地下障碍物清除、桩体拔除方案

天津地铁5号线思源路站

地下障碍物清除、桩体拔除方案

中铁一局集团天津建设工程有限公司

基础分公司

2012年11月

目录

地下障碍物清除、拔桩方案

一、工程概况 (1)

1.1总体介绍 (1)

1.2地下障碍物情况 (1)

1.3地下障碍物清除孔位 (3)

二、施工机械及场地布置 (3)

2.1设备选型 (3)

2.2设备性能 (3)

2.3设备参数 (5)

三、施工方法 (8)

3.1方案概述 (8)

3.2地下结构回填施工 (9)

3.3地下障碍物清除施工 (11)

3.4高压旋喷土体加固 (15)

四、工期安排 (16)

五、人员设备配置 (16)

地下障碍物清除、拔桩方案

一、工程概况

1.1 总体介绍

天津地铁5号线思源道站部分围护结构（3幅）位于原天津第三轧钢厂地下旋流沉淀池部位，该结构主要为地下钢筋混凝土结构，其中包含部分钢板、型钢、工字钢、槽钢等钢结构，因地下连续墙围护结构施工时，成槽机无法进行成槽作业，须先将该结构影响车站围护结构施工部分清除后，再进行地下连续墙围护结构施工。影响部位如下图所示：

1.2 地下障碍物情况

该工程地下障碍物为天津第三轧钢厂地下旋流沉淀池，主要结构为钢筋混凝土结构，其中含有钢板、型钢、工字钢等钢结构件。该地

下结构埋设深度为地下17m，没孔须清除障碍物长度为11m，主要结构如下图所示：

地下障碍物结构形式平面图

地下障碍物内部结构形式图

1.3 地下障碍物清除孔位

根据图纸所示，地下障碍对围护结构施工影响范围约为9.5m，本次清障计划采用2m直径套管，本工程设计地下连续墙厚度为0.8m，为确保后期成槽机顺利成槽施工，计划该9.5m范围内清除槽位净宽度为1.0m，则总计需清除孔位为6孔，如下图所示：

二、施工机械及场地布置

2.1 设备选型

根据工程特点，考虑到设备的垂直度、刀头受力均匀程度、刀头磨损等因素，结合障碍物的特殊性，选用引进日本生产的RT-200H型360°全回转套管钻机进行地下障碍物的清除。

套管旋转沉入360°旋转钻进，清障安全性能好，无振动、无扰动、无影响，不会对临近构筑物造成影响，既环保又安全。套管对四周土体及临近构筑物无影响和扰动，保证了清除桩体和回填的质量。

根据360°全回转套管钻机施工要求，还需配备80t吊车一台，挖掘机一台，其他小型配套设备若干。

2.2 设备性能

2.2.1 设备组成

RT-200H全回转套管钻机主要配置有RT-200H全回转套管钻机主机、相应型号数量的套管、液压动力站、操控室、反力配重、路基板及定位钢板、冲抓斗、反力叉、楔形锤及十字冲锤。另需80t履带吊、EX200挖掘机、高压清洗机等机械配合施工。施工过程中由全回转套管钻机液压驱动双壁钢套管全回转切割钻进。

双壁钢套管底端镶嵌钛合金刀头，具备很强的切割切削能力，可将地下抛石、残留旧桩、旧钢筋混凝土、钢桩等障碍物一并清除。

全回转全套管钻机系统

2.2.2 套管结构

选用外径为2m的套管进行地下障碍物的清除，套管有两方面功能：一方面将顶部驱动设备提供的扭矩和压入力传递给刀头。另一方面在钻进的过程中还起到支护孔壁，防止孔壁坍塌。

套管为厚度48mm的钢质桶式结构，根据需要钻进的深度情况分长度不同的若干节。该修复工程所用的套管长度有：6m、4m、2m 、1.5m四种。最底部一节长度一般为1.5m在管口布置刀头，其他套管

的中间为桶身，两头为套叠式接头。接头设螺孔和剪力键，相邻两节靠螺栓和剪力键连接传递荷载。套管主体材质为16Mn钢，两端接口材质为24Mn钢。套管管壁分三层，内外两层各为20mm的钢板，中间层为8mm的钢网片。

套管及刀头结构

2.2.3 冲抓斗

冲抓斗是套管钻进后进行桶内土体和障碍物清理的重要设备部件之一，抓斗的结构形式。随着套管的钻进，套管内的土体和被刀头切割后的地下障碍物需要通过抓斗抓取出来。抓斗有两扇可以活动的斗叶，整个冲抓过程中斗叶在闭合与张开两种状态之间转换。

冲抓斗

2.3 设备参数

全回转全套管钻机

液压动力站

回转钻机主机断面图

钻机主机尺寸图

履带吊图

80t履带吊大小钩需要有自由落钩功能。进场时，需将履带及主臂拆除，仅剩主机进场，进场后再行组装。

三、施工方法

3.1 方案概述

地下障碍物清除前，先在地下结构物上方采用反循环潜水钻机钻孔3个，钻孔直径300mm，结构物上方下设直径250mm护筒，然后下设直径200mm导管，采用泵送方式将地下结构所有空隙用流动性好、超缓凝M10砂浆回填。

回填完成后，待试验确定砂浆已凝固后，开始采用RT-200H全回转全套管钻机进行地下障碍物清除。

所有孔位完成并回填后，采用双管旋喷对清除部位进行旋喷加固，确保成槽时不塌孔。

3.2 地下结构回填施工

3.2.1 一次成孔

地下结构上部成孔采用反循环潜水钻机进行施工，成孔直径为300mm。主要施工工序为：埋设护筒→钻机就位→泥浆制备→钻进→检孔→清孔→检查验收。

①将现场场地整平，采用全站仪与钢尺相结合的方法进行放点。埋入护筒，筒身竖直后，四周用黏土回填，分层对称夯实，防止填土时护筒偏移。护筒埋好后进行复核校正，护筒中心与桩位中心应重合，偏差不得大于50mm，倾斜度不大于1%。

②泥浆制备与循环

钻孔用泥浆采用膨润土制备。膨润土泥浆具有相对密度低、黏度好、含沙量小、失水量小、泥皮薄、稳定性强、固壁能力高、钻具回转阻力小、钻进率高、造浆能力大等优点，是钻孔施工的优质泥浆。

现场填充钻孔部位，上部主要为杂填土和淤泥质土，下部为粘土、粉质粘土；且土体经过了注浆填充加固，土体自立性较好。施工时，按照粘性土层泥浆指标进行控制。

因施工中水泥、土粒等混入及泥浆渗入孔壁等原因使泥浆性能改变，以及为了回收泥浆原材料和减少环境污染，在现场设置泥浆池、沉淀池等泥浆循环净化系统。泥浆池的容量为每孔的排渣量，沉淀池的内容量应为每孔排渣量的1.5倍~2倍。

③钻孔

开钻时宜低档慢速钻进，适当控制进尺，使初期成孔竖直、圆顺，

防止孔位偏心、孔口坍塌。钻至护筒一下1m后再以正常速度钻进。经常检查泥浆的各项指标。

当钻孔深度达到设计要求时，对孔深、孔径、孔位和孔形等进行检查，确认满足设计要求后，进行孔底清理和灌注水下混凝土的准备工作。

④清孔

清孔后，泥浆比重不大于1.1，含砂率小于2%，黏度17~20s；浇筑水下混凝土强孔底沉渣厚度不大于规范要求。严禁采用加深钻孔深度方法代替清孔。

3.2.2 下放填充管

成孔后，为保证顺利进行填充效果，灌注导管采用管径较大的DN250mm钢管，钢管必须深入到地下结构内，因地下结构为多层空间，导管必须延伸至最底层空间，在灌注过程中根据压力变化和计算方量逐步提管，直至全部填充。

3.2.3 灌入砂浆

填充采用地泵为灌入砂浆加压，填充时由靠近围护结构侧向两侧顺序填充。最终形成注浆孔见下图。

引孔注浆图

3.3 地下障碍物清除施工

3.3.1 施工流程

1、场地平整

2、测量定位

2、安放路基板及定位钢板

3、安放钻机

4、液压泵站就位，与主机连接并调平钻机

5、安装配重

6、安装反力叉

7、安装套管、钻头，垂直度再次复核、调整

8、启动液压泵站

9、正式钻进

10、安装套帽

11、障碍物清除

12、土体回填

13、钻机移位

14、旋喷加固

3.3.2 施工准备

首先将需清除部位及主要设备作业部位地面平整压实，然后由测量人员对需清除的地下结构具体位置精确放样，并做好标记。

3.3.3 钻机就位

根据需清除部位的精确放线位置将钻机就位，就位过程如下。

1、安放路基板，安放定位钢板，定位钢板安放必须平整，且孔位中心与需清障的孔位中心精确重合，定位钢板的四个定位基点必须全部在路基板的中心，定位钢板的孔位中心可通过两根细线确定，安放时与预先测量好的需清障孔位中心重合即可。

2、安放钻机，钻机四个支腿全部安放入定位钢板的四个基点，安放到位后，可通过钻机的垂直监视系统或经纬仪确定钻机的垂直度，通过调整四个支腿油缸使钻机安放水平。

3、液压泵站就位，并与钻机液压系统连接完毕，检查、调试好设备，并确保各个系统工作正常（启动前须保证泵站各个系统工作良好，包括油料、冷却液、油管连接、各阀门等）。

4、安装钻机配重架及反力配重，注意反力配重应对称安放。

5、安装反力叉，反力叉安装好后，反力叉远离钻机的一端用履带吊或者挖掘机的履带顶死，以防钻机带载旋转切削时产生的反力造成钻机主机旋转。

6、将已安装刀具的钻头（1.5m长）与一截6m或4m的套筒连接好后，安放入钻机。

3.3.4 套管压入及钻进

在钻机就位后，开始进行套管的埋设和钻进作业。施工步骤及注意事项如下：

1、启动液压泵站，将发动机的转速从低转速逐步调整至高转速，钻机回转液压马达调至0位，启动夹紧油缸按钮，确认钻机夹紧机构已将套管夹紧后，方可启动回转驱动系统，回转马达初始启动必须低转速运行，待回转阻力稳定且低于设定值时，方可适量调高转速。

2、试运转正常及垂直度修正完成后，开始正式钻进，正式钻进同样是发动机高转速，钻机低转速，压力、扭矩稳定且未达到设定值时，可适量调整转速及收缩支腿油缸进行钻进。一般初始5米以内,钻机转速控制在3~5转/分钟，旋转扭矩稳定在额定最大扭矩的30%~50%左右，以确保初始钻机设备的稳定及钻进垂直度。

3、注意事项

施工过程中每节套管压入的精度都将直接影响钻孔的施工质量，特别是上部5m范围的精度最为重要。每节套管放入夹管装置，收缩夹管液压缸，利用钻机和导向纠偏装置将套管的垂直度精度调整到要求的范围内。钻进过程中随时利用设备自带的水平监测系统检验套管垂直度，并每孔三次在套管的两个垂直方向架设经纬仪进行垂直度复核控制。

每节套管连接好并检查垂直度后，通过全回转钻机的回转装置使

套管进行不小于360°的旋转，以减少套管与土体的摩擦阻力，并随即利用套管端部的刀齿切割土体或障碍物，压入土中，开始正常作业。

套管钻机在进行钻进作业，因钻进深度加深而导致套管钻进缓慢时，采用单管旋喷喷射膨润土浆液将套管内的土体冲散，以减小钻机钻进、旋转阻力。

3.3.5 地下障碍物清除

1、清除方法

钻进8~10m后，通过履带吊采用冲抓斗将套管内渣土抓出，抓取套管内土时，注意测量管内土面高度，确保土面距离刀头3~5m，严禁超挖，已免地下水大量涌入套管内，造成地面沉降。

抓取土过程中，遇到地下障碍物时，更换十字冲锤，将地下障碍物砸碎，然后采用冲抓斗将障碍物抓出。

若地下障碍物为桩体时，采用冲抓斗抓紧桩体，套管全部穿透桩体后，上下循环套管，使桩体活动，而后采用冲抓斗抓出；若桩体过长可在拔出过程中截断，分段清除；若抓斗无法抓出时，可人工清理出桩头0.8~1.2m，采用绳套一头与桩体牢固连接，一头采用吊车或钻机直接拔出；若人工进入有困难时，采用十字冲锤冲碎桩体，然后用冲抓斗抓出。

2、吊车主臂选用

KH300-80t履带吊机性能表

3.3.6 土体回填

地下障碍物完全清除完毕后，即进行套管内土体回填施工，回填采用粉质粘土。

回填粘土时采用挖掘机直接填入。回填4-5米后，采用冲锤进行夯实，同时进行套管旋转拔出，注意，拔出套管过程中，套管钻头不要超出回填土面。回填与套管拔出交叉配合，直至回填到地面处。

3.3.7 钻机移位

回填完成后，将钻机移至下一桩位，继续施工。

3.4 高压旋喷土体加固

场地内所有地下障碍物清除后，采用高压旋喷对清除区域进行土体加固。

回填后，采用双重高压旋喷对填充体进行加固处理，设计加固强度不超过0.8MPa，旋喷中心位置位于已清除障碍物两侧，旋喷深度

根据清除深度确定，没孔间距为400m。

旋喷加固浆液配比如下（重量比）：

以上配比需要依据加固强度要求，适当进行调整。

注浆压力30 MPa，水压力30 MPa，空气压力1MPa。

提升速度：7-14cm/min。

旋转速度：11-18rpm。

四、工期安排

1、施工准备：1天；

2、地下结构砂浆回填：14天

①进场、场地平整1天；

②钻孔9天；

③砂浆回填3天；

④等强1天；

3、地下障碍物清除：60天（每个孔位清除平均作业时间10天，共计6个孔；

4、拔桩：1天/根（具体需拔除的桩数未知）

根据以上作业时间计算，不含拔桩时间，总工期为75天。

五、人员设备配置

本工程安排三班制作业，在开工日根据需求投入施工作业。