硬岩地层微型钢管桩抑尘降噪绿色施工技术研究

马天翔，王广群，侯镕镍

（中国建筑第五工程局有限公司，济南 250000）

党的二十大明确提出，要把我国建设成为交通强国。地铁作为城市轨道交通的中流砥柱发挥着不可替代的作用。然而，地铁车站建设位置通常处于城区闹市区，周边环境复杂，人口密集，地铁施工从建设初期就面临诸如噪音、扬尘等各种问题，成为项目施工阶段面临的突出问题。部分岩质基坑地铁车站围护结构中采用的微型钢管桩施工产生的噪声、扬尘不仅影响周边商铺正常营业，也容易导致附近居民产生极度反感情绪，信访隐患极大。不仅制约施工生产，也有损地铁建设这一民生工程在人民群众心中的形象。

为了减少施工过程中噪音、扬尘污染对周边环境的影响，通过研究机械设备原理，对扬尘、噪音产生的原因、传播途径、抑制措施等进行了探索和研讨，力求达到“文明清洁、施工高效、成本可控”的目的。应用钢管桩桩机孔口加装吸尘器进行扬尘控制；采用新型带消音装置的空压机，使用声屏障材料制作隔音棚及围挡，从根源及传播途径上双重控制噪音传播，以达到施工抑尘降噪的效果，实现绿色文明施工。

1 工程背景

1.1 工程概况

青岛地铁7 号线二期工程分为2 段，南延段和北延段，全长约16.896 km，全部为地下线，共设14 座车站，均为地下车站。北延段自一期工程终点东郭庄站向北，沿S209 穿过青新高速转向桃源河二路，沿桃源河二路向东至墨城路，在墨城路转向北穿过即墨中心城区。

线路终点站营普路站是青岛地铁7 号线二期的第14 座车站，位于即墨区主干道墨城路与规划三十二路交叉口附近，站位东侧为沿街商铺、中石化加油站及醉美江南酒店，西侧为惠新苑小区、新都花园小区及3 层商铺，现状道路为双向6 车道，为即墨区联系南北的主干道。车站基坑范围内存在通信、雨污水、给水、燃气及其他TV、路灯等线缆。车站周边环境复杂，紧邻住宅小区2 座，幼儿园2 座，沿街商铺较多，对噪音、扬尘控制等安全文明施工要求较高。

1.2 工程及水文地质

勘测结果显示，勘测场区第四系厚度0.30～3.4 m，主要为全新统人工堆积层，下伏基岩为白垩系青山群八亩地组，以安山岩为主，部分火山角砾岩。安山岩与火山角砾岩平行产出，工程性状相近。由于长期受内外地质营力的作用，场区岩体物理力学性质从上到下形成了不同性质的风化带，并不同程度地发生了空间变化。不同岩性由于其矿物成分、结构构造不同，受内外动力作用改造的程度不同，导致其风化程度及风化带特征也有较大差异[1]。

中等风化安山岩主要分布于基岩浅部，揭露层厚1.3～6.30 m，节理裂隙发育，节理面平直、光滑、闭合，属破碎-较破碎的较软岩-较硬岩，岩体基本质量等级Ⅳ—Ⅴ级。揭露段岩体属破碎-较破碎的较软岩-较硬岩，岩体基本质量等级Ⅳ—Ⅴ级。

微风化安山岩稳定分布于场区，揭露厚度1.60～35.80 m。灰色，矿物蚀变轻微，节理不发育，岩体较完整，锤击声脆，岩样多呈短柱-柱状，属较完整-完整的较硬岩-坚硬岩，岩体基本质量等级Ⅱ—Ⅲ级。节理发育带岩体属较破碎-较完整的较硬岩-坚硬岩，岩体基本质量等级Ⅲ—Ⅳ级。

本车站地下水类型为基岩裂隙水，主要赋存于基岩强-中风化带岩石中，呈现出不同的性状，风化及裂隙程度较为发育，通常呈现为层状，具统一水面，地下水位随地形的升高而增大。风化裂隙水水量较小，富水性贫，其下伏微风化-未风化花岗岩为良好的隔水层，涌水量受季节性影响较大。构造裂隙水主要赋存于中等风化和微风化基岩构造破碎带、后期侵入的脉状岩脉挤压裂隙密集带中，呈脉状、带状产出，地下水径流深度较大，径流方向复杂，具有一定的承压性。

1.3 基坑围护设计概况

基坑整体结构采用明挖法施工，加上本站较高的岩面线，所以采用了2 级钢管桩+锚索+锚杆的支护方式进行施工。钢管桩上部用直径为168 mm 的6 mm 壁厚钢管，间距为0.75 m，下部用直径为127 mm 的5 mm 壁厚钢管，间距为1 m。在桩顶设置冠梁，采用喷射混凝土的方式，将钢筋网悬挂在坡面上。如图1 所示。

图1 地质横剖面及围护结构图

2 机械设备选择

施工区域上覆薄层第四系填土层，下伏中-微风化安山岩、微风化火山角砾岩，属于硬岩。对于硬岩来说，使用潜孔锤钻进更为有利，钻头与孔底岩石碰撞后，在孔底形成破碎区域，产生岩屑及扬尘，由于硬岩脆性比较大，因此更易形成破碎区，加快了钻孔施工进度，提升了施工效率[2-3]。

对直径127 mm/168 mm 的微型钢管桩成孔来说，通常采用气动潜孔锤，由空压机提供压缩空气作为动力来实现活塞在气缸内的不断往复运动，从而带动柱齿硬质合金钻头不断往复冲击回旋，实现岩石破碎，同时压缩空气将钻孔内破碎岩屑吹出，从而实现钻孔钻进。

3 存在问题

空压机工作原理是通过将机械能转化为空气能来进行工作，压缩后的空气再作为动能实现机械运动，但是空压机是大型噪音源；同时潜孔锤钻头在空压机带动下高速冲击坚硬岩体，相互碰撞下会产生较大的噪音及振动，对周边环境影响比较严重。

岩体被钻头破碎后，孔底钻渣、岩屑等碎块状及粉尘等细小颗粒经过高压空气吹扫，清出孔底后从孔口散出，因经过高压空气吹扫，扬尘较大，工人需佩戴面罩施工，且对周边空气质量产生较大影响，尤其对于基本都在闹市区施工的地铁来说，将会严重影响周边居民、商铺、企事业等单位及作业人员身心健康。因此需要针对潜孔锤这种机械设备的工作原理进行研究，采取针对性措施进行扬尘、噪音的控制，实现绿色施工，助力青岛建设世界一流地铁目标体系的实现。

4 抑尘降噪措施研究

4.1 噪音控制

通过分析，从设备产生噪音的根源及传播途径上双重控制噪音传播，使用新型带消音装置的空压机，采用声屏障材料制作可移动式隔音棚及围挡，物理手段二次阻断传播途径，有效减小了噪音对环境的污染。

4.1.1 新型空压机

为从源头解决空压机噪音较大问题，经调查，选用低噪消音空压机，该类型空压机是在排气口加装阻抗复合式消音器，高压气体在消声器内经过一次控流后进入降压仓扩容，从而形成低压气体从小孔喷出，最后经阻声罩有效吸收剩余噪声。经实测，消音器可降低噪音30dB 以上。

4.1.2 装配式声屏障围挡

除进行设备本身噪音控制外，声屏障技术等物理手段阻断传播途径是目前噪音控制最有效的措施之一，项目施工现场采用声屏障材料制作围挡，项目前期经多方考证，施工围挡决定采用装配式声屏障围挡，声屏障围挡的应用为项目后期妥善解决噪声问题奠定了一定基础。

4.1.3 可移动式隔音屏

为更好地控制施工现场噪音，项目针对产生噪音的机械设备采取重点控制措施，发明可移动式隔音屏（图2），使用隔音屏将机械设备围蔽，从声源处开始消音，起到较好降噪功能。其工作原理如图3 所示。

图2 可移动式隔音屏

图3 可移动式隔音屏工作原理

隔音屏挡板采用与声屏障围挡同材质降噪材料；挡板之间焊接20 cm×20 cm×0.5 cm 的连接钢板，通过螺栓连接将挡板拼装成型，内部龙骨采用5 cm×5 cm×0.2 cm的镀锌方管，间距1 m×1 m 布置；底部安装万向轮；顶部设15 cm 宽收口边檐，用于对声源进行绕射衰减，降噪原理与声屏障围挡相似[4]。

隔音屏挡材质：声屏障围挡采用百叶孔式结构，外层为厚度1 mm 的外层镀锌钢板，起隔声和支撑作用。

中部材料是一种以声屏障降噪材料为主的吸收声音能量的玻璃棉制品。噪音通过声屏障的百叶孔进入吸音棉，一部分通过玻璃材质棉丝的振动，转换成热能消耗掉能量，另一部分则通过与外层钢板的隔断，达到共同吸收、共同使用的目的。可移动式隔音屏主要针对在正常使用下，易产生噪音超限的机械设备，如空压机、潜孔钻机、发电机等，采用封闭隔音+消音原则进行控制噪声扩散。通过现场实测，可有效降低声源设备噪音10～15 dB。

4.2 扬尘控制

4.2.1 加装吸尘器

针对微型管桩施工扬尘较为严重问题，发明桩机加装吸尘器，吸尘器根据现场降尘要求自主加工制作，能有效降低空气中粉尘浓度。在桩机打桩位置增加吸尘器，从而使扬尘在产生源头就得到有效抑制，防止扬尘扩散后二次降尘。吸尘器可与桩机合并为一体，开启后无须再次安排专人操作，并且操作简单，人工、材料投入成本可控。

吸尘器包括外部结构和内部结构，内部结构用来控制外部结构。外部结构包括有橡胶垫圈的捕尘口、除尘盒，在除尘盒侧壁上连接可拆卸风道，以及在除尘盒中设置除尘组部件用来进行除尘处理。内部结构包括液压油控制组件、连接控制组部件的液压箱、连接控制组部件的提升式油缸，以及控制风管吸气时连接控制组部件的液压式电动机[5]。

高压气体从孔底吹出钻渣和粉尘进入有胶垫的捕尘口，再由风管将含尘气体引入除尘器后，由于气流截面突然扩大，降低了气流速度，在重力和惯性力的作用下，将其中颗粒较大的岩屑等沉降至一级滤清器[6]；粒度细、密度小的粉尘粒子进入滤腔后，经布朗扩散、筛滤、碰撞、勾挂和静电等综合作用，使粉尘沉积在滤料表面，净化后的气体经风机排出后，进入气室，经风机排出粉尘，过滤后的粉尘由风机排出。

吸尘器安装（图4）：①捕尘口安装。把滑架上的2 个定位铁块割掉磨平，再把原潜孔钻车的导向套割掉，最后安装捕尘口。②提升油缸安装。把油缸的液压杆安装在捕尘口上，之后将油缸全部拉出，在油缸的上端安装油缸固定座，把油缸固定座焊接在滑架中心的偏后位置。③支架安装。把支架焊接在钻车大架上。④箱体安装。用起重设备把箱体吊起安放在支架上，用螺栓固定好箱体。

图4 桩机加装吸尘器

4.2.2 辅助降尘措施

为彻底解决扬尘问题，项目又采取孔口覆盖防护罩、雾炮机辅助降尘等一系列行之有效的措施配合吸尘器共同使用，彻底实现钢管桩施工全过程无尘作业环境。如图5 所示。

图5 孔口防护罩及雾炮机辅助降尘

孔口防护罩采用方钢管及铁皮根据钻机实际大小进行制作。为保证罩体强度及后续周转使用次数，方钢管尺寸采用40 mm×40 mm×1.5 mm，铁皮采用0.5 mm 规格，防护罩底部留有约30 cm×30 cm 铲渣口，未被吸尘器吸收的扬尘、渣土经防护罩及雾炮降尘后，工人采用铁锨等工具铲除。

移动式小型雾炮机具有重量轻、体积小、机动性强等特点，通过高压泵将水通过喷雾模组雾化，再由风机将雾化后的水喷出较远距离，由于雾化后的水雾都是较为细小的微米级别，喷嘴喷出的水雾能与空气中扬尘、灰尘及粉尘等细小颗粒结合、吸附，颗粒在重力作用下落至地面，从而达到除尘、净化的显著效果[7]。同时雾化水汽对夏季高温天气下的施工环境降温具有较好的效果。

5 效果验证

钢管桩施工吸尘器降尘与声屏障噪声抑制已在青岛市地铁7 号线二期工程三标段营普路站成功应用。本车站为明挖装配式车站，全长285.7 m，标准段宽20.5 m，基坑深20～22 m，采用二级钢管桩+锚索+锚杆支护。

由于基坑开挖量较大，钢管桩工程量多，且工程临近周边为住宅小区、沿街商铺等居民区，抑尘降噪迫在眉睫。通过吸尘器降尘与声屏障噪声抑制，有效提高了环境保护和降低了扰民程度，得到了业主及监理的好评，并且成功获评青岛地铁集团2022 年度安全文明标准化示范工地，取得了良好的经济与社会效益。

经现场实测，吸尘器在低钻速钻进时，在同等钻进速度下可有效减少70%的粉尘生成，在低钻速下，扬尘可基本被全部吸收。施工现场采取上述隔声降噪技术后，通过长期对施工现场内、外噪声值进行监测；统计数据表明，施工现场产生的噪声经过可移动式隔音屏、装配式声屏障围挡阻隔后，噪声值均在规范要求的允许值范围内，隔声降噪效果良好。

6 结束语

钻机加装抑尘吸尘器从扬尘产生的源头进行消除，防止扬尘扩散后二次降尘，除尘效果好，且设备操作简便，同时再利用孔口防护罩及雾炮机辅助降尘；可移动式隔音屏从噪音源头抑制噪音传播，使用灵活，安装成型后可在场地内任意位置挪动，不受施工区域的限制。抑尘降噪措施实现钢管桩施工全过程无尘、低噪音作业环境，极大地减少了施工扬尘噪音对周边居民及作业人员的影响，实现微型钢管桩成孔过程的抑尘降噪绿色施工。