既有桩基侵入新建地铁隧道的探测技术及其施工对策——以广州市轨道交通7号线区间隧道工程为例

赵 驰，黄伟雄

广州地铁集团有限公司，广东 广州 510000

1 地铁隧道工程概况

广州市轨道交通7号线二期项目洪圣沙站—裕丰围站区间长1740m，区间主要下穿洪圣沙岛边浮码头、珠江主航道、黄埔港码头，最后进入裕丰围站。

洪圣沙站—裕丰围站区间隧道在黄埔港码头处需下穿黄埔港码头七泊位二线龙门吊、八泊位一线龙门吊。该隧道覆土约为20m，前期资料调查显示，龙门吊桩基为静压管桩，桩径约为500mm，桩长21～24m，侵入隧道深度约为1～4m，数量约为16根，实际侵入状况有待进一步探测验证。桩基探测施工区域平面如图1所示。

图1 桩基探测施工区域平面图

黄埔港码头龙门吊桩基区域由上到下地层情况如图2所示，依次为<1>人工填土层；<2-1>淤泥质土、<2-2>淤泥质粉细砂；<3-2>中粗砂；<4N-2>粉质黏土；<7-1>强风化含砾粗砂；<8-1>中风化含砾粗砂；<9-1>微风化含砾粗砂岩，覆土厚度为20.5～25.6m。

图2 龙门吊轨道梁桩基施工区域地质剖面图

根据地质详细勘测资料，下穿黄埔港段盾构隧道整体位于<8-1>中风化含砾粗砂岩及<9-1>微风化含砾粗砂岩中，岩面基本处于隧道顶部以上3.02～5.74m。一般情况下，管桩的终孔条件为管桩桩端至持力层（强风化地层），其侵入隧道可能性较小。但考虑到桩基嵌固深度等不确定性因素的影响，黄埔港一、二线龙门吊管桩桩基是否侵入隧道尚需进行详细探测，以明确桩长、桩深及数量等重要参数，为科学制订施工方案提供依据[1]。

2 全方位电法技术的基本原理及实际应用

2.1 选择全方位电法的依据

地勘及设计图纸显示，盾构下穿段龙门吊桩基位于轨道梁正下方，为直径500mm的管桩，具体位置待明确；地面为钢筋混凝土路面，厚度为30cm。因为黄埔港日进发货量大，破除地面探桩位将影响龙门吊作业及港内交通，对黄埔港运营影响较大，所以现场不具备破除地面条件，需采用物探方法探明龙门吊桩基具体位置、深度。在不明确桩基位置的前提下，磁法、单孔地震波法、跨孔CT法等常用探桩方法均无法准确探明桩基位置，而全方位电法可在不破除路面的情况下，有效探明桩基位置及深度，因此采用全方位电法进行探测。

2.2 全方位电法基本原理

全方位电法依据混凝土材质、钢质等材料（如桩基及桩靴等）与围岩存在较明显的电阻率、密度及介电常数的差异，来确定所探测物体的探测指标（如桩位与桩长等）。其装置方式沿用高密度电法设备，通过钻孔深入地下探测地下目标体，以立体的方式在地表和井中全方位地实施探测[2]。其探测能力范围为钻孔周边60m，可以高精度地确定目标体在地下的埋藏深度和延伸方向，并且不受地面的电磁干扰及介质交叉和重叠的干扰。全方位电法测绘原理如图3所示。

图3 全方位电法测绘原理示意图

全方位电法探测具有探测范围大、数据采集能力强、避免多种干扰、探测精度高（分辨率达到5%以上）等优点，同时可以避开地下管线或地下工程等进行多方式和多角度的施测，发现地下精细目标体。

2.3 黄埔港探测方案的确定及探测过程

由于管桩成孔条件为桩底位于强风化地层，在桩基探测工程实施之前，应通过地质勘察资料判断龙门吊轨道与地铁隧道相交处<8-1>中风化含砾粗砂岩岩面标高。若岩面位于隧道顶3m以下，不进行探桩；若岩面位于隧道顶3m以上范围或进入隧道，则采用全方位电法进行桩基探测。钻孔布置示意图如图4所示。

图4 钻孔布置示意图

物探钻孔设置在垂直于龙门吊轨道梁方向3m处，探测范围为6m隧道范围内桩基。设计钻孔的探测深度为5～30m。成孔后需利用清水冲洗干净孔内的所有泥沙，并将事先为探测专门制作的PVC管放入，同时确定PVC管的完整性，确保PVC管没有损坏，保证探孔通畅。

施测时，以钻孔为基点，测线方向与龙门吊轨道梁相交呈扇形布置。每个钻孔布设2条电法探测主测线，14条分测线，测线间距为0.4m。每条测线上分布电极，电极间距为0.3m，共有120个电极点。用全站仪对测线起始点及拐点进行定位并标识，各处钻孔测线布设示意图如图5、图6所示。

图5 全方位电法测线布设图（单位：m）

图6 全方位电法测绘现场布置图

2.4 探测成果分析

采用全方位电法，探测完成4个钻孔的8条全方位电法测线，共480个点。将采集到的原始数据进行处理后，可以得到每条测线的视电阻率剖面图，然后结合前期收集到的测区工程地质勘察资料等数据，对4个通过电法探测的钻孔得到的视电阻率剖面图进行合理的解释和分析。因为数据量较大，且原理相同，文章仅以物探钻孔ZZK4为例进行阐述。

在物探钻孔ZZK4处共完成2条全方位电法主测线的探测工作，得到其全方位电法成果剖面如图7所示。

图7 钻孔ZZK4部分测线全方位电法成果剖面图（单位：m）

从图7（a）可以看出，测线ZZK4-1-8处有一条自上而下的视电阻率高阻异常区域，结合勘察资料及成果图可以判断该高阻异常区域为龙门吊桩基位置。综合ZZK4钻孔其余测线成果剖面图，分析该钻孔处共有1处龙门吊桩基，桩基底部埋深为21.8m。

根据测线ZZK4-1-8全方位电法成果剖面图绘制其视电阻率变化曲线如图8所示。

图8 测线ZZK4-1-8视电阻率变化曲线图

由图8可知，深度约22.5m处的上下视电阻率值出现较大突变，判断该深度为中风化顶界面。因此，桩基底面位于物探钻孔ZZK4揭露的强风化层内，未侵入隧道。

综合其他3个钻孔探测数据分析结果，并对测得的桩基底部埋深和预修建盾构隧道顶部埋深进行比较，可得各处钻孔附近桩基的数量、埋深以及与隧道顶部间的距离，结果如表1所示。

表1 全方位电法探测结果

由表1可知，经全方位电法探测到的6个桩基均未侵入隧道，但桩底距隧道拱顶最小距离仅1.1m，平均距离仅2m左右，该间距将对下穿隧道施工带来一定影响。因此，需对既有桩基进行加固处理，以避免风险。

3 新建地铁近接港口既有桩基时的施工对策

黄埔港港区是国家一类开放口岸，施工期间保障其正常运营，对确保广州及周边城市的日常生活、生产和贸易具有重要意义。鉴于此，为了将地铁工程下穿施工对港区生产经营带来的影响及既有桩基对新建地铁的影响降到最低，有必要在下穿过程中对原有桩基进行预加固处理。施工中拟采用预注浆加固方案对原有桩基进行加固处理，根据资料调研与方案比选[3-9]，预注浆采用WSS注浆技术进行施工。

WSS注浆技术采用二重管钻机钻孔至预定深度后注浆。注浆时采用电子监控手段实施定向、定量、定压注浆，使岩土层的空隙或孔隙间充满浆液并固化[10]，达到改变岩土层性状的目的。WSS注浆区域平面布置图和剖面图如图9、图10所示。

图9 WSS注浆区域平面布置图（单位：m）

图10 WSS注浆区域剖面图（单位：m）

采用上述加固方案，在施工中能改变原土体的物理性质，提高土体密度及抗压强度，增强桩基摩阻力，控制地面沉降，从而保证施工安全[11]。

4 结论

（1）利用全方位电法对黄埔港码头龙门吊既有桩基位置、数量、埋深进行探测，探测结果表明，既有桩基并未侵入新建隧道，但与隧道顶部距离较近，约为2m，将对隧道施工产生一定的影响。

（2）依据探测结果，提出WSS预注浆加固方案，对原有桩基进行处理，以增强桩基摩阻力，降低原有桩基对隧道施工的影响。

（3）桩基处理方案的有效性有待在施工中进一步检验。隧道施工中应对拱顶沉降等参数进行实时监测，以确保施工过程的安全。