1中国电建集团铁路建设有限公司北京市100044
2中国水利水电第一工程局有限公司长春市130062
摘要：介绍了两种地铁围护结构形式，从技术原理、施工工艺、施工周期、经济成本及现场实际施工效果等方面对比分析，简述各自优缺点，为后续相类似工程施工提供选择依据。
关键词：地铁施工，围护结构，排桩+止水帷幕，TRD+H型钢，技术经济对比
随着城市化进程加快，城市规模增长、经济实力增强；城市地面交通问题逐步显现、环境污染日益严重。地铁作为缓解城市交通压力、降低运输能耗、减少环境污染的国际通行手段，正成为大城市公共交通建设的重要内容。青岛市作为中国东部沿海重要的经济中心城市和港口城市，是沿黄流域和环太平洋西岸重要的国际贸易口岸和海上运输枢纽。中国电建水利水电第一工程局有限公司承担着青岛市1号线正阳路站及春阳路站建设工作，在工程深基坑施工中，围护结构主要采用“钻孔灌注桩+止水帷幕（旋喷桩）”和“TRD（水泥土搅拌墙）+H型钢”两种围护型式，针对这两种结构形式，结合现场实际施工，以正阳路附属结构B出入口围护结构施工为例，从技术、施工周期及经济等方面简述分析各自优缺点。
一、技术原理对比分析
1、钻孔灌注桩+止水帷幕（旋喷桩）
钻孔灌注桩是指在工程现场通过钻孔设备在基坑周边形成桩孔，并在其内放置钢筋笼、灌注混凝土而做成的桩。高压旋喷桩是利用钻机等设备，把安装在注浆管底部侧面的特殊喷嘴置入土层预定深度，用高压泥浆泵等装置，以20MPa左右的压力把浆液从喷嘴中喷射出去冲击破坏土体，同时借助注浆管的旋转和提升运动而形成圆柱形桩体，经过一定时间的凝固，便在土体中形成圆柱形状，有一定强度、与相邻旋喷桩相互咬合成一体的固结体，从而形成高压旋喷桩的止水帷幕，起到止水及土体加固作用。
钻孔灌注桩和旋喷桩止水帷幕是将两者结合施工，在基坑开挖前，首先在四周进行钻孔灌注桩施工，后在钻孔灌注桩外侧施工旋喷桩，利用两种桩成桩后的材料特性，结合起来形成基坑支护加止水帷幕，从而达到基坑支护、防水及止水的目的。
图1-1-01钻孔灌注桩+止水帷幕（旋喷桩）示意图
2、TRD（水泥土搅拌墙）+H型钢
TRD水泥土搅拌墙是等厚度墙体，等厚度水泥土搅拌连续墙首先将链锯型切削刀具插入地基，掘削至墙体设计深度，然后注入固化剂，与原位土体混合，并持续横向掘削、搅拌，水平推进，构筑成高品质的水泥土搅拌连续墙。通过动力箱液压马达驱动链锯式切割箱，分段连接钻至预定深度，水平横向挖掘推进，同时在切割箱底部注入固化液，使其与原位土体强制混合搅拌，形成的等厚度水泥土搅拌连续墙，也可插入型钢以增加搅拌墙的刚度和强度。
该工法将水泥土搅拌墙的搅拌方式由传统的垂直轴螺旋钻杆水平分层搅拌，改变为水平轴锯链式切割箱沿墙深垂直整体搅拌。
图1-1-02TRD+H型钢示意图
3、对比分析
两者原理不同，钻孔灌注桩围护相对TRD围护结构，施工简单，工序多，钻孔灌注桩仅作为一种支撑结构，无法到达基坑止水目的，需配合旋喷桩等止水帷幕进行联合作用，旋喷桩止水帷幕现场工艺控制不好容易形成“篱笆”桩，达不到止水目的；而TRD等厚度水泥土搅拌墙，成墙均一，整体横向切割成墙，能形成真正连续的水泥“墙”，止水效果明显，且插入H型钢配合，又能达到设计强度。
图1-1-03B出入口剖面示意图
二、技术方案优缺点对比分析
1、钻孔灌注桩+止水帷幕（旋喷桩）
1.1、钻孔灌注桩施工工艺
为防止钻孔桩施工时因相邻两桩施工距离太近或间隔时间太短，易造成塌孔或桩身质量受损，采取分批跳孔施作，钻孔桩施工时按四系成孔，成孔顺序为1→5→9，2→6→10，依次循环如下图所示。
图2-1-01钻孔桩施工顺序示意图
钻孔桩施工工艺流程如下图所示：
图2-1-02钻孔灌注桩施工工艺流程图
（1）测量放样
根据施工图纸及现场导线控制点，使用全站仪测定桩位，根据地质情况直接定点或打入木桩定点，并以“十字交叉法”引到四周作好护桩点。
图2-1-03定位点保护桩示意图
（2）埋设护筒
护筒采用板厚为4～6mm的钢板焊接整体式钢护筒，直径1.2～1.4m，埋深2.0m。护筒埋设时中心应与桩中心重合，偏差不得大于20mm。并应严格保持护筒的垂直度偏差不大于1%，同时其顶部应高出地面0.3m。
（3）泥浆制备
采用膨润土泥浆进行护壁。泥浆比重应控制在1.1～1.3，胶体率不低于95%。含砂率不大于4%。
（4）钻进成孔
钻进时边钻进边注入泥浆进行护壁，保持泥浆面始终不低于护筒顶下0.5m，钻进过程中随时检测垂直度，并随时调整。成孔后泥浆比重控制在1.25以内。
（5）清孔
第一次清孔：桩孔成孔后，在钢筋笼插入孔内前，进行第一次清孔，用孔内钻斗来掏除钻渣，如沉淀时间较长，则用水泵进行浊水循环，使密度达1.2g/cm3左右。
第二次清孔：钢筋笼、导管下好后，进行第二次清孔。
（6）钢筋笼的制作
钢筋笼采用滚焊机加工制作，钢筋主筋采用机械连接，圆环封闭箍采用搭接电弧焊，主筋与箍筋点焊连接。钢筋笼主筋下端应向内弯转，以防吊装时碰撞孔壁。
（7）钢筋笼吊装
钢筋笼加工一次成型，整体吊装，拟采用25t汽车吊车吊装钢筋笼，钢筋笼较长时采用两台汽车吊多点抬吊。吊放钢筋笼过程中保持钢筋笼轴线与桩轴线吻合，并保证桩顶标高符合设计要求。为防止混凝土灌注过程中钢筋笼上浮，钢筋笼最上端设定位筋，由测定的孔口标高来计算定位筋的长度。灌注完的混凝土开始初凝时，割断定位骨架竖向筋，使钢筋笼不影响混凝土的收缩，避免钢筋混凝土的粘结力受损失。
（8）水下混凝土灌注
清孔、下钢筋笼后，立即灌注混凝土。混凝土坍落度为18～22cm，首批灌注的混凝土初凝时间不早于灌注桩全部混凝土灌注完成时间，灌注尽量缩短时间，连续作业。
首先安设导管，用25t吊车将导管吊入孔内，位置应保持居中，导管下口与孔底保留30～50cm左右。导管在使用前要检查导管及其接头的密闭性，确保密封良好。
灌注首批混凝土之前在漏斗中放入隔水塞，然后再放入首批混凝土。在确认储存量备足后，即可剪断铁丝，借助混凝土重量排除导管内的水，使隔水塞留在孔底。灌注首批混凝土量应使导管埋入混凝土中深度不小于1.0m。
首批混凝土灌注正常后，应连续不断灌注，灌注过程中应用测锤测探混凝土面高度，推算导管下端埋入混凝土深度，并做好记录，正确指导导管的提升和拆除。直至导管下端埋入混凝土的深度达到4m时，提升导管，然后再继续灌注。
灌注过程中混凝土面应高于导管下口2.0m，每次拆除导管前其下端被埋入深度不大于6.0m。随孔内混凝土上升，需逐节快速拆除导管，拆管停顿时间超过15min。
桩身混凝土超浇0.5m左右，达到强度后，将设计桩顶标高以上部分浮浆用风镐凿除。做好混凝土浇筑记录，灌注过程要保护安设在钢筋笼上的监测元件。
1.2、旋喷桩（止水帷幕）施工工艺
（1）旋喷桩施工示意见下图
图2-1-04三管旋喷桩系统示意图
（2）旋喷桩施工工艺图如下
旋喷桩正式施工前，需进行工艺性试验试桩，旋喷桩施工工艺流程如下图。
图2-1-05搅拌桩施工流程图
（3）施工工序
1）试桩施工
①试桩目的
在浆液配比不变、满足设计成桩强度要求的情况下，按水泥掺量不同情况下以及两搅两喷、四搅四喷的施工工艺，结合场地地质状况和设备工况，通过工艺性试验调整施工工艺控制（调整施工喷浆时间、钻进及提升速率、注浆压力等），在保证旋喷桩成桩质量的前提下，通过试验确定旋喷桩工艺参数：如水泥掺量、搅拌机提升及下钻的速度及旋转速度，验证旋喷桩搅拌均匀程度及成桩直径，为后续大规模搅拌桩施工提供指导依据。
②试桩地点
现场选取特征地质断面实施。
2）施工方法
①桩位放样
根据水准点，结合设计图纸，测量人员做好旋喷桩的轴线放样，桩位定位，各放样基点用木桩打入土中，木桩四周用砖围成方形，内填混凝土，在木桩上画出基点钉上铁钉，并涂上红油漆，场内各桩位按基点放样，各桩位中心点用涂有红油漆的筷子、木条等打入土中。桩位放样完毕后，然后进行二次复测，准确无误后，请甲方、监理方代表验收并做好测量放线记录。
②桩机就位
搅拌桩机到达指定桩位，准确对中。旋喷桩施工前，场地应平整，地表较软时采取防止施工机械失稳措施，使机械底盘保持水平。在进行施工之前，先对钻杆进行尺量，确保钻杆长度，并在机械上设置标识，每次提升至标识位置。
③预搅下沉、喷浆
启动桩机向下旋转钻进、下沉钻头喷浆钻进时，根据土质软硬，按照试桩得出的参数施工。按照1.0m/min速度选择合适的档位并实时注意电流的变化及时换挡。在搅拌机钻杆下沉至实桩顶面以上1m（红色布条标记处）按照0.5m/min速度进行下钻，边钻进边喷浆，在钻杆到达设计桩底标高后继续喷浆30s后方可向上提升，保证水泥和原状土搅拌均匀，从而达到设计的强度。
钻杆提升时必须边提升边喷射边搅拌，搅拌一定要均匀，使软土与水泥浆充分混合。严禁提升过快，导致真空负压、孔壁塌方等现象，桩施工时，不得冲水下沉。
④移位
施工完成后，搅拌桩机移位，进行下一根桩的施工。
2、TRD（水泥土搅拌墙）+H型钢
2.1、TRD（水泥土搅拌墙）施工工艺
等厚度水泥土搅拌连续墙施工工艺：切割箱自行打入挖掘工序、水泥土搅拌墙建造工序、切割箱拔出分解工序。
水泥土搅拌墙建造工序之3循环的施工方法：先行挖掘、回撤挖掘、成墙搅拌，即锯链式切割箱钻至预定深度后，首先注入挖掘液先行挖掘、松动土层一段距离，然后回撤挖掘至原处，再注入固化液向前推进搅拌成墙；
以下为等厚度水泥土搅拌连续墙各施工工序图：
图2-2-01切割箱自行挖掘工序图
图2-2-02循环水泥土搅拌墙建造工序图
图2-2-03切割箱拔出分解工序图
（1）TRD工法工艺流程
本工程TRD工法围护墙采用三循环的方法施工等厚度水泥土搅拌墙，以下为三循环的施工方法工艺流程图：
图2-2-04TRD工法循环成墙示意图
3、技术工艺比较
根据以上施工工艺对比，这两种围护结构施工技术优缺点见下表：
三、施工周期对比分析
1、根据现场实际施工统计指标如下：
2、施工工期计算
根据设计图纸，B出入口围护结构全长120.49米，工期计算如下：
3、对比分析
根据计算表可以看出，钻孔灌注桩围护结构施工工期远大于TRD围护结构施工工期。
四、经济成本对比分析
青岛市1号线正阳路站B出入口，围护结构在有悬吊保护管线范围内（靠近主体端，单侧约9米）采用800@1200钻孔灌注桩+800@500旋喷桩止水帷幕；其它范围采用等厚850mmTRD水泥土搅拌墙+H型钢（型号700×300×13×24，间距为1.0米或0.6米）。经济比对，需建立共同基础，现以B口为基础，假设全部围护结构全部采用钻孔灌注桩+旋喷桩或者全部采用CRD+H型钢形式进行对比，如下：
1、工程量计算
根据设计图纸，B口围护结构南北两侧长度为108.09米，西侧端部长度为12.4米，合计总围护结构长度为120.49米。根据基坑开挖深度不同，钻孔灌注桩和H型钢施工深度又分为三个范围，其中范围一为施工深度13米，共73.89米；范围二为施工深度15.9米，共25米；范围三为施工深度14.9米，共21.6米（含西侧端部长度）。而TRD和旋喷桩施工深度均为18.2米。具体工程量见下表：
2、成本价对比
根据现场施工统计单价，钻孔灌注桩：754元/米；旋喷桩176元/米；TRD水泥土搅拌墙512元/米；H型钢：800元/吨（租赁时间按60天算），计算表如下：
3、经济对比分析结论
根据以上计算，可以看出，钻孔灌注+旋喷桩现场施工费用比TRD+H型钢施工费用大83万元，平均每米高6893元，因此TRD水泥土搅拌墙+H型钢这种围护结构造价低，更经济。
四、现场应用实际效果对比分析
通过现场两种施工对比，我们让B出入口与A出入口进行对比，该两个出入口仅隔条马路，地质条件一致，基坑开挖深度一致，只是围护结构方式不一样，根据设计图纸，B口采用“TRD+H型钢”的结构形式，而A口采用“钻孔灌注+旋喷桩”的结构形式，通过现场实际开挖，结果如下：
五、结论
在地铁施工中，深基坑围护结构众多，如何正确的选择，需通过详细查阅资料、地质勘探及现场施工经验等综合判断，才能得到即经济又适用的围护结构方式。我们通过对青岛地铁1号线正阳路站B口围护结构、对相同条件下A出入口和B出入口实际开挖效果的研究，从工程原理、技术工艺、施工周期、经济成本及现场实际施工效果等方面对比分析，我们不难看出，在地质条件和基坑开挖深度一致的前提下，“TRD+H型钢”组合的地铁围护结构比“钻孔灌注桩+止水帷幕”组合的地铁围护结构施工优势很大。“TRD+H型钢”组合不仅施工周期短、成墙质量好，能形成真正连续的墙，止水效果好，H型钢还能反复使用，且费用低。在地铁的建设中，能发挥重要作用，且节约工程建设成本。