段 旺 左 敏 张天冰 王志伟

(中建五局第三建设有限公司，湖南 长沙 410600)



110 kV高压线下地铁施工桩基成孔选择应用研究

段 旺 左 敏 张天冰 王志伟

(中建五局第三建设有限公司，湖南 长沙 410600)

结合长沙市5号线湘龙路站110 kV高压线下桩基成孔工程实况，并基于桩基成孔的理论依据，从成本、质量、安全等角度，比较分析了冲击成孔与人工挖孔两种方式，指出高压线下低净空成孔选择冲击成孔方式更合理。

桩基，高压线，冲击成孔，人工挖孔

1 工程背景

湘龙路站位于万家丽路与湘龙路交汇处，单柱双层双框结构。车站整体长度193.7 m，标准宽度为20.7 m。采用明挖法进行基坑开挖。车站西侧，沿南北向有一根110 kV高压线。车站北侧，沿东西向有一根110 kV高压线。2根高压线敷设车站西侧与北侧，整体影响着车站前期围护结构和后期主体结构施工。于整个车站进度而言，降效的表象尤为明显。

2 桩基成孔理论依据

一方面在考虑桩基成孔时会根据岩层、桩深，选择适合的成孔方式。另一方面，在考虑桩基成孔时，会优先考虑钻孔效率,以节约进度成本。湘龙路站非高压线影响区域内采用旋挖成孔，分析旋挖成孔效率。

旋挖成孔效率分析。旋挖成孔：旋挖钻机施工中每当钻头装满土后都要提钻卸土，然后再把钻具下到孔底。显然孔深越小，效

率越高。

钻进效率：V=H1/(t1+t2+2H/V1)。

其中，H1为每钻进尺量；t1为钻满一斗所需时间；t2为卸土时间；H为孔深；V1为提钻速度。

从上式可知，当其他参数不变时，H越大则V越小，当孔深超过100 m后，钻进效率急剧下降，当孔深超过100 m时钻进效率会低于其他工法效率，且事故率大幅升高。在其他参数不变时(孔径、岩层同等下)，根据现场实际情况V=0.2 m/min，也就是说在孔深25 m的情况下，成孔时间大约在2 h。因此在不受高压线影响区域下采用旋挖成孔是一种有效的提效措施。

3 110 kV高压线下桩基成孔

原计划采用的旋挖成孔，由于受车站西侧和北侧高压线影响，施工作业的安全高度无法满足旋挖机械的高度需求。只能采取其他成孔方式。

表1 起重机械与架空线路边线的最小安全距离

从表1中可以看出，110 kV高压线安全净空需求在5.0 m(以垂直方向为主)。经过实测实量，车站西侧高压线最低位置点在13 m左右，无法满足旋挖机械的作业高度需求。一方面根据实测实量，两侧高压影响桩基为85根。另一方面当现场实际情况无法满足时，我们考虑其他成孔方式，并对其效率、成本、质量、安全进行比较分析，择优选取合适的成孔方式。

3.1 冲击成孔的选择

冲击成孔是指利用冲孔钻机动力装置将具有一定重量的冲击钻头提升到一定高度后让其自由下落，利用自由下落的冲击动力对孔底进行周期性的冲击破碎，过程中用泥浆循环的方式对孔内碎屑进行清理，形成具有一定直径和深度的桩孔。从效率来说：冲击成孔钻机自身重量有限，进行硬土地层钻孔时，难以保证钻头施加足够的压力，从而影响了成孔的速率，且每钻进1 m～2 m需停钻掏渣，大部分作业时间消耗在提放钻头和停钻掏渣上，桩孔越深，提钻、掏渣耗时越长，其整体冲进速度较低。另外随着冲击深度的加深，冲击力的增大，冲击高度相应减少，冲击次数相应增多，也影响着成孔速率。

表2 冲击高度与冲击次数关系表

从表2中可以看出，当钻具冲击高度越高时，合理的每分钟冲击次数越小，因此我们在冲击成孔时更多的根据岩层的不同考虑冲击高度，从而减少冲击次数，才能有效的提高冲击效率。成孔后的操作平台移动，也影响着成孔效率。

湘龙站钻孔深度25 m，冲击成孔在考虑同等参数情况下成孔所需时间为3 d。综上所述，冲击成孔在成孔效率上，明显低于旋挖成孔。但是冲击成孔在钻进过程中，已用泥浆护壁，对于成孔过程中的塌孔、跨孔有很好的支护作用。

从成本上分析，冲击成孔在机械成本上投入明显低于旋挖成孔，与人工成孔机械相比投入相差无几。冲击成孔在材料成本上，主要体现在成孔过程中的泥浆护壁，使得泥浆稠度将会偏稀，护壁厚度偏薄，同时会扩大孔径造成充盈系数的偏大。另外由于冲锤上下往复运动，随着钢丝绳的旋转带动冲锤摆动容易造成桩孔不圆，扩孔率较高，其混凝土充盈系数会增大。在运输成本上，因为冲击成孔采用泥浆循环方式清渣，淤泥含水量高，淤泥量大约是理论方量的1.8倍，运输工程量增大且运输不便。在管理成本上，由于冲击成孔施工工艺，会产生大量的泥浆泥渣，影响现场文明施工，管理投入加大。

从质量上分析，冲击成孔采用循环泥浆进行护壁，钻进过程中对塌孔、堵漏有一定的积极作用，但是在钻进过程中，机械本身的自重性和重锤的重力作用会影响孔径变化。另外，对于持力层的判定，冲孔桩是有其特殊优势的，冲孔桩机靠泥浆循环能将孔底的岩渣带出，能及时准确判断出岩层沉渣，能及时达到设计标高。

从安全上分析，冲击成孔属于机械钻进，不易造成人员的损伤。

3.2 人工成孔的选择

人工成孔是指人工通过小型机械进行开挖桩基土石方，现场浇筑钢筋混凝土的成孔形式。从效率来说，人工挖孔以地层情况为主，需边挖边进行人工钢模的支护。湘龙站地层上部为素填土、粉砂土、淤泥质土。每挖一模，需采用砂浆进行钢模支护。并且随着孔深越来越深，支模次数越来越多，单个成孔时间长。人工开挖后的渣土需靠机械进行孔内装运，作业面小，影响开挖效率。其优势为，施工工艺简单，现场无需大型机械设备，场地要求小。

从成本上分析人工成孔，人工成孔的机械设备投入低廉，占地要求低，用电量小，成本投入低。人工成孔在材料成本投入上，人工开挖需要砂浆护壁，并且护壁时要扩孔，按每边15 cm计算，扩孔后直径会比原来孔内径大30 cm。以湘龙路钻孔灌注桩直径1 m来计算充盈系数。

湘龙路站钻孔桩桩号E100设计地面标高为41.0，桩底标高为26.0,桩长为25 m。计算出钢筋截面面积:3.14×0.432=0.58 m2，那么理论混凝土为25×0.58=14.5 m3。

实际方量则根据实际钻孔深度进行计算，实际桩底标高为25.5。根据实际情况，我们在浇筑过程中会超过桩顶标高1.5 m，也就是浇筑过程中实际深度为(25.5+1.5)×0.58=15.66 m3，我们把这个结果叫做实际理论方量值，用来计算充盈系数。那么现场混凝土搅拌车的浇筑量为最终准确值，共计22 m3，充盈系数也就等于现场浇筑值/实际理论方量值即22/15.66=1.4。从上述结果可以看出因为护壁扩孔的影响，人工挖孔的充盈系数达到了1.4，对材料成本的浪费是显而易见的。在管理成本上主要体现在进度加快之后，人员的投入使得现场的管理难度加大，另外，人工挖孔在使用小型机械时，易造成扬尘，对城市区域内的环境污染加重。

从质量上分析，人工挖孔对于地层岩层要求非常高，以湘龙站地层为由，地下有淤泥质土、构造角砾岩，在开挖成孔过程中的护壁要求很高。另外，在施工过程中，正逢长沙雨季，开挖成孔过程中的排水，清孔，清渣，更易造成塌孔。另一方面，人工桩在单桩轴向承载力上大于机械桩基。就承载力而言，人工成孔时占据优势。

从安全上分析，湘龙路站高压线影响区域内的钻孔灌注桩离西边临时通行车道不过4 m,以设计要求按照地面超载的侧向荷载10 kPa来估算，按照每米逐渐侧压，会对正在开挖的人工成孔造成侧向挤压，导致在地质松散的土层以及孔内承载力不够的情形下，造成孔内塌孔、跨孔。另外，人工挖孔时要时刻保持开挖过程中的空气流通，要时刻注意工人在进出孔内的安全措施是否到位。再者，人工挖孔过程中遇到的岩溶、流砂等不明地质情况易造成人员掩埋等安全问题。

4 结语

湘龙路站钻孔灌注桩在高压线影响区域内，通过人工挖孔与冲击成孔在效率、成本、质量、安全的对比分析，明确了冲击成孔在效率和安全上的优势，指出了在湘龙路站周围环境下的人工挖孔桩的不足；肯定了在高压线下施工采取冲击成孔的施工工艺，减小了由于高压线因素造成的降效。

最后，城市地铁桩基施工在考虑选择何种成孔工艺时，应根据周围环境，施工进度，设计要求来选择合适的施工工艺，并应在效率、成本、质量、安全上进行一分为二的分析才能满足施工需求，提高施工效率。

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Research on the selection and application of railway construction pile foundation drilling under 110 kV high voltage wire

Duan Wang Zuo Min Zhang Tianbing Wang Zhiwei

(ThirdConstructionLimitedCompany,ChinaConstructionFifthBureau,Changsha410600,China)

Combining with the pile foundation drilling engineering situation of 110 kV high voltage wire of Changsha No.5 line Xianglong Road Station, and based on the theoretical basis of pile foundation drilling, from the cost, quality, safety and other point of views, comparatively analyzed the impact drilling and artificial digging two ways, pointed out that the low clearance drilling selected impact drilling more reasonable under the high voltage wire.

pile foundation, high voltage wire, impact drilling, artificial digging

1009-6825(2017)07-0058-03

2016-12-23

段 旺(1986- )，男，工程师； 左 敏(1989- )，男，助理工程师； 张天冰(1989- )，男，工程师； 王志伟(1993- )，男，助理工程师

TU473.1

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