浅析西安地铁盾构隧道障碍桩处理方案
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【摘 要】文章通过对西安地铁二号线盾构区间隧道穿越障碍桩的工程案例分析，对4种废弃障碍桩的处理工艺的优缺点进行对比，最终确定采用“基坑开挖+冲桩”的方法对障碍桩进行处理，对冲桩施工的要点以及关键技术进行介绍。本施工方案施工效果明显；工序相对安全，工艺可靠。文章为笔者对西安地铁工程盾构区间隧道穿越障碍桩处理方法研究的总结。
【关键词】盾构隧道；障碍桩；冲桩破除； 施工工艺
中图分类号： U45 文献标识码： A 文章编号：
前言 在西安地铁2号线盾构施工中，常遇到障碍物侵入隧道净空，不及时清理盾构就无法通过。这些障碍物包括建筑物桩基、围护结构等。西安地铁二号线城北客运站—城运村区间隧道受建筑物钢筋混凝土桩基侵入净空的影响，盾构无法顺利推进，须采取相应的措施凿除桩基，方可顺利施工。
1 工程概述
西安地铁2号线城北客运站—北苑站右线盾构区间在推进方向上里程ZDK1+708位置，有高速公路施工的已废弃桥台，但其2、3号承台桩钢筋混凝土桩侵入盾构隧道， 2号根桩分别距隧道中心2.12、3.05m，桩下穿盾构隧道且伸入隧道底板下6—8m，该桩直径长26.8m，钢筋笼长27.5m，主筋20根Φ28钢筋，水下灌注C25混凝土。该区间使用土压平衡盾构，适应软土掘进配置的刀盘和刀具，不能切割钢筋混凝土障碍桩体。根据该盾构使用说明：在掘进过程中若土层中直径大于15 cm的钢铁或整体碎块，可能导致螺旋输送机卡死或刀具损坏，甚至导致盾构无法掘进。为保证盾构机安全,必须对这2根桩进行破除处理。
该段地下水位-11~-14m，土层由上至下依次为：杂填土、黄土状土、粉质黏土、粉细砂、中砂、粗砂，桩底处于中砂层,盾构主要穿越粉细砂、中砂地层。
2、障碍桩处理方法
2. 1处理方法比较
通常盾构施工遇到废弃障碍桩的处理方法有:拔桩、冲桩、爆破、利用盾构直接掘进破除。
据上表对各工艺分析并结合工程的实际，确定采用“基坑开挖+冲桩”的方法。
2. 2冲桩方案
基坑开挖上部6m高度范围的土体,破除此段开挖面以上的桥桩；再采用冲击钻冲压桩体的方式将剩余的桥桩冲压至隧道底板以下0. 5m处。其原理是利用冲击式钻往复冲击，浆障碍物破碎，通过泥浆循环带出地面，将冲锤凿断的钢筋进行清理，用砂浆回填，不影响盾构的通过。
3、冲桩施工
3. 1基坑开挖
采用放坡开挖上部6m内的土体，利用挖掘机按照1：1. 25进行放坡开挖，边开挖边喷锚支护，并利用液压破碎锤破除上部的桥桩。
3. 2冲桩施工要点
为提高工作效率，采用3台Φ1. 5m冲击钻同时施工。冲击钻的冲击力度大， 2根障碍桩间距仅5. 5m，除了采用轮环施工、不同步进尺的办法来减少对地层的扰动外，还可通过提高泥浆的黏度来防止孔壁坍塌。
（1）钻前准备按照实测桩位坐标，测放桩位，开挖埋设护筒。
（2）埋置钢护筒 采用Φ1. 8m钢护筒，在顶部焊接环向加强筋和吊耳，开出水口，先用破碎锤将桩体破碎到基地0. 5m，压实回填,护筒底部埋入地面以下不小于1. 5m，护筒顶端标高高出基坑开挖地面0. 3m，护筒四周必须填充黏性土层;钻进过程中要经常检查，确保护筒不发生偏移和下沉。
（3）冲桩 钻机就位前，应对钻孔前的各项准备工作进行检查；钻机安装就位后，底座和顶端应平稳；开始钻孔时，应稍提钻头，在护筒内制浆，黏土以及泥浆指标符相关要求，并启动泥浆泵进行循环，待泥浆均匀后方可开始钻进。进尺要适当控制，对护筒底部，应慢速钻进；确保底部处有好的护壁效果；钻至护筒底部以下1m后，则可以按实际情况以正常速度钻进。
（4）磁铁吸附钢筋 在泥浆循环完成后,用磁铁先沿孔壁四周吸附钢筋,再吸附孔中位置的钢筋,直到3次吸附的都是铁屑而没有钢筋条时中止。吸附上来的钢筋分开堆放,待钢筋晒干后用磅秤称量质量并记录。
（5）清孔 终孔检验合格后,立即进行清孔工作,采用换浆法清孔,清孔过程必须始终保持孔内原有水头高度,以防塌孔。
（6）灌注砂浆 工程采用C5砂浆，以实现对刀盘和刀具的保护。灌注首批砂浆时，导管下口至孔底的距离控制在25~40 cm，且使导管埋入砂浆的深度不小于1m。剪球灌注开始后，应连续地进行，尽可能缩短拆除导管的间隔时间；全部砂浆灌注完成后，拔除钢护筒，清理场地。
4、冲桩关键技术措施此次冲击障碍桩的施工过程对泥浆、孔位偏差及遗留钢筋检测3个工序进行了严格控制。
（1）泥浆钻孔泥浆采用优质黏土在泥浆池内制备，通过在孔内注入清水和黄土，保持泥浆液位在护筒顶以下20 cm。隧道洞身范围为中砂层，在施工过程中出现了泥浆黏度降低的现象，应及时在孔内加入膨润土来保证泥浆的黏度，体积质量也保持在1. 3左右，防止在冲桩过程中出现孔壁坍塌。
（2）孔位偏差利用全站仪用三点共圆的方法测量并计算出桩中心的坐标，同时线坠将点引至地面，埋设护桩保护。待孔口回填后，利用全站仪将护筒中心放出，并用护桩核对，减少施工误差。在冲击过程中，利用护桩和全站仪2种方法对孔的偏差进行检查，每冲击1~2m都要对十字锥进行对中，出现偏差时及时校正。
（3）遗留钢筋检测为了防止在冲桩过程中有钢筋被嵌入孔壁，造成钢筋不能被全部打捞出来，需采用相应措施对遗留的长钢筋进行检测。在施工前，拟采用地质雷达、水下可视金属探测仪2种方式，但经过查阅相关资料及咨询相关专家发现地质雷达探测深度最大只有6m，不能达到探测深度；水下可视金属探测仪不能探测土体内的金属；由于强力电磁铁在水下效果不能肯定且设备购买周期长，使用强力磁铁的办法不可行；最终采用捞钩对孔壁周围的钢筋进行检测。通过在孔四周反复排查，没有发现钢筋。
5. 结 语盾构隧道碰到废弃的钢筋混凝土障碍桩一般采用采用冲桩施工，工艺简单、工期短、可靠性高、成本低。类似工程采用冲桩施工时,选择重锤质量3~5T障碍桩中的钢筋回收率控制在60%左右,能够保证盾构掘进。盾构隧道通过钢筋混凝土障碍桩时,要注意控制泥浆平衡压力,防止泥浆从冲桩冒出。冲桩过程中可能有钢筋被嵌入孔壁,采用地质雷达、水下可视金属探测仪因其各自的局限性探测效果不能确定,需要再研究出更为先进的钢筋含量检测方法。
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