临近铁路营业线人工挖孔水磨钻施工技术

吴 宏 海

(中国中铁四局集团有限公司第七分公司，安徽 合肥 230000)

临近铁路营业线人工挖孔水磨钻施工技术

吴 宏 海

(中国中铁四局集团有限公司第七分公司，安徽 合肥 230000)

结合工程实例，阐述了铁路侧挖孔桩遇到岩层后采取水磨钻施工的原理，从技术标准、准备工作、水磨钻施工三方面研究了临近铁路营业线人工挖孔水磨钻的施工技术，并对施工中遇到的一些问题进行了总结，提出了相应的处理方案。

水磨钻施工，岩层，铁路，营业线

0 引言

近年来随着施工技术的快速发展和靠近铁路营业线安全施工的严格要求，人工挖孔桩水磨钻施工以其干扰小、占地小、无泥浆排出、可大面积开展施工、造价低等优势得到了设计单位和施工单位的认可。特别是在岩层结构强度高的桩基施工中，更是具有优越性，可以弥补一般钻孔桩钻头冲击大和炸药爆破震动大的缺点。笔者就某跨铁路侧桩基人工挖孔谈谈水磨钻施工。

1 工程概述及地质条件

高速公路跨越铁路，铁路处桥梁上部采用50 m预应力混凝土T梁，下部桥墩采用双柱式桥墩，桥墩直径2.2 m，桥墩高度30.8 m～31.2 m；桩基采用直径2.4 m钻孔灌注桩，两桩距离为7 m。

由图1可知24号墩桩基距隔离栅最小净距0.8 m，其他最小距离分别为1.4 m，2.4 m，2.0 m，桩基均距铁路路基较近。地表主要为第四系全新统黄土、粉质粘土、卵石土，承载力基本容许值(fao)为120 kPa～500 kPa，黄土和粉质粘土层厚度一般在2 m～5 m,卵石土厚度为2 m～3 m,下伏基岩为强～中风化基岩, 承载力基本容许值(fao)为900 kPa～1 200 kPa。

2 施工方案

2.1 施工原理

水磨钻主要由水磨钻机、水磨钻筒和专用水泵三部分组成。一般1个水磨钻机配备3个～5个水磨钻筒，1个水磨钻筒上有7个刀头。水磨钻筒外径为16 cm，内径为14 cm，壁厚度为1 cm，高度为60 cm，一个循环可钻50 cm～60 cm。专用水泵的外径为12 cm，高度为40 cm。非常适合桩基孔底入岩施工。

水磨钻法主要是通过水磨钻机沿桩径内沿钻若干个孔，孔孔相连，钻孔后取芯，待所有水磨钻钻孔连成一个环后，桩芯就和桩壁分离了，形成了桩芯的临空面，然后对剩余的桩基岩芯部分进行分块，沿圆半径取芯分块形成内部临空面。在分块的岩石上钻上一排小孔，然后在小孔内锥入钢楔子，捶击钢楔挤压岩石，使岩石同时受到铅锤面上的拉力和水平面上的剪切力作用，当挤压力大于极限抗拉力和极限抗剪切力之和时，岩石沿铅锤面被拉裂并从底部发生剪切破裂，分解成若干小块，利用卷扬机吊出孔外，取出分裂的岩块。依次按照分层取芯、破裂、取岩块的循环工序作用，最终达到成孔的目的。无论从取芯和破碎中间部分，其受力原理只是局部片石受力，对周围岩层不产生影响，具体见图2。

2.2 施工工艺

水磨钻孔桩的施工工艺顺序见图3。

2.3 施工方法

1)技术标准。扩底倾斜角度计算：水磨钻机高1 500 mm，钻筒外径为160 mm；电机或支架超出钻芯前端80 mm，正常钻孔时钻机倾斜角度即为(80+160/2)/1 500=0.107，倾斜角度不小于tan(0.107)-1=6.107，才能保证不缩孔。向外扩底时，钻机倾斜角度不小于10°就不易固定钻机位置，tan10°=0.176，向外扩底宽度0.176×1 500-(80+160/2)=104 mm，即每500 mm可向外扩100 mm宽。

2)准备工作。施工前技术人员对桩位进行放样定位，并根据图纸要求，放出桩位的圆周线，并对施工人员进行技术交底和安全交底；现场所需物资材料设备到位，挖孔机具安装必须牢固。开始钻孔前，首先沿桩孔四周开挖并浇筑钢筋混凝土锁口，锁口高出原地面30 cm，作为桩孔的防护结构，防止钻孔过程中杂物或明水进入桩孔。在进入岩层之前可以利用铁锹等工具人工挖除土层，并及时浇筑混凝土护壁，控制开挖进尺以保证铁路基础安全。

3)水磨钻施工。a.准备工作全部完成后，开始水磨钻钻孔取芯。水磨钻开孔沿桩孔四周进行，钻孔直径16 cm，孔深50 cm左右。钻孔时向井孔外侧倾斜3°左右，预留出钻具的尺寸，保证循环施工时桩径不变。沿桩基孔壁布置取芯点，取芯圆与锁口内壁相切。依次钻取外周的岩芯，取出的岩芯高约500 mm，将外周岩芯取完后桩芯体岩外围便形成一个环形临空面。b.手电钻打孔。全部钻孔及取芯施工完成后，用手电钻在剩余桩芯岩体上钻眼，再将桩芯岩石分成6等份或8等份，具体等份可根据桩径大小调整，便于破裂即可。c.插入钢楔、击打钢楔分裂岩石。在沿桩基径向手电钻钻出的孔内打入钢楔，用大锤锤击钢楔使岩体获得一个水平的冲击力，在水平冲击力作用下岩石沿铅锤面被拉裂，底部会发生水平剪切破裂。依次分裂岩体，直至该层桩芯岩体全部被破裂。d.孔芯和石块外运。为了不影响铁路四周环境，水磨钻施工一边进行，一边对取出的钻芯组织外运。钻芯外运采用吊斗，卷扬机吊装吊斗运出到指定的弃渣场。破碎的石块用电锤或风镐进行破碎，保证直径在20 cm以下，使用卷扬机、吊斗外运。石块清运干净后继续下一轮的钻孔取芯，破碎外运施工。e.桩孔修正及下一循环的施工。由于水磨钻钻芯后桩基孔壁呈锯齿状，为保证有效桩径与设计桩径一致，要敲掉侵占桩基空间的岩石锯齿。通过锁口护桩在桩孔内标出设计桩中心，检查桩基底部偏位情况并及时纠偏，同时标出下一个循环外周水磨钻钻孔取芯位置，进入下一循环的钻孔桩施工。

3 施工中常见危害铁路营业线正常运行问题的解决方法

1)孔桩内积水、孔桩间互相渗水，都有可能导致塌方，在作业面，要设置积水坑，利用已挖好的1个～2个深孔桩积水，并用高扬程水泵及时的、不定时的抽水。 如遇到地下水不大时，可采用单桩桩内抽水，如遇到地下水丰富时可采用多桩桩内同抽水，防止孔壁坍塌，造成对铁路基础的影响。2)如遇到流砂、土泥层和破碎岩层或裂隙时，可减少开挖深度，按设计方案施工混凝土护壁，防止孔壁坍塌，造成对铁路基础的影响。3)由于施工场地的限制，施工道路往往距离边桩很近，车辆的通行产生的振动对护壁的安全也会造成不利的影响。3 m以内不得有机动车辆行驶或停放。在下孔施工前、施工中设专人观察护壁有无裂缝，如有裂缝，则应报告，待查明情况，采取安全防护措施，确保安全后下方可继续施工。4)当相距10 m以内的邻桩正在浇灌混凝土或桩孔积水很深时，都有可能对正在进行的孔内出现涌水，对孔壁构成威胁，因此应暂停施工，并随时加强对孔壁涌水情况的观察，发现异常情况应及时采取处理措施。对同排2根桩基的应进行追根施工，对同排2根以上桩基的可采取跳槽法施工。

总之，水磨钻施工从其施工的原理和工艺可以看出，主要是利用片石局部受力的方法来达到钻孔的目的，对周围的结构不产生任何干扰，因此在临近营业线施工中可以发挥其很大优势，当然在施工前要做好地质勘探以便提前做好应对各种突发问题准备，施工中孔内孔外防护工作也很重要。

4 结语

通过本工程的施工，笔者认为水磨钻施工在特殊情况下优势是显而易见的，解决了目前很多临近营业线桥梁桩基施工，受侵线条件制约一般不能采用钻机成孔，而采用人工挖孔成孔在岩层要进行爆破作业，影响铁路行车安全的难题。水磨钻设备小、可以在孔内进行作业，实现了桩基岩层小型机械开挖，保证了临近铁路线桩基施工安全需要。

The water drilling construction technology of artificial dig-hole near the railway running line

WU Hong-hai

(The7thBranch,ChinaRailwayFourthGroupLimitedCompany,Hefei230000,China)

Combining with the engineering examples, this paper elaborated the used water drilling construction principle of railway side digging pile encountered rock layers, researched the water drilling construction technology of artificial dig-hole near the railway running line from technical standards, preparation work, water drilling construction three aspects, and summarized some problems encountered in construction, put forward corresponding solutions.

water drilling construction, rock layer, railway, running line

1009-6825(2014)11-0207-02

2014-02-08

吴宏海(1979- )，男，工程师

U215

A