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摘要：广州市轨道交通十四号线支线工程[施工5标]土建工程马头庄～枫下区间右线隧道下穿新南中桥，3根桥桩侵入隧道范围内，在盾构推进前需对既有桩基进行拔除，通过各种功法对比，针对工程特点选用RT200全回转钻机拔桩技术。本文详细介绍RT200全回转钻机拔桩工法的基本原理和施工流程，为今后类似工程提供借鉴依据。
关键词：地铁盾构；全回转；拔桩；回填。
一、概述
随着盾构法施工在地铁施工中广泛应用，盾构隧道施工在城市道路桥梁、房屋等建构筑物下穿行，难免有桩基侵入隧道范围。盾构切桩对刀具的损坏、建构筑物破坏等对工程和社会带来极大的不良影响1。
广州市轨道交通十四号线支线工程[施工5标]土建工程马头庄～枫下区间右线隧道下穿新南中桥，3根桥桩侵入隧道范围内，隧道覆土浅，主要为残积土和砂层，新南中桥跨越约24m的凤尾河河涌，桥面交通较繁忙。盾构在此条件下直接切桩基通过，盾构刀具损坏、桥受破坏、风险高；而桥底加固开仓工期长成本高，对桩基处理方案的选择尤为重要，如方案选择不适当，将会导致工程成本增加，工期滞后。
二、关键技术及解决思路
国内外利用全回转钻机拔桩清障技术已有研究，而在既有桥梁桥面板上直接穿过桥面板、桥墩及桥台进行拔桩清障技术措施则相对研究较少。
因此在盾构下穿前，采用全回转钻机拔桩清障技术，在桥面布置全回转钻机，从桥面钻除桥面板、桥台、拔除桩基，确保盾构顺利通过成为关键。技术思路如下：
1、技术方案
方案采用RT200全回转钻机拔桩，利用M5砂浆回填桩身，下钢筋笼浇筑C30混凝土恢复桥身，降低盾构下穿新南中桥的施工难度与风险，保障新南中桥使用。
2、技术原理
通过综合分析新南中桥的结构设计和桩基设计，根据隧道的位置、地质水文、周边环境因素，采用合适的全回转钻机拔桩参数，拔桩后回填低标号的M5水泥砂浆保证回填的密实性也确保盾构能顺利通过，桥身部分恢复采用下钢筋笼现浇C30混凝土既保证桥身强度也确保了新南中桥的安全使用性。
3、方案实施
（1）施工工艺流程
图1 全回转钻机拔桩清障施工工艺流程图
（2）拔桩清障施工
新南中桥侵入隧道桥桩共3根；地层情况：覆土深度约4m，隧道顶部标高为21.1m，隧道底板标高为15.1m，覆土主要为<3-2>砂层、<5H-2>花岗岩残积土，隧道穿越地层主要为<6H>全风化花岗岩、<7H>强风化花岗岩。新南中桥桥面标高为33.7m，新建框架桥底板标高为25.5m，桥面宽度22m，桥头路面与桥底水面高差约7m。新南中桥拔桩清障施工与隧道关系见图2、图3。
图3桥与隧道纵剖面图
1）拔桩设备选择
根据需拔除Φ1200mm桩基要求，采用1台RT200全回转钻机进行施工，采用∅2000mm前端配有40个合金钻头的钢套管，根据桥面标高及需拔除桩基标高计算，拔桩深度为19.6m，全回转钻机高度2m，故套管总长需21.5m，以及1台100吨专用履带吊及辅助设备。型号RT-200全回转钻机参数如下：
挖掘口径：Φ1000～2000 mm；压入行程：850mm
套管拉拔力：2600（265）瞬时2990（305）KN（tf）
套管压入力：最大470（48）+自重220（38）KN（tf）
图4 RT200全回转钻机
2）套管压入
新南中桥侵入隧道的3根桥桩拔除，套管压入过程分2个阶段进行。
套管插入初期施工管理的尤其重要，对套管的垂直精度及准确拔除桩基有很大影响，因此初期套管压入要求非常高。
第一阶段为初期压入部分：
在夹紧套管时，在起重机将套管吊起悬空的状态下抓紧。套管前端插入辅助夹盘之前，先用主夹盘抓住套管，收缩推力油缸落下套管，以防止钻头与辅助夹盘的碰撞事故。套管在插入初期，应利用套管自重压入，禁止强行压入套管。
初期自重压入时，压入力计算公式为：
压入力（自重）F＝钻机的一部分自重（W1）＋套管自重（W2）
>周边摩阻力（R）＋前端阻力（D）
钻机的一部分自重RT200型为32t。
第二阶段为后期压入部分：
进入挖掘第二阶段时，采用自重压入速度变慢，液压动力站“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，此时压入模式转为液压压入，此时压入力计算公式为：
压入力F=钻机的一部分自重（W1）+套管自重（W2）+液压力（P）
3）切削钻进
切削钻进前，进行桩位中心定位放样后，把钻机架设到桩位定位，开始准备拔桩清障施工。
根据新南中桥旧桥结构设计及新建框架桥结构情况，在第一根桩拔除套管切削钻进，一切准备工作就绪后，从桥面沥青面层开始压入套管切削钻进。
①桥面板部分切削钻进
由于桥面板为预制钢绞线预应力空心板梁，根据钢套管管径和设备参数性能，桥面板切削钻进参数初步设定为：
回转速度：5～8m/min
回转扭矩：10～15 ton-m
贯 入 度：10～15mm/min
切削桥面板预制钢绞线预应力空心板时，回转速度调整至10m/min，回转扭矩逐渐增加，最大达到30 ton-m，贯入度逐渐减小3～5mm/min，压入力为钻机部分自重和钢套管自重，过程有较大的震动。根据实际参数，调整钻进参数，回转速度调整为10m/min，扭矩控制在20 ton-m，贯入度控制在3mm/min的参数，钻进过程震动较小，直至钻穿新南中桥预制钢绞线空心板梁。在提起套管前端检查钻头时发现，钢套管上一盘钻头基本严重磨损（见图5、图6），因此判断，刀具磨损是由于在切割空心板梁的预应力钢绞线时造成，故钢套管全回转钻机不宜在预应力钢绞线空心板梁上适用。在剩余两根桩切削前，需对桥面预制钢绞线空心板梁破除，减小磨损，提高效率。
图5 切削桥面板刀具磨损图 图6新合金钻头
②墩帽、墩身、台基切削钻进
墩帽、墩身、台基为现浇式钢筋混凝土整体结构，根据钢套管管径和设备参数性能，切削钻进初步参数设定：
回转速度：5～10m/min
回转扭矩：10～30 ton-m
贯 入 度：10～15mm/min
切削第一个行程时，回转速度调整至10m/min，回转扭矩逐渐增加至30 ton-m，贯入度达到20mm/min，压入力为钻机部分自重（32t）和钢套管自重（约20t）及液压力，过程有震动，伴有大量热量散出。在第一个行程钻进至300mm，拔出钢套管检查钻头，钻头磨损较小，经与操作手讨论，认为需调整钻进参数，回转速度调整为10m/min，扭矩控制在15～20 ton-m，贯入度控制在15mm/min的钻进参数，并在钻进过程采用管壁周边进行灌水冷却。通过调整参数后，扭矩基本控制在15 ton-m±2范围内，贯入度最低10mm/min，最高可达到15mm/min，钻进震动较小。第一行程钻进完成后，提起钢套管检查钻头，钻头磨损较小，因此确定此钻进参数较合适。通过参数试验调整后，顺利完成了第一个桩上部结构切除。
③侵入隧道部分桩基拔除
由于侵入隧道部分的桩基位于花岗岩残积土和砂层中，故采用低转速3m/min和扭矩20 ton-m，采用此参数贯入度30mm/min。
通过第一根桩基拔桩参数，后续两根桩基本按此参数顺利完成拔桩施工。
④排渣
为保证拔桩清障效率和减小管壁内摩擦，每钻进约2.5m进行一次清渣。套管内较大的钢筋混凝土块采用特殊定制的倒三角冲楔冲碎，排出采用冲抓斗抓出钢套管。较大较完整的混凝土块或扭断的桩基则采用冲楔冲挤，使其有较好的摩擦力，从而和钢套管一起取出。
图7 套管取出的钢筋混凝土块
⑤桩基拔除后恢复
由于受场地条件影响，桩基部分采用M5泵送水泥砂浆回填。旧桥墩身部分采用钢筋笼+C30混凝土恢复。桥面部分采用现浇钢筋混凝土结构桥面板恢复。
（3）技术实施所需材料及机具设备
技术实施所需主要设备主要包括全回转钻孔、钢套管、钻头、100t履带吊等，具体见表1。
表1 施工所需主要设备及机具表
三、主要技术特点及推广前景
1、选择合理的全回转钻机钻进参数，减小设备损耗，提高设备的使用效率，降低拔桩施工对桥的影响，确保桥的使用安全。
2、选择适合的回填材料和桥身恢复技术措施，确保盾构通过的施工风险和桥的结构安全。
3、拔桩设备小，场地要求低，施工效率高，工期短，安全，噪音低，对周边建筑影响小，节能环保。
4、全回转钻机拔桩清障技术避免盾构过桩基时刀具损坏、开仓、塌陷、受困等风险；同样，既保证桥的使用功能，取得显著的经济和社会效益4。
参考文献：
[1]卓发成，无损拔桩施工技术的应用，施工技术，2003，32（8）：48-49
[2]陶芳良 ，富水砂层高压旋喷注浆成桩质量问题技术探讨，广东水利水电出版社，1008-0112（2010）04-0062-04
[3]马云新，复合地层盾构施工中的压气开仓技术，建筑机械化，1001-1366（2010）06-017
[4]方能榕，全回转全套管钻机清除地下遗留桩施工技术在某地铁工程中的应用，福建建设科技，1006-3943（2017）06-018
论文作者:严永冬
论文发表刊物:《建筑细部》2018年第12期
论文发表时间:2019/1/4
标签：套管论文; 钻机论文; 中桥论文; 桩基论文; 桥面论文; 盾构论文; 隧道论文; 《建筑细部》2018年第12期论文;