工占路范围大。

      2）方案 2

      鉴于方案 1 可能产生的施工风险，提出了“人工挖孔＋全护筒钻机配合人工挖孔＋全护筒冲抓钻机挖孔”的全护筒钻机组合桩基施工方案。 该方案分 3 个阶段实施（见图 3）。

      第 1 阶段：常规人工挖孔，挖孔深度 0～6 m。 此阶段保证地下管线的安全运营。

      第 2 阶段：全护筒钻机配合人工挖孔，挖孔深度6～20 m。 此阶段主要是穿越地铁隧道，依靠钻机本身的下压功能缓慢将钢护筒压入土体一定深度 ，然后人工进行勘察处理并清孔，如此循环反复直至设计深度。

      第 3 阶段：全护筒冲抓钻机挖孔至桩底，施工深度 20～42 m。

      此方案施工优点明显：①不需制备泥浆，施工占地少，容易搞好环境保护工作。 ②可以有效地降低破坏地铁隧道初期支护结构对隧道结构的影响。 钢护管下压速度减慢（液压助力），可以通过压力表读数的变化预知锚杆、小导管等障碍物，也可通过人员进入钢护筒内手持地下金属探测器对土层中障碍物进行探查，探查深度达 2 m。 当发现障碍物后可人工采用液压工具切割，从而保障地铁隧道及轨道的安全。

      经过方案比选，确定使用全护筒钻机组合桩基施工。

      4）计算结果分析

      由计算模拟结果可以推断，采用全护筒钻机组合桩基施工使既有地铁 4 号线结构的变形及内力变化较小，既有地铁结构在该变形及内力变化影响下是安全的。

 

      实践证明，采用全护筒组合施工工法在该工程中显示了独特优势。 在穿越地铁结构时，对成孔范围内的隧道初衬形成的锚杆及超前小导管均采用人工手持液压工具切割清除，有效地降低了对地铁隧道结构的影响。 经第三方检测，地铁 4 号线结构及轨道变形实时自动化监测值均在变形控制值范围内，取得预期效果。

      1）最大限度地降低噪声和震动。 全护筒设备施工时采用电机驱动和降噪设计，噪声值很小，5 m 以外即被交通和环境噪声湮没；同时护筒的压拔采用静液压驱动，不产生振动。 因此，整个施工过程安静、有序，这是文明施工的一个亮点。

      2）严格控制邻近地基沉降，确保施工安全。 全护筒设备施工时由于全孔护筒护壁，从开挖到灌注成桩都有钢护筒保护，避免了孔口坍塌；开挖过程中遇到的地下障碍物，通过人工清除的方式也最大限度地降低了对周边地层的扰动，减小了沉降。

      3）施工场地环保整洁。 全护筒施工为干式钻掘工法，现场采用机械抓斗钻掘，抓斗提升高度很大，并能在回转半径任意指定地点卸土，无泥浆排放等污染，保证了场地环保整洁。

      随着城市建设的发展，在既有建（构）筑物周围临近施工是不可避免的，该工程所采用的全护筒钻机组合施工方法对在城市不良地质和施工条件下的桩基施工具有一定的借鉴作用。