涉铁桩基全套管全回转钻机施工技术分析

由项敏 13818186389 撰写
发布于 2023年11月22日 23:37:42
最后修改于 2024年11月14日 11:36:40

▍摘要

摘要：文章以南宁市银灯立交工程桩基施工为例，通过分析全套管全回转钻机施工关键技术在涉铁桩基施工中的应用效果，表明了全套管全回转钻机在涉铁桩基施工中具有很强的实用性，为项目建设如期完成提供了有力保障，可为城市桥梁涉及地铁轨道的桩基施工提供工程借鉴。

关键词：地铁轨道;涉铁桩基;全套管;全回转钻机;桩基施工

▍0 引言

桥梁桩基础是桥梁结构的重要组成部分，目前城市桥梁施工中最为常见的桩基础为钻孔灌注桩。钻孔灌注桩施工主要分为机械成孔、钢筋笼安装、混凝土灌注三个部分。机械成孔是指通过机械对孔位进行冲孔或钻孔，将孔位土层及岩层挖除至设计孔深，此成孔方式对土体和周围建筑物可能会造成较大影响，因此需根据施工范围内的地质条件和周围结构物情况采用不同的施工工艺。

在施工领域中灌注桩机械成孔施工已是成熟的施工工艺，最为常用的有冲孔成孔和旋挖成孔两种方式。冲孔成孔为采用冲击钻利用冲击力破碎岩土再把渣土掏除;旋挖成孔为采用钻杆旋转钻头，将岩土切削进入钻斗后挖出。采用这两种工艺进行钻孔施工均易破坏土层结构稳定，造成土体扰动，从而对周围结构整体稳定性造成较大影响。

在临近地铁隧道的钻孔施工中，为了保证地铁隧道的安全稳定，需保证土体稳定性。

本文以银灯立交工程中银海跨线桥和玉洞跨线桥7#墩桩基施工为例，详细介绍了87根桩基在临近地铁轨道情况下，采用全套管全回转钻机进行机械成孔灌注取得的成效，以及全套管全回转钻机施工关键技术和在涉铁施工中的优势。

▍1 工程概况

银灯立交为玉洞大道与银海大道相交处的一座三层菱形立交，其中玉洞大道主线跨线桥全长536.5 m，桥宽37 m，共有桩基301根;银海大道主线跨线桥全长352.2 m，桥宽25.5～29.5 m，共有桩基59根。

银海大道主线跨线桥为确保桩基距离地铁2号线隧道净距>5 m，设计采用平行偏移地铁2号线的方式，其中12#台桩基距离地铁2号线隧道最小净距为5.3 m，8#墩桩基距离地铁最大净距为11.98 m。

玉洞大道主线跨线桥左、右幅6#、7#墩跨均跨越地面辅道交叉口及地铁隧道结构，其中7#墩桩基临近地铁2号线隧道，距离地铁隧道最小净距为5.4 m。

▍2 钻机选择

2.1 冲击钻

该工艺原理为通过机架、卷扬机等起重设备，把带刃的重钻头（冲击锤）提升到一定高度后释放，靠钻斗自由下落产生的冲击力破碎、切削岩层，逐步冲击钻进，最后冲孔成桩，并在这一过程中利用泥浆护壁对孔壁进行保护。

2.2 旋挖钻

旋挖成孔工艺采用旋挖钻进行钻孔施工。旋挖钻具有自动行走和桅杆变幅的功能，桅杆底部可以根据桩径组装不同规格的钻头，钻机动力装置、加压装置可以为钻杆提供扭矩，并将压力传至钻头;钻机就位对中后，通过桅杆调整带有活动门的桶式钻头到孔位，通过钻杆加压和旋转让钻头回转破碎岩土，破碎岩土通过活动门装入钻头内，钻进至钻头深度后利用提升装置和钻杆伸缩装置将钻头提出孔外卸土，再重新继续钻进。如此循环进行取土和卸土，直至钻进孔底标高，最后旋挖成孔。

2.3 全套管全回转钻机

此工法主要是利用全回转钻机强大的动力装置，将套管套住桩体后通过回转扭矩将套管下压套住桩体，再用冲抓斗将套管内的土抓出;冲抓斗通过吊车悬吊在套管上方，松开悬吊钢丝绳后，钻头通过内置弹簧压力和顶端配重固定在套管内壁，跟随套管回转压入，合金刀头跟着钻头旋转把岩土破碎并带入斗内;收紧钢丝绳将抓斗提出孔外卸土，再重新锁入，循环进行直至挖至设计孔底标高。

2.4 钻机选择

采用冲击钻进行钻孔施工会对土体造成较大扰动，尤其进入岩层后的冲孔作业，会产生强烈的震冲力并向周围土体扩散，造成扰动。

采用旋挖钻施工钻进至岩层时，钻斗回转会与岩层会发生剧烈的碰撞和摩擦，从而产生强烈的震动并向周围土体扩散，造成扰动。

根据《城市轨道交通结构安全保护技术规范》（CJJ/T 202-2013）3.2.4条规定，震冲作业净距需大于地铁地下结构20m。

而全回转钻机是通过全套管跟进至桩底标高，全套管包围桩体后进行管内取土，能够有效地隔绝桩基施工对周围土体的扰动，具有无噪音、无振动、安全性能高、不使用泥浆、作业面干净、保证周围结构物的安全稳定性的特点，适用于城市桥梁建设中涉及地铁隧道、建筑群基础、轨道基础的桩基施工。

经过详细的方案比选及可行性分析，综合上述各钻机的特点进行充分考虑后，决定采用全回转钻机进行本工程的桩基施工。

▍3 全套管全回转钻机施工关键技术

3.1 定位对中

在桩基施工前，收集地铁施工资料，在施工现场采用全站仪或GPS准确地测放出桩位及地铁结构外侧的位置，双人平行测量校对，打设十字护桩，标示好控制桩，并设置好地铁监测布置点，最后铺设钢垫板。

将钻机移至钢垫板平台上，对钻机四周有效范围进行清理，同时调整钻机使桩孔处于钻机的工作范围之内，保证钻孔过程中卸渣合理、操作灵便并无碰挂现象。

复核十字护桩中心挂线，满足施工设计要求后，启动钻机电脑自动复位装置，对钻机进行调整，使钻杆、钻头与桩位对中，并采用垂线进行复核。

3.2 安装压入套管

套管压入控制重点为垂直精度，而第一节套管的压入的垂直度决定了整桩套管的垂直精度，在施工中必须慎重压入。

套管采用起重机吊起悬空缓慢插入全回转钻机夹盘，主夹盘抓住套管前端，再缓缓插入辅助夹盘，收缩油缸通过推力使套管下落，需注意防止钻头与夹盘发生碰撞。

套管在插入初期主要通过套管自重压入套管，首先将发动机设置在高速状态，回转速度设置为中等程度，再将液压动力站的“压入调整盘”向左旋转到底，打开液压回路，保持压拔按钮在“压入”的状态。

插入中期，当采用自重压入速度变慢时，将液压动力站的“压入力调整盘”向右旋转，液压会逐步上升，此时压拔钮在置于“压入”状态时，液压油缸向推力油缸供油，压入模式转为液压压入。最终将套管压至桩底标高处，对全桩施工和周围土体进行保护。

在套管压入时必须根据土质的变化情况控制好压入力、回转速度，以获得最佳的压入功效。

3.3 校核垂直度

利用全回转钻机上的垂直度装置，并辅以人工吊锤球校对，在施工过程中随时纠正施工中套管的角度，保证全套管的垂直精度。

在第一节套管安装好后立即校正其垂直度，剩余套管在压入过程中一边回转压入，一边不断校核垂直度。

3.4 旋挖取土

当套管压入深度约为3 m时，开始用冲抓斗从套管内取土，抓土和套管下压同步进行。套管底朝前，与开挖面深度始终保持>2.5 m，套管顶部超出钻机下压平台≥50 cm。

合理组合套管的长度，将套管压入地层，距地铁结构顶标高1 m处的位置后暂停压入，实时监测设施和人员就位后进行余下部分套筒的压入，直至套筒压至桩底标高处。

当钻孔钻至岩层时，可以采用旋挖钻配合进行钻孔施工。根据现场地质情况，选择不同的钻头，最终钻进成孔。

临铁施工，钻孔前需对其进行调查，准确定位地铁隧道的位置，控制钻孔速度，及时对桩孔标高进行测量、校核，避免出现超钻导致破坏隧道结构的情况。当钻进临近构筑物时进行分层钻进，一次钻进深度1 m左右。

3.5 其余工序

钻进成孔后，其余施工工序与常规钻孔灌注桩施工工艺相似，在此不做详细介绍。其余工艺流程如下：终孔、清孔、验孔→钢筋笼预制→下放钢筋笼→安装导管→灌注混凝土→桩基检测。

▍4 成效及优势

4.1 取得的成效

运用全套管全回转钻机施工工艺，有效解决了涉铁桩基其他钻机施工造成土体扰动进而影响地铁隧道安全稳定性的问题，确保了银灯立交工程的玉洞跨线桥和银海跨线桥桩基施工能稳步推进，为全桥顺利合龙提供了有效保障，也为玉洞跨线桥能够在2020年中国-东盟博览会开幕前顺利通车奠定了基础，取得了良好的社会效益。

涉铁桩基施工按照以往施工工艺，需要永久打入钢护筒以保证安全，本工程通过采用全回转钻机可以实现钢护筒的重复使用，从而降低了项目的材料费、维护费等支出，节约成本合计597.5万元，经济效益显著。

4.2 技术优势

全套管全回转钻机施工工艺，具有无噪音、无振动、安全性能高，垂直度高、无塌孔等特点，可以直接穿过孤石、旧基础、岩石层，充盈系数小，无泥浆，混凝土浇筑质量高，操作安全可靠，环保性好。

该工艺可以有效解决以往涉铁桩基施工中，采用常规冲击钻冲孔、旋挖钻钻孔等施工工艺，冲振频率高、强度大，对土地的扰动较大，易破坏土体和隧道的稳定性。而采用全套管全回转钻机施工工艺可有效减小施工过程中对周围土体的干扰，保证地铁隧道结构的整体稳定性和安全性。

▍5 应用前景

此工法具有无噪音、无振动、安全性能高、不使用泥浆、作业面干净的优点，能够有效防止桩基施工过程中对土体造成的扰动，保证周围结构物的安全稳定性，以及减少钻孔施工产生的噪音污染、泥浆污染等对城市居民生活的影响，做到绿色施工;适用于城市桥梁建设中涉及地铁隧道、建筑群基础、轨道基础的工程，以及在城市中心建设绿色施工要求高的工程。

随着我国城市地铁轨道交通越来越发达，将来城市桥梁建设不可避免地要与各种地铁轨道线路交叉进行，此工法将在今后的城市建设及其他的桩基施工领域发挥更大的作用。在我国交通路网快速发展过程中具有非常广阔的发展前景。

▍6 结语

本文以南宁市银灯立交工程桩基施工为例，通过将全套管全回转钻机施工关键技术应用到涉铁桩基施工中，取得了显著的成效，为项目建设如期完成提供了有力保障。表明了全套管全回转钻机在涉铁桩基施工中具有很强的实用性，进一步验证了全套管全回转钻机施工工艺在未来我国城市桥梁建设中的广泛应用前景。