SWM工法樁在下穿隧道支護中的應用分析

王江榮

(中鐵二十一局集團第四工程有限公司，青海 西寧 811600)

1 工程概況及地質條件

1.1 工程概況

沈陽東路快速通道工程是銀川市重點建設項目，位于銀川市中心城區北側金鳳區，是銀川“三縱三橫一環網”通道中的首開工程。標段施工里程為K0+000—K2+900段，包括沈陽路-親水大街下穿隧道、沈陽路-萬壽路上跨橋及道路改造工程，其中沈陽路-親水大街下穿隧道圍護結構采用SWM工法樁。

1.2 工程地質條件

本工程場地內除上部填土外，無其他特殊性巖土。

2 施工工藝及方法

2.1 具體的施工方法

隧道工程位于沈陽路與親水大街交叉口，屬于下穿隧道。隧道起點里程為K0+000，終點里程為K0+780.123，有217 m的暗埋段，敞開段長度為363 m。暗埋段采用SWM工法樁作為圍護結構，型鋼水泥土攪拌墻(SWM)采用φ850@600三軸攪拌樁，內插工型鋼(H700×300×13×24)，型鋼隔一插一。隧道基坑支護結構采用圍護樁加內支撐支護。泵房段采用φ850@600三軸攪拌樁內插型鋼(H700×300×13×24)，逐一插一。視基坑深度豎向設置2～3道φ609鋼管支撐，豎向間距為3 100 mm左右，標準段橫向間距為4 000 mm左右，泵房段橫向間距為3 250 mm左右，鋼支撐壁厚t=16 mm。墻頂的結構為鋼筋混凝土冠梁。第一道支撐在冠梁上，材質為鋼支撐，其他支撐在鋼圍檁部位，圍護樁嵌固最小深度為10.92 m，最大深度為14.77 m。底板埋深約為7.8～11.6 m。

2.1.1 樁位放樣，溝槽開挖

測量確定設計軸線后，軸線外放開挖導溝，導溝尺寸的深度為1 000 mm，寬度為1 200 mm，溝槽開挖期間及時清除障礙物，若溝槽位置內存在較大坑洞，需做回填夯實處理，以保證三軸攪拌樁的施工順利。為了保證樁位的精準，以及工型鋼安裝不存在偏差，需在兩側進行標注，在導向定位型鋼上畫出鉆孔的位置以及工型鋼下插的位置。

2.1.2 攪拌樁施工

(1) 施工設備。本工程采用的主要施工設備包括空壓機、發電機、三軸攪拌機、反鏟挖掘機、小型挖掘機、旋挖鉆機、裝載機、濕式混凝土噴射機、千斤頂、深井潛水泵、內燃發電機、汽車吊、交流電焊機、混凝土輸送泵、自卸車。

(2) 攪拌樁機安裝。攪拌樁機進場就位之后，需要對鉆機做出調整，固定位置，保證鉆機的垂直度達到要求之后方可進行施工，鉆桿固定至樁位位置，樁位的偏差應小于20 mm，垂直度應小于0.5%的偏差。同時對鉆桿進行檢查，確定孔底標高，滿足設計要求的深度。

(3) SMW工法樁施工采用“兩攪兩噴”的施工工藝。

①施工前應制作相應的防止下沉的懸掛構件，根據內插型鋼的規格和尺寸，確定相應的型鋼定位導向架。在攪拌樁機施工期間，應對樁機進行固定，保持底盤的水平以及立柱導向架的垂直[1]。三軸攪拌機應保持勻速的下沉或提升，下沉速度控制在每分鐘1～1.5 m，提升速度控制在每分鐘1～2 m。在提升期間，應盡量控制孔內負壓的產生，以免破壞周邊土體的穩定性，造成地面沉降，具體的速度應根據工程的實際現狀、水泥漿液的比例以及注漿泵的流量計算之后確定，以保證水泥土的均勻和穩定。

②在樁體施工完成30 min內插入工型鋼。芯材應選用平直、光滑、無彎曲、無扭曲型鋼。型鋼接口位置采用特殊焊接技術，保證焊縫質量大于二級，接長型鋼接頭位置不處于基坑支撐位置、基坑開挖面及基坑底2 m以上位置，間距至少為1 m。工型鋼在插入之前應涂抹減阻材料，方便插入以及后期的完整回收[2]。依靠工型鋼的自重下落至設計標高位置，若型鋼在插入期間存在困難，可相應地采取輔助措施。型鋼到達設計標高時，使用吊筋進行固定。

③本工程的攪拌樁漿液控制及施工參數見表1。

表1 SMW工法樁施工參數

④一個單元水泥土攪拌樁施工完成后，接著施工下一單元樁位的攪拌樁。SMW工法樁施工采用跳樁法套樁施工，攪拌裝置移動到下一樁位，對中調直，攪拌噴漿。一根接一根施工形成加固體，兩根攪拌樁的搭接時間不要超過12 h。

⑤SMW工法樁施工28 d后開始冠梁施工，為保證工型鋼的起拔，在冠梁澆筑范圍內，型鋼用珍珠棉包封，嚴禁混凝土與型鋼接觸，造成型鋼回收困難。冠梁施工前，SMW工法樁頂應與冠梁緊密結合，避免基坑開挖過程中地表雨水順冠梁底下滲至基坑里。

2.1.3 工型鋼的施工注意事項

(1) 在攪拌樁施工結束后的30 min之內，需進行工型鋼的插入工作，型鋼插入之前應該進行嚴格的檢查，鋼身整體無損壞和卷曲，型鋼焊縫位置的質量應大于二級，工型鋼應保證垂直插入[3]。

(2) 型鋼的插入為整根鋼材，非必要不連接，若鋼材需要分段連接時，需要采用坡口焊工藝進行高強度焊接；禁止在支撐位置和工型鋼受力較大位置進行焊接；兩根相鄰的工型鋼接頭位置禁止平行，需垂直錯開大于1 m的距離，基坑底2 m之內禁止存在型鋼接頭。

(3) 型鋼在插入期間應采用定位導向架進行固定，盡量保證其垂直度，型鋼插入到位之后，應做出固定，將已插好的型鋼進行連接，避免發生型鋼移位。

2.1.4 工型鋼拔除

工型鋼在后期的施工中需要拔除回收，在型鋼開拔前，應在表面涂抹減阻劑，減少工型鋼和水泥、土體的黏結，起拔阻力應小于型鋼破壞強度，過大的阻力會導致型鋼出現損壞，無法回收再使用[4]。本工程采用2臺200 t液壓千斤頂和25 t汽車吊機對型鋼進行拔除，當型鋼拔除之后應該及時使用水泥漿液進行填充，待有一定強度后再拔除其余型鋼。

3 監控量測

3.1 監測方案設計

為了確保隧道基坑開挖施工中圍護結構、主體結構、地下管線及交通的安全，需對基坑開挖及主體結構施工全過程進行監測[5]。監測數據與預測值相比較，以確定和優化下一步施工參數，做好信息化施工?，F場量測結果用于信息反饋并優化設計，使設計達到安全、經濟合理、施工快捷的目的。監測的主要內容見表2。

表2 監測內容

施工前應由有資質的檢測單位編制監測方案，并經設計、監理、建設方認可。施工監測點的布置應嚴格按照設計提供的參數進行布設。施工期間嚴禁破壞基坑監測點，需保證監測點的完整，日常巡視工作中，應注意監測點的健康，若發現被破壞需及時處理，增設監測點?；颖O測工作應嚴格按照設計提供的監測頻率及監測方案進行。

3.2 監測反饋

尋找一種能夠較好反映監測數據變化規律和趨勢的函數關系式，對下一階段的監測物理量進行預測，防患于未然。如預測最終位移值，預測結構物的安全性，并據此確定工程技術措施等[6]。因此，對每一測點的監測結果要根據管理基準和位移變化速率等綜合判斷結構和建筑物的安全狀況，并編寫周、月匯總報表，及時反饋指導施工，調整施工參數，達到安全、快速、高效施工之目的。

當施工中出現下列情況之一時，應立即停止施工，采取措施處理。

(1) 監測數據有不斷增大的趨勢。

(2) 時態曲線長時間沒有變緩的趨勢等。監測資料的反饋程序及監測信息反饋流程如圖1所示。

圖1 監測資料反饋管理程序及監測信息管理流程圖

3.3 監控量測質量保證措施

監測單位應與監理單位密切配合，定時上報監測現狀，并提供真實可靠的數據和記錄。監測點位的布置應科學合理，位置準確，安全穩固，并設立醒目的保護標志。監測材料、監測元件以及儀器設備應有合格證書，監測點能夠及時地反映基坑的實際變化。監測數據應定期進行整理匯總成監測報告，并上報各個單位，監測報告應包括階段變形值、變形速率、累計值，并繪制沉降槽曲線、歷時曲線等，做必要的回歸分析，以及對監測結果進行評價[7]。

4 SWM工法樁方案的優點

通過在寧夏銀川沈陽路-親水大街下穿隧道工程的成功應用，SMW工法無疑具有更廣泛的前景。并且，同其他各類形式的圍護形式相比，SMW工法樁圍護結構有以下特點：

(1) 施工影響較小。工法樁的灰漿攪拌機機頭為螺旋式，在施工期間，排土的方式為螺旋效應，對土體的擾動較小，無須開槽和鉆孔，避免了孔壁出現坍塌的危險，對周邊的道路、管線、地面和建筑物破壞較小。

(2) 抗滲性能高。切削和攪拌是反復進行的，水泥漿和土體能夠充分地進行融合，形成質地均勻的水泥土，水泥土的滲透系數極小，有著更好的止水效果[8]。

(3) 施工噪聲小、振動小、工期短。SMW工法樁圍護結構采用就地加固原狀土，成樁速度快，墻體構造簡單，施工效率高[9]。省去了挖槽、安放鋼筋籠等工序，工期較其他工法大大縮短。

(4) 更加節能環保。在建筑工程領域地下圍護結構中，地下連續墻和鉆孔灌注樁作為傳統圍護的施工工藝，過程中使用了大量的鋼筋，造成其不能回收重復利用且圍護結構大部分永久性地埋在了地下，造成了極大的鋼鐵資源的消耗和地下空間資源受到圍護結構的污染。而工法樁中的H型鋼大部分都拔除回收，且結構本身強度低，不會對地下空間資源的使用造成占用和浪費，對我國西北地區進行建設節約型社會有著重要的意義。

5 結束語

本文結合寧夏銀川沈陽路-親水大街下穿隧道工程的成功應用，證明了SWM工法樁的功能和特性，具有工期短、隔水性強、對周圍環境影響小、經濟指標好等特點。同時，工法樁在施工完成后，可將型鋼從水泥攪拌樁中拔出，達到回收和再次利用的目的，場地整潔，噪聲小，也具有良好的社會效益。本文的分析結果對于類似的工程具有較強的借鑒和參考價值。