基于鉆孔切割技術(shù)的地下清障治理

隨著城市化進(jìn)程的加快，中國(guó)為城市基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)帶來(lái)了前所未有的建設(shè)。在這些建筑中,相當(dāng)部分的市政工程屬于舊城區(qū)的搬遷改造工程,新工程的建設(shè)中難免會(huì)遇到地下障礙物的切割清理問(wèn)題,原建筑物的樁基礎(chǔ)、廢舊的地下管線、發(fā)生破壞的地下結(jié)構(gòu)等都成為了需要清除的障礙物。淺層障礙物可以采取開(kāi)挖清理,或從地面進(jìn)行引拔,對(duì)于埋深較大的地下障礙物則需利用專用設(shè)備進(jìn)行處理。如今常用的深層清障設(shè)備有搖管機(jī)和360°全回轉(zhuǎn)套管鉆機(jī)(俗稱“CD機(jī)”)等。本工程中采用360°全回轉(zhuǎn)套管鉆機(jī),應(yīng)用鉆孔切割的方式清除地下障礙,解決了地下清障影響周邊道路和管線安全的難題。1地下空間分布黃浦區(qū)醫(yī)療中心位于上海市黃浦區(qū)國(guó)貨路291號(hào),國(guó)貨路以北、普育東路以西、普育西路以東的L形地塊內(nèi)。本工程總建筑面積79567m2,其中地下部分30257m2,地上部分49310m2,規(guī)劃用地面積15200m2。黃浦區(qū)中心醫(yī)院由住院樓(地上15層,建筑高度59.99m)、門診綜合樓(地上9層,建筑高度36.30m)及傳染樓(地上4層,建筑高度19.15m)組成,其中住院樓、門診綜合樓的地下室為地下3層,傳染樓地下室為地下2層,地下室整體連通。1.1基坑坑底支護(hù)本工程基坑開(kāi)挖面略橫L形,其中L形的長(zhǎng)邊部分為(1)區(qū),開(kāi)挖面積為9730m2;L形的短邊部分為(2)區(qū),開(kāi)挖面積為1381m2,基坑平面如圖1所示。(1)區(qū)為地下3層,基坑底標(biāo)高-17.35m(局部-21.35m),開(kāi)挖深度16.60m(局部20.6m)。外圍護(hù)為地下連續(xù)墻(厚800mm,長(zhǎng)度31m)擋土、超深三軸攪拌樁(Φ850mm,長(zhǎng)度49m)止水帷幕;內(nèi)支撐為4道混凝土支撐。(1)區(qū)坑內(nèi)加固為三軸攪拌樁,加固范圍為坑邊6~8m,坑底以下3~4m范圍水泥摻量為20%,坑底以上部分為10%。(2)區(qū)為地下2層,基坑底標(biāo)高-11.30m,開(kāi)挖深度10.55m。外圍護(hù)三面為鉆孔灌注樁(Φ900mm,長(zhǎng)度25m)擋土、三軸攪拌樁(Φ650mm,長(zhǎng)度22m)止水,與(1)區(qū)相鄰一側(cè)外圍護(hù)為地下連續(xù)墻(厚800mm,長(zhǎng)度31m);內(nèi)支撐為2道混凝土支撐。(2)區(qū)坑內(nèi)加固為三軸攪拌樁,加固范圍為坑邊6m,坑底以下3m范圍水泥摻量為20%,坑底以上部分為10%。另外在(1)區(qū)地下連續(xù)墻與(2)區(qū)鉆孔灌注樁交接部位采用高壓旋噴樁進(jìn)行加強(qiáng),加強(qiáng)直徑為2m。局部深坑設(shè)計(jì)采用旋噴樁進(jìn)行加固,加固范圍為局部深坑周圍3m范圍內(nèi)及坑底以下4m范圍內(nèi)。1.2普育嘴唇與州國(guó)際華園基坑?xùn)|側(cè)為普育東路,道路寬度20m。路東側(cè)為舊式住宅小區(qū),6~7層,距離基坑邊約26.4m?；幽蟼?cè)為國(guó)貨路,道路寬度32m。路南側(cè)為18層的東物公寓,距離基坑邊37.1m;20層的南國(guó)大廈,距離基坑邊約40.3m。基坑西側(cè)為普育西路,道路寬度16m。路西側(cè)為30層和18層的海州國(guó)際華園,離基坑最近處約23.4m?；颖眰?cè)為上海市兒童福利院(已搬遷),2~6層,距離基坑邊約21.5m;延中船舶修理廠,1層,距離基坑邊約17.7m,未來(lái)為規(guī)劃住宅區(qū)。2地下設(shè)施2.1舊防空洞設(shè)計(jì)在本工程基地的東南側(cè),存在1個(gè)約3000m2的廢舊防空洞。由于該防空洞年代久遠(yuǎn),已無(wú)具體的圖紙、數(shù)據(jù)可供參考,設(shè)計(jì)也僅僅給出了該防空洞的大致輪廓,如圖2所示。經(jīng)過(guò)勘察,該廢舊防空洞上覆土厚度約1m,底板上表面埋深約5m,底板厚度不詳。防空洞內(nèi)還存在多條南北方向的剪力墻,墻厚0.5m。2.2防空洞施工安全對(duì)用地管網(wǎng)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響由于該地下防空洞的存在,給本工程基坑圍護(hù)和工程樁施工帶來(lái)諸多麻煩。首先,該防空洞面積大,且部分伸出基坑圍護(hù)范圍,甚至伸出用地紅線以外,如防空洞不拆除,本工程的基坑圍護(hù)和工程樁將無(wú)法施工;其次,該防空洞緊鄰市政道路和管線,且通信管、上水管和煤氣管很可能從紅線外的防空洞頂板上方穿過(guò),對(duì)施工安全和周邊道路、管線安全帶來(lái)極大的安全隱患;再次,本工程位于市中心,周邊高樓林立、管線眾多,用地條件極其緊張,沒(méi)有條件采用放坡開(kāi)挖的方法拆除該防空洞。3該計(jì)劃的制定3.1必須先做好圍護(hù),必須有利于農(nóng)民道路、建筑物的安全本工程防空洞的存在阻礙了基坑圍護(hù)的施工,要進(jìn)行基坑圍護(hù)的施工則必須要先拆除防空洞。但由于該防空洞面積較大,且周邊管線復(fù)雜,高樓林立,在沒(méi)有形成基坑圍護(hù)的情況下開(kāi)挖拆除該人防是極其危險(xiǎn)的,很有可能造成管線破裂,甚至導(dǎo)致周邊道路下陷。且工程位于市中心,緊鄰世博園區(qū),一旦出現(xiàn)事故,后果不堪設(shè)想。因此,為了保證周邊道路、建筑和管線的安全,必須先做好圍護(hù)才能拆除該人防。因而,出現(xiàn)了一種矛盾的局面:要進(jìn)行基坑圍護(hù)施工,則必須先拆除防空洞;而要拆除防空洞,則必須先做圍護(hù)。3.2制定該計(jì)劃3.2.1防空洞底板和底板的施工難點(diǎn)分析在針對(duì)以上情況分析后認(rèn)為,可以先做基坑圍護(hù)。可以按基坑圍護(hù)的走向,在防空洞頂板和底板上劃出寬3m的范圍,用鎬頭機(jī)分別打穿寬3m的頂板和底板,做一條寬3m的槽,先方便基坑圍護(hù)的施工。但是防空洞底板埋深達(dá)5m,底板厚度預(yù)計(jì)為0.5m,也就是說(shuō)鎬頭機(jī)得在防空洞頂板上要向下打5.5m,難度較大;防空洞頂板在機(jī)械破除后,部分板處于懸臂狀態(tài),可能不能承受上部的施工荷載,容易造成危險(xiǎn);開(kāi)槽后,由于圍護(hù)范圍外的防空洞面積太小,可能會(huì)由于側(cè)向土壓力而產(chǎn)生位移,使周邊道路和管線出現(xiàn)危險(xiǎn)?；谏鲜?點(diǎn),故該方案被否決。3.2.2全回轉(zhuǎn)套管鉆機(jī)設(shè)計(jì)方案依然先做基坑圍護(hù),按基坑圍護(hù)的走向,在防空洞頂板和底板上劃出3m的范圍,采用360°全回轉(zhuǎn)套管鉆機(jī)(圖3),使用鉆孔切割的方法切除人防底板和剪力墻,并且可以在切割的同時(shí)回填土方,能夠有效控制坑外變形,故采取該方案進(jìn)行實(shí)施。3.3360全旋轉(zhuǎn)挖掘機(jī)施工原理3.3.1管切割、鋼套管底端360°全回轉(zhuǎn)套管鉆機(jī)采用液壓驅(qū)動(dòng)鋼套管切割鉆進(jìn),鋼套管底端鑲嵌鋸齒狀的鈦合金,具有很強(qiáng)的切割能力,可實(shí)現(xiàn)將套管內(nèi)地下鋼筋混凝土等障礙物清除的目的。3.3.2施工過(guò)程施工工藝流程如圖4所示。4施工要點(diǎn)4.1墻的思想線使用全站儀等儀器確定出三軸攪拌樁、地下連續(xù)墻的中心線和外側(cè)邊線,畫(huà)線明確標(biāo)出。在人防頂板上開(kāi)孔,將圍護(hù)樁、地下連續(xù)墻和工程樁的位置投射到人防底板上,并用線明確標(biāo)出。4.2b人參外墻封閉在超深SMW攪拌樁外側(cè)500mm處和內(nèi)圍護(hù)樁內(nèi)側(cè)500mm處各澆注1道混凝土擋土墻,靠近人防外墻的部位則以人防外墻替代擋土墻(圖5)。采用2堵墻封堵,使之形成1個(gè)約寬4m、深5.5m的長(zhǎng)條型封閉空間。對(duì)于南側(cè)伸出基坑圍護(hù)范圍的部分,先填入土方,砌擋土墻后注漿使其密實(shí),增加其自重,降低其因受側(cè)向土壓力而產(chǎn)生位移的風(fēng)險(xiǎn),防止外側(cè)防空洞因結(jié)構(gòu)破壞而出現(xiàn)垮塌。4.3防空洞底板清障施工本工程基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)為厚800mm地下連續(xù)墻,地下連續(xù)墻外側(cè)設(shè)Φ850mm的超深三軸攪拌樁止水帷幕,內(nèi)側(cè)設(shè)Φ850mm三軸攪拌樁槽壁加固,整個(gè)圍護(hù)墻體系施工須確保寬度為2.7m的施工范圍內(nèi)沒(méi)有地下障礙物。受防空洞影響施工的地下連續(xù)墻長(zhǎng)度約為80m,人防底板埋深約5m,清障深度約6m,本工程采用雙排Φ1800mm鋼套管咬合500mm的方式進(jìn)行切割防空洞底板清障,如圖6所示。具體步驟為:(a)打開(kāi)2堵混凝土封堵墻之間的人防頂板,填入水泥土(水泥摻量15%),并分層壓實(shí),如圖7所示。(b)使用360°全回轉(zhuǎn)套管鉆機(jī)切除人防墻體和底板及其他障礙物,鉆入深度為人防底板下方1m,如圖8所示。(c)采用抓斗機(jī)清理出套管內(nèi)的土方和地下障礙物的碎塊,隨后,邊提升套管,邊回填土方。土方回填務(wù)必密實(shí),防止周邊管線、路面出現(xiàn)較大變形。(d)障礙物清除后,采用水泥土回填,在素土中加入15%水泥,翻拌均勻后填入鋼套管內(nèi),邊回填邊采用360°全回轉(zhuǎn)套管鉆機(jī)配合吊車將鋼套管分節(jié)拔出,拔出1節(jié)套管后采用重錘將下部土體夯實(shí),確?；靥钔馏w的密實(shí)。360°全回轉(zhuǎn)套管鉆機(jī)鉆孔開(kāi)槽后,即可進(jìn)行三軸攪拌樁和地下連續(xù)墻的施工。360°全回轉(zhuǎn)套管鉆機(jī)的采用相當(dāng)于給三軸攪拌樁和地下連續(xù)墻的施工開(kāi)辟了1條通道。5周邊道路、管線監(jiān)測(cè)分為了了解采用360°全回轉(zhuǎn)套管鉆機(jī)切割的方法對(duì)周邊道路、管線變形的控制效果,我們對(duì)周邊道路、管線進(jìn)行了