广州地铁设计研究院有限公司510010
摘要：随着城市地上空间和地下空间的大规模开发，地铁盾构隧道穿越建筑物基础的复杂情况越来越多地出现，当隧道距离桩基础小于安全距离时需要考虑隧道施工对建筑物的影响。总结评述了当前主要的几种对障碍桩的处理措施。
关键词：隧道工程;盾构;桩基础;穿越;施工技术
近年来地铁发展迅速，地铁隧道开始大规模使用盾构掘进技术施工。桩基础是最常见的建筑物深基础，当隧道穿越建筑时会对建筑物的桩基础产生影响，从而影响建筑物的安全性，而早期的城市规划大部分没有规划未来的地铁线路，使得这种情况越来越多，所以研究盾构隧道对桩基础的影响意义重大。本文总结了盾构隧道穿越桩基础时的施工措施。
1人工挖孔截桩
1)适用条件当废弃障碍桩地上的空间较小，不适合拔桩或爆破时，可考虑人工挖孔截桩。而当桩基础不是废弃桩，但经过精确地计算分析，截除一段桩基本不会影响地基承载力和结构稳定性等要求时，也可考虑人工挖孔截桩。另外桩基托换中被托换桩的截除通常采用人工挖孔截桩法。
2)施工步骤①准备工作经过测量与分析确定合理的竖井位置以及各种施工设备准备就绪。②土体加固为确保施工安全应在挖孔位置周围布置1圈搅拌隔离桩。③竖井施工竖井采用人工挖孔桩成孔方式，竖井周壁应采用钢筋混凝土护壁进行支护。④横通道施工当竖井开挖到设计标高时进行横通道开挖。横通道高度应与桩基被截断高度相适应。横通道一般采用模筑混凝土的支护方式。⑤桩基截除为了减小上部结构的扰动，用风镐从上往下凿除混凝土以确保施工安全，然后用气割从下往上切割钢筋。⑥回填施工横通道及其与竖井交界处回填素混凝土，其余部分回填黏性土并分层夯实。
3)优缺点不需大型机具设备，成孔机具简单，挖孔作业时无振动无噪声，施工操作工艺简单。但劳动强度较大，施工速度较慢，安全性较差。
2桩基托换
目前工程实际中主要采用新做的桩和大梁来担负被托换桩的承载力，使盾构隧道在大梁下部穿过，从而减小盾构开挖时对既有建筑物的影响。考虑到场地的条件以及桩基础的特点，凿除被托换桩通常只能在被托换桩边采用人工挖孔截桩，所以托换桩均采用人工挖孔桩。
1)施工步骤①施工准备包括科学合理布置施工场地，必要时建筑物首层或地下室需作为施工场地，围挡拆迁，交通疏散，调查地下管线的布置，制定合理的施工方案等。②开挖基坑。③托换桩施工采用人工挖孔桩。④施作水平大梁当托换桩与大梁养护到一定强度时在桩顶用千斤顶顶紧大梁，然后用钢管垫块加塞楔块顶紧并与钢板烧焊后置换千斤顶。⑤灌注梁桩结合部的混凝土。⑥凿除隧道上下1m范围内的原有桩基，采用人工挖孔截桩法。⑦回填基坑，恢复原场地。
2)施工注意事项①注意环境保护，尽量减少对居民生活以及交通的影响。②植筋钻孔若碰到钢筋应立即移位再钻，以免伤害原钢筋。③托换梁施工前，新旧混凝土表面必须凿毛，深度宜为10～20cm，然后将凿毛面用水冲洗干净，并充分湿润。④托换技术是一种技术难度较大、费用较高、工期较长和责任心较强的特殊施工方法。
3桩基拔除
3．1简介
由于地下桩基的材料、形状、年代、施工工艺等因素的影响，使拔桩方法具有多样性的特点，所以有必要总结各种拔桩方法。
工作原理是克服桩侧摩阻力与桩身自重，将桩拔出地表。基于此拔桩方法可以分为2类:第1类是利用起吊设备直接拔起(适用于截面比较小长度较短的桩)，第2类是首先减小桩侧摩阻力，然后利用起吊设备拔出桩基。由于目前遇到的桩主要有预制桩和钻孔灌注桩，预制桩的接头强度相对较差，拔桩时接头处可能断开，此现象一旦发生不仅加大施工难度且增大施工费用。钻孔灌注桩的钢筋可能不是全长，需要凿出灌注桩桩顶主筋。而且桩侧摩阻力非常大，所以一般不能用常用起吊设备将桩直接拔起(尤其是没有钢筋笼的素混凝土)，而是采用第2类，即使用某种技术措施使桩土分离，消除摩阻力，从而用常用起吊设备将桩基拔除。现有的拔桩工艺的差异主要是破坏桩周土的方式不同，基于水力切割的拔桩方法有高压旋喷去土拔桩法和振动沉管水力切割去土拔桩法等，基于机械切割的拔桩方法有套管钻进拔桩法等，也可采用旋喷高压泥浆或人工挖孔技术。
3．2适用条件
当桩基为废弃桩且场地较空旷时可选用桩基拔除技术，当场地条件受限如地上有天桥，受天桥净空限制，需采用可靠高效的施工工艺。
3．3高压旋喷去土拔桩法
1)原理利用高压喷射注浆法施工时的高压流冲击破坏废弃桩四周土体，从而减少桩侧摩阻力，拔出废弃桩。
2)施工步骤①准备工作场地平整、钻机就位等前期准备工作。②高压旋喷桩施工在距离弃桩外缘20～30cm处施工数根高压旋喷桩，根据废弃桩的截面确定周围的高压旋喷桩的数量，通常取4～6根，利用喷管喷射出的高压流旋切桩周土体，以实施桩土分离，同时喷入膨润土浆以置换旋切土体时产生的钻渣，并保护孔壁的完整与稳定。③拔桩高压旋喷桩施工完成后，使用专用的桩头夹具夹住桩头，用普通起吊装置将桩拔出地面。
3)技术参数在旋喷桩的旋喷过程中，喷射管提升速度控制在10～15cm/min，风压控制在0．7MPa左右，水压应控制在20～40MPa，喷浆压力控制在3～5MPa，浆泵泵量为80～150L/min，膨润土浆密度以1.4t/m3为宜。
3．4振动沉管水力切割去土拔桩法
1)此种方法为实际工程中最常规的拔桩工艺，适用于桩径较小的桩基。施工方法是用振动锤将钢套管打入地下，钢套管下沉到位之后，在钢套管内废弃桩的四周用高压水或高压水加高压气破坏桩周土体已达到消除桩侧摩阻力的作用，使桩周边土体形成泥水后溢出，在桩周边土体清理干净后抽干钢套管内的泥水，用振动锤将弃桩拔出地表，最后边回填边拔出钢套管。
2)注意事项①钢套管的最初定位必须与钻孔灌注桩或预制桩同心，并且监测钢套管打入的垂直度。②如果桩基为素混凝土或年代久远等情况导致的抗拉力非常小，则需要将桩与钢套管一同拔出。可以在钢套管底部设置板式倒拔钢卡，当套管沉至预定位置时钢卡上升以卡住桩底，从而将桩与套管一同拔出。
3．5套管钻进拔除法
1)简介一般利用经过改造的全回转钻机产生的下压力和扭矩带动套管转动，利用钢套管的高强刀头旋转切削桩基周围土体将钢套管钻入地下，然后利用高压水破坏桩周土体，去除桩侧摩阻力，从而拔出桩基。
2)施工流程施工准备→场地平整→管线搬迁→回旋钻机就位→吊装设备就位→套管钻进去土弃桩整体或分段拔除→同步回填→撤除作业平台→场地平整、恢复原貌→退场。
3)注意事项①钻机的就位与对正调平很重要，套管圆心要与桩基圆心重合，否则容易发生套管刀头“啃蚀”弃桩的情况，如果发生断桩会增加拔桩的复杂性与费用。②对于超深且桩径较大的桩基可采用特殊设备如FCEC内螺旋钻外全套管钻机。
3．6桩基拔除的方法评价
1)高压旋喷去土拔桩法总体施工效率不高，施工工艺相对较为复杂，常作为辅助方法使用，费用较低，对周边环境影响较大，而且桩土分离的彻底程度受地层密实性或可塑性制约较大，有时不能有效破除桩侧摩阻力一旦桩土分离不彻底，则施工效果明显受影响。
2)振动沉管水力切割去土拔桩法施工工艺简单，费用也较低，但多适用于桩径＜700mm的弃桩，并且垂直度不高，对周围环境的影响较大。
3)套管钻进拔除法隧道内无任何残留物，掘进无影响，费用较低，具有垂直度高、适应各种复杂地质、对周围环境影响小、安全可靠、施工效率高的特点，是3种常用方法中技术最先进的施工工艺。但是需定制机具，液压系统驱动钢套管旋转切割土体速度较慢，设备需借助反力架将钢套管压入土中，行走须用吊车，所以准确定位难，工序较复杂，工期较长。
4冲桩
1)原理利用冲击钻机或卷扬机悬吊冲击钻头往复冲击，将混凝土桩体破碎成碎渣，将冲锤凿断的钢筋用强力电磁铁吸引运出孔洞。
2)施工步骤①准备工作基坑放线、基坑开挖、拆除上部桩头，钻机就位、埋置钢护筒。②冲桩冲锤直径不应小于桩体直径，在护筒内制浆，当泥浆均匀时开始钻进，通过泥浆循环带出混凝土碎渣，用强力电磁铁吸附被凿断的钢筋带出孔洞。③清孔采用换浆法清孔，清孔过程中必须始终保持孔内原有水头高度，以防塌孔。④灌注砂浆采用导管法，砂浆灌注完成后，拔除钢护筒，清理场地。
3)优缺点施工简单、容易操作、工艺成熟、安全可靠、工期短、费用低。但有噪声，对环境影响较大。
5爆破
1)利用钻孔机械在每个桩体钢筋笼中心钻孔，沿孔深装填炸药，进行控制爆破，从而拆除障碍桩。
2)优缺点本方案成本低，经过控制爆破，可完全控制爆破程度与危害，确保施工安全。缺点是审批手续复杂，效果不佳。实际工程中一般辅以冲抓方法将钢筋混凝土完全打碎实现障碍桩的清除，这样可使施工快捷经济，质量易于保证。
6盾构直接掘进
1)适用条件适用于结构不太坚固的废弃桩。
2)优缺点不需要增加其他施工工序，节约成本，方法简单。但对盾构刀盘的要求很高，非常容易损坏刀具，增加了设备的维护费用，价格较贵。
7结语
根据具体案例可以几种方法相结合以使效率提高，如爆破与冲桩相结合，拔桩与人工挖孔截桩相结合，拔挖结合等。
随着城市的发展，盾构隧道穿越建筑物地下的复杂情况会越来越多，实际施工中究竟选用何种方法对桩进行处理，取决于施工场地的周围环境、弃桩桩径桩长、桩身结构、弃桩类型、弃桩穿越土层的特征及施工单位的设备性能和经验等因素，应根据具体情况选择施工方案使施工经济、高效。
参考文献:
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