钢管桩免共振施工对邻近地铁的振动影响试验研究 杨春棚Ｊ 上海汇谷岩土工程技术有限公司 上海 ２０１ １【ｌ８ 摘要：钢管桩施工过程中产生的振动不可避免地会对附近地铁隧道产生一定的影响，针对这一事实，提出了钢管桩振 沉可采用免共振的液压振动锤施工方案。为获取该工艺施工对邻近土体的影响数据．确认所选锤型的适应性与可靠 性，确保地铁安全，以实际工程案例为背景，进行了实桩试验，为工程应用提供了条件，其经验可为类似工程的设计 和施工提供借鉴。 关键词：钢管桩；免共振；地铁振动；试验研究 中图分类号：ＴＵ７５３ ３ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００４．１００１（２０１８）０９—１６５５．０３ ＤＯＩ：１０．１４１４４￣ｃｎｋｉ．ｊｚｓｇ ２０１８ ０９ ０５９ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ＳｔｅｅＩ Ｐｉｐｅ Ｐｉｌｅｓ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ－ｆｒｅｅ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｎ Ａｄｊａｃｅｎｔ Ｍｅｔｒｏ ＹＡＮＧ Ｃｈｕｎｌｉｕ Ｓｈａｎｇｈａｉ ＢＶ Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０１１０８，Ｃｈｉｎａ １ 概述 （ ８００ ｉｆｌｍ×ｌ４ ｍｍ，长２８ ｍ）：卜部结构依次为Ｈ７００ 邻近地铁结构的传统桩培施『＝、基坑 ｔ：挖等施工活动 钢脏顶横梁、Ｈ７００￣钢纵 、１８ Ｉ：字钢｝乔而分 横梁、 对隧道结构或多或少会产生 定的影响，如果施工对邻近 １０ ｌ１１ｍ钢板侨嘶板、 ４５ ｎｌｍ钢管护栏，俐平台 悭８ ｍ． 地铁隧道结构的扰动超标，将影响到地铁的 常运营甚至 钢竹桩设计－Ｊ氐标高为－－２５．５ ｍ，设汁顺标高为＋１．８０ ｍ。邻 停运，后果将十分严亟，社会影响恶劣【Ｉ。］。为了最大限度 近的地铁ｌ３号线隧道顶标高为一ｌ６．１～一１４．４ ｍ。 降低施Ｉ 造成的影响，探索钢管桩施工过程中产 的振动 影响 度，俐瞥桩振沉可采ＪＴＪ免共振的液压振动锤施工。 ３ 测试流程 为获取该工艺铡管桩施：［对邻近土体的影响，确认所选锤 ３．１ 测点布设 型的适心性与可靠性，确保地铁安全，在ｊ 式施１：前现场 为量化钢管机施１：对邻近 休的影响分布规律及程 选取一处（“弹钢琴”段２号仓靠南侧）进仃钢管桩免共振 度，进而判断对邻近隧道结构的影响，考虑实际空问相邻 非原位施：［＝测试，为后续大规模施工提供参考。 关系，决定 离钢管桩施ｌｌ 位置３、５、１０ ｍ处分别 设振 动测试点、深层水半向土体位移测试点、深层垂直向士体 ２ 工程概况 位移测试点，测试深度达管桩端部以下，并至隧道底部一 Ｉ 海市北横通道新缱＿Ｔ：程ｌｌ标筛刚厂段在桩号Ｋ８＋ 倍直径以下，满足测试全面覆盖要求（图１）。 ９５２．９０～Ｋ９＋Ｉｌ ３．７３范围内需要穿越苏州河，长嗖约 ８ｏｍ １ ６０．８３ ｍ。其【ｌ｝】，跨河段起止桩号为Ｋ９＋０２０．００～Ｋ９＋ ０８６．Ｏ０，长度约６６ Ｉｌ。南北 道各呈现一定的弧度，ｊ土中 钢管桩 南线隧道转弯半径为３００ ｍ，北线隧道转弯 仁径为５５０ ｍ。 小 ．Ｈ １，４：苏州河段临【ＪｌＪ 堰仃地铁１ ３号线通过，距离一 心临ｆ１１ｆ闹堰最近处４．５ ｍ，距离二期临时闱堰最近处为 ｌ４．５ ｍ，为考虑地铁运行安全，本段施工钢平台加拉森钢 板ｆ『ｉ：作临时刚堰，俐、 俞结构形式为：摧础采用钢管桩 ２８．００ Ｉ 图１振动测试测点布置示意 作者简介：杨春柳（１９８５一），男，硕士，工程师 通信地址：上海市闵行区虹梅南￣３５０９弄８８号Ｃ２座 （２０１１０８） ３．１．１土体深层侧向水平位移 电子邮箱：ｙｃＩ８５８６３Ｏ＠ｙｅａｈ．ｎｅｔ １）测点布置。与钢管掂的间距分别为３、５、１０ ｍ， 收稿日期：２０１８—０５—０３ 孔深度设计为３２ｍ，测斜管口测试方向正对钢管桩。 建筑施工·第４ｏ卷·第９期啜 杨春柳：钢管桩免共振施工对邻近地铁的振动影响试验研究 ２）测点埋设。采用钻孔法埋设，单孑Ｌ深３２ ｍ，钻机开 孔直径为１３０ ｍｍ， 土质较差地层钻孔时应用泥浆护壁， 终孔后进行清孔。测斜管沉放到位后，在测斜管与钻孑Ｌ空 隙内同填黄砂或浆液：孔内充填物因固结下沉后及时补 填：采用钻孔法安装的测斜管，应至少稳定一周以上，方 能施测，并需确认是否稳定，测孔稳定后方能进行正式监 测工作。 图２距离试验钢管桩３ １１１处典型振动速度波形 ３．１．２土体分层沉降 １）测点布置。 试验采用“磁环法”进行测试，测点 与“坑外土体深层侧向位移”测点共用。沿竖向布设７个磁 厂。＿ 环，考虑监测代表性及有效覆盖，在地铁隧道顶、中心、 底、卜下各３ ｍ均进行布置，其余按每５ ｍ布设１个磁环。 ２）测点埋设。 体可参考土体测斜监测孔钻孑Ｌ法埋设 方法。 ３．２ 测试节点 监测频牢的确定应以能系统反映监测对象所测项目的 重要变化过程而又小遗漏其变化时刻为原则。根据本次试 验要求，现场监测节点初定按表１执行。 图３距离试验钢管桩５ ｔ１１处典型振动速度波形 表１测试节点安排 施工阶段 监测频率 监测内容 备注 沉桩前 至少ＨＩ３次初值 振动测试、土体测斜、土体分层沉降 初始值 沉桩进行时 沉桩进行时 １次 １次 距离沉桩３ ｍ处振动测试 距离沉桩５ ｍ处振动测试 图４距离试验钢管桩１０ １１１处典型振动速度波形 沉桩进行时 沉桩完成时 拔桩进行时 拔桩进行时 拔桩进行时 拔桩完成时 １坎 １次 １坎 １次 １次 １次 距离沉桩１０ １１１处振动测试 土体测斜、土体分层沉降 距离拔桩３ ｍ处振动测试 距离拔桩５ ｍ处振动测试 距离拔桩１０ Ｉ１＂１处振动测试 土体测斜、土体分层沉降 质点振动速度 峰值（ＰＰＶ）／（ＩＴｌｎｌ·ｓ。。） 质点振动速度 三维矢量峰值／（ｍｍ·ｓ ） 穿零频率／Ｈｚ 质点振动速度 峰值（ＰＰＶ），（ｍｍ·ｓ ） 质点振动速度 三维矢量峰值／（１１１ｍ·ｓ ） 穿零频率／Ｈｚ 质点振动速度 峰值（ＰＰＶ）／（１１１１１１１·ｓ ） ３７ １．９０ 表２测试结果汇总（压桩阶段） 项目 切向（东 垂向（上 径向（南 西向） 下向） 北向） 备注 ２．Ｏ３ ２．１６ ４．７２ ２．７９ 距离试验钢 管桩３ｍ处 ３．３ 数据分析 试验开始前，对场地振动背景值进行采集。场地质点 振动速度三维矢量峰值背景值为０＿３ ｌｌ ｍｍ／ｓ，数值较小。 ３．３．１压桩过程 ３７ ２．９２ ３４ ３７ ——— ＿ 。 １．９０ ３．８ｌ ４．５５ ３９ ３Ｏ 距离试验钢 管桩５ｍ处 距离试验钢管桩３、５、１０ ｍ处典型振动速度波形分别 如图２～图４所示。数据成果如表２所示。 ３．３．２拔桩过程 —— １．１４ ２．０３ 限于篇幅原因，拔桩阶段典型振动速度波形不一一列 举。现将数据成果汇总如表３所示。 质点振动速度 三维矢量峰值／（１１１１１１·ｓ 】 穿零频率／Ｈｚ ４７ ２．３６ 距离试验钢 管桩１０Ｉ１１处 ４７ ３４ ４ 结论与建议 ４．１ 主要结论 前文介绍了钢管桩免共振施工过程中振动的测试流程 及结果，从结果可以得出： ２）压桩试验测试数据表明： ①距试桩３、５、１０ ｍ处质点振动速度 二维矢量峰值为 ４．７２、４．５５、２．３６ ｍｍ／ｓ，径向质点振动速度略大于切ｒ丌Ｊ、 垂向质点振动速度。随着距离的增加，施工造成的振动速 度逐渐减小。 １）场地背景振动数值为０．３ＩＩ ｍｍ／ｓ，数值较小。 圜２０１ ８·９·Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ 杨春柳：钢管桩免共振施工对邻近地铁的振动影响试验研究 ■■■■目＝ ２目■■ｉＥ＝■＝＝Ｅ＝ ＝＝ⅡＥ＝：：＝＝＝：＝ ’ ： 、： 表３测试结果汇总｛拔桩阶段） ３１．５Ｈｚ。 项目 切向（东 垂向（上 径向（南 备注 ４）根据 家标准ＧＢ ６７２２—２０１４《爆破安全规程》的 西向） 下向） 北向） 有关规定，此次非原位振动试验测试数据符合地铁隧道结 （ＰＰＶ）／（Ｉ质点振动速度峰值 Ｉ／Ｉ＂１１·ｓ Ｉ） ２．９２ ３．６８ ４．０６ 构的安全允许标准。 质点振动速度三维矢 距离试验钢 量峰值／（Ｉｔｌｎｌ·ｓ。。） ４．８７ 管桩３ｍ处 ４．２下一步工作 １）尽管此次非原位测试结果给后续施一１：作业提供了一 穿零频率／Ｈｚ ２８ ２７ ３２ 质点振动速度峰值 ＿ 定的参考依据，但正式施工时仍建议从地铁隧道结构处直 （ＰＰＶ）／（Ｉ１｜１１１·ｓ ） ２．１６ ３．１７ ３ ４３ 接测试振动结果，这样更能反映实际振动情况。 质点振动速度三维矢 距离试验钢 量峰值／（Ｉ１１１１１－ｓ ） ４．５３ 管桩５ｍ处 ２）此次试验过程中由于条件所限，采用的是单传感器 穿零频率／Ｈｚ ３２ ３４ ３２ 进行数据采集，造成部分数据未能同步采集，住后续测试 过程中应加以完善。 （ＰＰＶ）／（ｎｌ质点振动速度峰值 ｎ｜·ｓ ） ０．６３５ ０．６３５ ０．６３５ 质点振动速度三维矢 距离试验钢 ３）此次试验压桩及拔桩过程中，地基＝｝ 均出 Ｊ 不同 量峰值／（ｆｌｌｌｌｌ· 。。） ０．７５ｌ 管桩１０ ｍ处 程度的液化现象，液化的范围及其对隧道结构的影响程度 穿零频率／Ｈｚ ３７ ２７ ８７ 可作为后续的研究课题。 ②距试桩３、５、ｌ０ ｉｎ处质点振动主频为３４．６、３６．１、 参考文献 ３４．４ Ｈｚ，与振动锤头设计施振参数基本一致。 【１］粟闯，爆破载荷作用下隧巷工程振动监测与控制研究［Ｄ】．长沙：中 ③在此阶段，所测水平位移量介于２．１１～９．４３ ｍｍ之 南大学，２０１０． 间，垂直位移量介于一３．３８～７．２２ ｍｍ之间。 ［２］李钰玺．隧道爆破施工对临近既有隧道结构安全的影响［Ｄ】．重庆： ３）拔桩试验测试数据表明： 重庆交通大学，２Ｏｌ０． ①距试桩３、５、ｌ０ ＩＴＩ处质点振动速度三维矢量峰值为 ［３］王如路，贾坚，廖少明．上海地铁监护实践［Ｍ］．上海：同济大学出版 ４．８７０、４．５３０、０．７５ ｌ ｍｍ／ｓ。随着距离的Ｓ￣Ｄｉ：ｉ，拔桩施工造 社．２０１ ３。 成的振动速度逐渐减小。 【４］申玉生，高波，王志杰，等．复线隧道施工爆破对既有隧道结构的影 ②距＇试桩３、５、ｌ０ ｍ处质点振动主频为２５．６、３２．７、 响分析…．地下空间与工程学报，２００９（５）：９８０—９８４． （上接第ｌ６５４页） 时间 第１天第２天 第３天第４天第５天第１０天 平；为确保测量精度，螺纹钢标杆顶部应在管盖下２０ ｃｍ。 ０ 完成沉降及水平位移测点的埋设后，在测点附近的硬质地 ｌ 一ＤＢ．１ 童一２ ··卜ＤＢ一２ 坪上用红色油漆进行标识，如标识位置距测点有一定距 蓑一ｓ —·一ＤＢ．３ 一ＤＢ．４ 离，应在标识处同时标识出距测点的方向和距离。对于地 ４ －－一ＤＢ．５ 酬面下埋设的测点，应采用具有一定强度和刚度的保护盖进 ５ —６ 行保护，为防止盖子孔隙长期在施工场地裸露堵塞，应定 图３地面沉降变化曲线 期清理垃圾，确保其有一定的自由度。 由监测数据（图３）可得出，在Ｆ４０１静压植入钢管桩 ８ 结语 施工期间，周边土体最大变化为下沉５ ｍｍ且无明显沉降或 静压植桩机是依靠已经完成的钢管桩作为反力来施工 隆起趋势，考虑到测量误差，得出钢管桩施工对周边土体 后续钢管桩，设备较小，与目前上海地区常用的围护胞工 扰动小的结论，可在沉降要求高的市区内或建筑物密集等 工艺（钻孔桩、搅拌桩、地下连续墙等）有较大区别，它 区域内施工。 能实现无扰动的成桩，且现场无噪声、无振动、无污染、 施工工期短。该设备可拔除钢管桩，实现资源综合利用， ７地层适应性 为后续Ｆ４０１静压植入钢管桩在国内的推广起到推动作用。 钢管桩通过静压旋转切削的方式成桩，在钢管桩底 部配置刀头，钢管桩内壁配置水刀，可很好地适应各类地 参考文献 层。上海土质强度低，所以成桩速度较快（１ ｍ／ｍｉｎ），且 ［１］ 宗钟凌，武江传，李青松，等．微型静压铜管桩注浆成桩工艺试验研 不会有挤土效应，对周边环境变形控制较好。 究【Ｊ］．施工技术，２０１８，４７（３）：６９—７１． 建筑施工·第４ｏ卷·第９期圃７ｌ
