软土地区下穿营业线全护筒跟进钻孔桩施工技术研究

摘要：沪通铁路下穿京沪高铁、沪宁城际铁路桥下全护筒跟进钻孔桩施工，介绍下穿京沪高铁及沪宁城际铁路钻孔桩全护筒跟进的成功经验，解决了软土地区下穿营业线全护筒跟进钻孔桩施工时确保营业线安全运营的难题。

Abstract： Shanghai-Nantong Railway down traversing Beijing-Shanghai high-speed railway， and Shanghai-Nanjing inter-city railway adopts whole pile casting follow-up bored pile construction under the bridge. This paper introduced the successful experience in the down traversing Beijing-Shanghai high-speed railway and Shanghai-Nanjing inter-city railway whole pile casting follow-up bored pile construction to guarantee safe operation of the operating line in soft soil area down traversing operating line whole pile casting follow-up bored pile construction.

关键词：软土地区；下穿营业线；全护筒跟进；技术研究

Key words： soft soil area；down-traversing operating line；whole pile casing follow-up；technology research

中图分类号：U445.55+1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）18-0122-03

0 引言

在软土地区下穿既有高速铁路墩台钻孔桩施工时，施工要求精度高，为避免施工时造成既有铁路墩台偏移，钻孔桩施工需采用全护筒跟进防护成孔，由于既有高铁桥下施工净高受限，传统的全护筒跟进工艺由于受营业线干扰较大无法实施。在施工中进行有针对性的方案比选，在确保施工及营业线运营安全等方面尤为重要，文章主要结合沪通铁路沪通铁路下穿京沪高铁、沪宁城际铁路桥下全护筒跟进钻孔桩施工实例对施工工艺进行研究，为以后软土地区邻近既有铁路钻孔桩全护筒跟进施工工艺及质量控制提供借鉴。

1 工程概况

1.1 工程简介

沪通铁路站安亭疏解线DK131+063.94～DK131+144.94/YDK131+036.94～YDK131+117.94段路基同时下穿既有京沪高铁和沪宁城际（交角均为62°），下穿既有京沪高铁桥墩墩号为452#墩～453#墩（K1285+337～K1285+370），下穿既有沪宁城际铁路桥墩墩号为184#墩～185#墩（K33+942～K33+975），属高安全风险施工段，下穿长度81米，路基基础结构采用钻孔桩板梁结构，下穿段钻孔桩共有72根，桩长40m，桩径0.8m，桩间距2.6m，其中距既有桥墩距离较近的11根钻孔桩采用全护筒跟进防护。

1.2 施工条件

项目施工区域位于江苏省昆山市花桥镇天福村境内，为滨海海积平原区、地形平坦开阔，地质情况以粉质粘土、淤泥质粉质粘土、粉细砂等地层为主，地下水较发育，类型为孔隙承压水，勘察期间测得地下水稳定水位埋深0.4～4.9m。施工桩位距离营业线桥墩基础最小距离为2.2m，为了防止钻孔施工过程中引起周边土体应力场和位移场的变化，靠近营业线桥墩侧钻孔桩采用钢护筒防护成孔。既有京沪高铁及沪宁城际铁路桥下净空高度仅7.8m，受净空高度限制采用常规工艺无法进行施工。

2 钻孔桩全护筒跟进方法比选

根据目前施工工艺及对类似工程调研，目前国内能够实现全护筒护壁施工的工艺主要有套管钻机成孔法、旋挖钻配搓管机成孔法、大吨位高频液压振动锤打设护筒成孔法。

2.1 套管钻机成孔法

既有京沪高铁桥下净高7.8m，套管钻机高度为21m，无法满足现场施工要求。

2.2 旋挖钻配搓管机成孔法

施工速度慢，每根桩全护筒跟进施工需要时间约15天，既有桥下净高7.8m，旋挖钻机高度约22m，无法满足现场施工要求。

2.3 大吨位高频液压振动锤打设护筒成孔法

实际护筒长32m～54m，使用高频液压振动锤打设钢护筒时摩擦力约500t，需配置300t液压振动锤进行钢护筒下沉施工，会造成钢护筒附近土体液化，失去侧摩阻力，导致既有高铁和公路桥桩基下沉，安全风险极高，无法满足现场施工要求。

2.4 冲击钻配搓管机成孔法

由于靠近既有桥墩位置的钻孔桩采用全护筒跟进防护施工，钢护筒跟进防护深度较大，而下穿段施工净空受限，大型施工机械旋挖钻配合搓管机无法进场施工，经过方案比选之后，采用改装后的冲击钻机配合搓管机埋设护筒，安全风险较小，可满足现场施工要求。

3 冲击钻配搓管机成孔法工艺原理及特点

3.1 工艺原理

下穿营业线桩基施工，根据桥下施工净空高度限制情况，采用改装后的钻机成孔，钢筋笼下放及水下砼灌注均采用钻机进行，钢筋笼分成短节下放，孔口接长，水下砼采用钻机提升导管灌注；靠近营业线桥墩钻孔桩采用全护筒跟进防护成孔。全护筒跟进施工采用改良型搓管机进行，搓管机通过夹钳紧缩与护筒产生环抱摩擦力，回转油缸反复转动，实现护筒转动，通过加压/举升油缸（搓管机自重与地锚配重）实现加压将护筒钻入。

3.2 工艺特点

①地基处理深度大，工后沉降小，整体刚度大；②能有效消除路基对既有桥墩的偏压风险，确保营业线安全；③能有效解决施工净高受限，大型施工机械设备受限问题；④解决软土地区全护筒跟进防护施工难度大问题；⑤降低邻近营业线施工安全风险。

4 下穿营业线桩基施工方法

使用全回或回转钻机钻孔施工至护筒埋设深度，然后撤下钻机，上搓管机继续埋设护筒，依此循环直至设计深度，全护筒跟进防护完成，继续上冲击钻钻进至设计孔深，终孔后进行后续钢筋笼下放及水下砼灌注施工。其它未采用全护筒跟进防护成孔的钻孔桩采用正循环回转钻机（钻机高度进行改良）成孔。

设计全护筒跟进防护成孔的桩基护筒采用20mm厚钢板卷制而成，护筒单节长度为3.0m，内径比设计孔径大5cm，护筒采用坡口焊连接（二氧化碳保护焊两侧对称焊接），第一节护筒下端加工成齿口形状，便于全护筒旋转下沉。护筒采用装载机配送，冲击钻钻机（可转动）提升对接。

由于桥下施工净空受限，大型吊装设备无法进场施工，经过调查研究拟采用钻机下放钢筋笼及提升导管灌注水下砼。钢筋笼分节长度不大于钻机吊装高度。

5 工艺流程及操作要点

5.1 施工工艺流程

5.2 操作要点

5.2.1 施工准备

组织相关营业线施工管理人员、机械操作人员、作业人员参加路局营业线施工安全教育培训，并考试合格取得证书。编制专项施工方案，经监理审核后报建设单位，建设单位审核后由其组织铁路局相关站段科室进行预审，施工单位根据预审意见修改完善后，再报路局主管业主处室（建设处），由主管处室组织相关配合单位进行终审，经终审修改完成后并与路局设备管理单位签订安全协议后方可实施。

5.2.2 钢护筒制作

设计全护筒跟进防护成孔的桩基护筒采用20mm厚钢板在厂家加工定制，护筒单节长度为3.0m，内径为85cm，护筒采用坡口焊接接长（二氧化碳保护焊两侧对称焊接），第一节护筒下端加工成齿口形状，便于全护筒旋转下沉。

5.2.3 钢护筒安装

设计全护筒防护的桩基采用冲击钻配合搓管机埋设护筒，搓管机通过夹钳紧缩与护筒产生环抱摩擦力，回转油缸反复转动，实现护筒转动，通过加压/举升油缸（搓管机自重与配重）实现加压将护筒钻入。搓管机每钻入护筒20m左右后，采用冲击钻钻孔至护筒埋设深度位置，然后后移钻机，搓管机继续埋设护筒，直至设计孔深，撤离搓管机，冲击钻钻进至设计孔深，进入下一步工序施工（如图2、图3所示）。

5.2.4 泥浆制备及泥浆池布置

泥浆池布置在营业线30m以外范围，利用当地附近废弃池塘，采用泥浆泵抽至泥浆池内，待泥浆池存满弃渣后，采用泥浆车及时清理外运。泥浆池尺寸为10m×6m×2m。沉淀池及循环池设置在既有铁路投影线范围以外的上下行线路夹心地带中，总长6m，宽3m，深度为1m，中间设置50cm土坎隔离。泥浆池均采用钢管绿网进行防护。泥浆的作用为护壁、排渣、冷却钻头，是控制钻孔灌注桩施工质量的重要环节。选用膨润土配制优质泥浆，提前试配泥浆性能，根据地层情况及时调整泥浆性能。

5.2.5 钻孔施工

钻机就位前对施工平台进行平整，确保钻机安装稳固可靠性，位置准确，采用水平尺将钻机底座顶面调整水平，试运转良好。

钻进过程中在护壁泥浆中掺和膨润土或增稠度剂以增强泥皮强度，防止塌孔、缩孔。钻进中始终保持孔内泥浆水位高于地下水位2m以上，形成压力水头。

要不断地捞取浆渣检查地层变化，对不同的土层采用不同的钻进速度、钻压、泥浆比重和泥浆量。对砂土、软土等易塌孔的土层除提高水头和泥浆质量外还要减慢钻时速度，并要经常检查泥浆的各项指标，防止缩径；每进尺5m～8m检查钢丝绳竖直度，防止钻孔斜度过大，保证钻进成孔质量。

钻头每次下孔前应仔细检查，保证其可靠性，避免掉钻事故的发生。并定时检查钻机底座的水平度及钻塔的垂直度，发现问题及时调整，避免斜孔的出现。

钻孔过程中废浆及时运离施工区域，保证作业现场整洁美观，并采用拉浆车外运，泥浆外运必须及时可靠，以不影响施工为宜。

5.2.6 清孔

采用换浆法清孔。冲击钻钻头提起，将泥浆管固定在钻头上，然后下放钻头，开启泥浆泵，泥浆循环不断，待孔底沉渣全部循环上来之后，再用较好的泥浆将孔内含有钻渣的泥浆置换出来，因第一次清孔后下放钢筋笼及导管施工时间较长，为防止钢筋笼下放过程中孔壁少许附土落入孔底，造成二次清孔困难，确保施工质量，第一次清孔后泥浆相对密度控制在1.15～1.16g/cm3。

5.2.7 钢筋笼加工及下放

钢筋笼加工采用长线法施工。钢筋笼分节加工制作，基本节长5m（根据桥下净空控制）。主筋直径为Φ25mm，接头采用机械套筒连接（L轧直螺纹）。钢筋笼加工采用长线法施工。分节加工制作，将每根桩的钢筋笼按设计长度分节并编号，保证相邻节段可在胎架上对应配对加工。

钢筋笼下放时每隔2m沿加强箍筋四周等距离布置等强度滚轮水泥垫块，垫块中间穿10cm长圆钢，点焊固定于主筋上，保护层厚度为于7.5cm。

钢筋笼运输采用加托架的平车直接运输。运输过程中，采用钢丝绳捆绑牢固，不得使骨架变形。钢筋笼运输至桥下后，采用装载机挑至孔口边，钻机吊装入孔。孔口接长。

钢筋笼下放采用钻机吊装入孔。起吊时吊点位置恰当。吊入钢筋笼时利用十字护桩恢复桩心，确定钢筋笼中心与桩心一致，轻放慢放，若遇至阻碍，可慢起直落和正反旋转使之下放防止碰撞孔壁因而引起坍塌。下放过程中要密切注意观察孔内水位情况，如发生异样马上停止，检验是否发生坍孔。钢筋笼入孔后采用四根定位钢筋将钢筋笼固定在护筒上，以防止钢筋笼下沉或上浮。

5.2.8 水下砼灌注

采用直升导管法灌注砼，尽量缩短灌注时间，坚持连续作业，使灌注工作在首批混凝土初凝以前的时间内完成。

桩基混凝土在拌合站集中搅拌，砼罐车运输至现场。混凝土运输到达灌注地点时，检查混凝土均匀性和坍落度，防止混凝土在运输过程中产生离析。坍落度控制在180-220mm，灌注前混凝土坍落度损失不得超过2cm，不符合要求的砼不得灌入孔内。

5.3 既有桥墩监控

在京沪高铁线路上远离监测点50m外的稳定的桥墩上设置不少于3个沉降基准点，每次测量时形成附合线路，以检核自动化观测设备的数据是否准确有效。基准点需1个月联测一次（如图4所示）。

5.3.1 桥墩沉降监测点在施工期前一个星期布置完毕。后视点采用固定点（固定点按照导线点埋设要求进行埋设），所有监测点在使用前至少观测2次，取其平均值作为初始值。现场监测将采用定时观测与跟踪观察相结合的方法进行，当监测数据有突变时，监测频率适当加密。

5.3.2 观测频率

在下穿的桩板结构钻孔桩施工期间，每2个小时观测一次，得出“时间-沉降量”关系曲线图；板梁施工期间每天观测3次，观测数据有突变时，加大观测频率，每天观测4～5次；如果两次施工间隔时间较长，可每3天观测一次。桩板结构施工完后的第1～3个月内，每周观测一次，第4～6个月内每2周观测一次，6个月后每一个月观测一次。

5.3.3 观测记录和资料整理

做好每个点的观测记录，反映出观测序次、观测时间、相隔时间、观测标高（位移）、本次变化量、累计变化量、变化速率等基本要素，用以进行现场施工控制。根据观测结果整理绘制“时间-沉降量”关系曲线图，分析监测对象的变形及其发展趋势，判断既有铁路桥墩的稳定性，并将沉降观测资料提供给建设及运管等相关单位，作为监测对象变形评估的依据。竣工验交时，观测设备和观测资料应与工程同时移交给工程接收单位。

5.3.4 控制标准

上跨的铁路变形标准要满足上海铁路局运营线管理有关规程的要求，观测变形标准以轨面观测数据为主。当桥墩位移及沉降观测单次超过1mm或累计超过1mm时，立即将数据反馈至上海工务段或上海高铁段，核实轨面沉降及位移情况，如轨面沉降及位移超出规范要求，立即停止施工，采取应急处理措施。

6 结论

通过对沪通铁路下穿京沪高铁、沪宁城际铁路桥下全护筒跟进钻孔桩施工采用改装后冲击钻配搓管机法施工的工艺研究及实践，表明改装后冲击钻配搓管机法施工工艺可适用于软土地区下穿营业线、高速公路等净空受限情况下全护筒跟进钻孔桩施工，施工成本及安全可控，可为以后同类工程的建设提供借鉴。

①软土地区下穿营业线全护筒跟进钻孔桩采用冲击钻配搓管机法施工，有效减小了施工过程中对营业线运营安全的影响。②通过对既有京沪高铁、沪宁城际铁路变形监测，全护筒跟进钻孔桩施工期间既有高铁桥墩最大水平位移为0.3mm，符合施工验标要求。③在施工净空受限、大型吊装设备无法进场施工的情况下，对钻机高度进行改造，同时采用冲击钻配合改良后的搓管机进行全护筒跟进防护，施工的安全性、施工质量及确保营业线安全运营均得到了有效的保证。

参考文献：

[1]姚智明.桥梁钻孔桩钢护筒跟进施工技术[J].城市建设理论研究，2012.

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