暗挖地鐵車站導(dǎo)洞內(nèi)機械成樁泥漿處理

郝進京，韓靈靈

(1. 國家鐵路局工程質(zhì)量監(jiān)督中心，北京 100891；2. 中鐵十六局集團地鐵工程有限公司，北京 100124)

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暗挖地鐵車站導(dǎo)洞內(nèi)機械成樁泥漿處理

郝進京1，韓靈靈2

(1. 國家鐵路局工程質(zhì)量監(jiān)督中心，北京 100891；2. 中鐵十六局集團地鐵工程有限公司，北京 100124)

暗挖地鐵車站導(dǎo)洞內(nèi)機械施工圍護樁因受洞內(nèi)空間條件約束，場地狹小，施工機械受限制，不利于泥漿的循環(huán)和處理，施工環(huán)境惡劣，嚴重影響周邊環(huán)境狀況。為解決狹小空間內(nèi)機械成樁泥漿循環(huán)及處理難題，北京地鐵八號線美術(shù)館站工程采用大功率揚程泵將泥漿抽排至地面進行處理，有效解決了泥漿洞內(nèi)循環(huán)問題，創(chuàng)造了良好的施工條件，同時保護工程周邊環(huán)境不受施工影響。

導(dǎo)洞；機械成樁；泥漿循環(huán)處理；環(huán)境保護

洞樁法暗挖地鐵車站施工原理是在利用導(dǎo)洞內(nèi)邊樁、冠梁及頂拱共同構(gòu)成的外部結(jié)構(gòu)支撐體系，承受施工過程中的外部荷載，在邊樁和頂拱的保護下，按逆作法進行開挖、襯砌，最終形成由外層邊樁及頂拱初期支護和內(nèi)層二次襯砌組成的永久承載體系[1]。邊樁作為傳力結(jié)構(gòu)起著承受主體荷載的作用，在狹小的導(dǎo)洞內(nèi)，施工機械邊樁受空間限制，施工難度大，施工環(huán)境惡劣，泥漿處理困難，對周邊環(huán)境影響大。采用大功率泵將泥漿抽到地面進行循環(huán)，可有效解決洞內(nèi)泥漿處理問題，減輕施工環(huán)境影響。

1 工程概況

中國美術(shù)館站是北京市地鐵八號線二期工程的終點站，位于美術(shù)館東街、王府井大街、五四大街、東四西大街四條街十字交叉路口處，沿美術(shù)館東街-王府井大街南北向布置。受地下管線限制，車站采用暗挖雙層單跨無柱結(jié)構(gòu)，覆土厚度約為8.48m,底板埋深約為24.68m，站臺交錯布置，車站總長281.5m?？紤]施工地質(zhì)條件、施工安全、混凝土回填量及設(shè)備選用等方面的因素，設(shè)計導(dǎo)洞凈空尺寸為4 600mm×4 800mm(寬×高)。美術(shù)館站圍護結(jié)構(gòu)采用直徑1 000mm、間距1 500mm的邊樁，嵌固深度為6m，有效長度為16.78m。美術(shù)館站結(jié)構(gòu)剖面圖見圖1。

圖1 美術(shù)館站結(jié)構(gòu)剖面圖

美術(shù)館站場地質(zhì)由上而下依次為：房渣土、粉土、粉砂細砂層、中砂層、粉質(zhì)粘土層、粘土層、中砂細砂層、礫砂層、卵石圓礫層、卵石層。地下水分四層：第一層為上層滯水，僅部分鉆孔揭露；第二層為潛水；第三層為層間潛水；第四層為承壓水。本工程從導(dǎo)洞拱部至底板范圍地質(zhì)主要為粉土層、粉質(zhì)粘土層、中細砂層、礫砂層、卵石圓礫層、卵石層。邊樁大部位于卵石圓礫層、卵石層，卵石平均粒徑為40mm，最大粒徑約為300mm；樁底部有2.3m位于第四層承壓水位。

2 邊樁施工工藝選擇

導(dǎo)洞內(nèi)作業(yè)空間狹小，環(huán)境特殊，施工難度相對較大，對成樁施工工藝有特殊要求。擬采用的施工工藝有人工挖孔和機械成孔兩種(見表1)。

表1 施工工藝比選

根據(jù)本工程地質(zhì)及水文情況，邊樁穿越13.2m厚的卵石圓礫層、卵石層，且樁底部2.3m位于承壓水位。方案比選認為：人工挖孔對作業(yè)環(huán)境要求較高，需先進行降水作業(yè)，將地下水位降至樁底以下，不利于環(huán)境保護和水土保持，且施工危險系數(shù)大。正循環(huán)機械成孔工藝泥漿護壁效果好，但成孔對地層要求高，由于卵石粒徑較大，成孔進度緩慢，對環(huán)境條件要求較高。反循環(huán)機械成孔工藝施工難度小，成孔進度快，泥漿護壁效果好，對環(huán)境條件要求低。因此，綜合考慮施工條件和環(huán)境保護等因素，本工程邊樁施工工藝選用反循環(huán)機械成孔方案。

3 鉆機選擇

因?qū)Ф磧?nèi)空間狹小，一般鉆機設(shè)備不適用于此作業(yè)環(huán)境。綜合考慮工期、環(huán)保、經(jīng)濟和文明施工等因素，選擇鉆機的原則為：鉆桿高度小，滿足導(dǎo)洞空間尺寸要求；具有穿越卵石層的能力；受豎井提升能力限制、洞內(nèi)轉(zhuǎn)場和施工環(huán)境要求，設(shè)備應(yīng)小型化、噪音低；受地下管線沉降要求，施工過程中應(yīng)振動幅度小[2]。根據(jù)以上原則，參考同類工程施工經(jīng)驗，從施工效率、移位方便、作業(yè)環(huán)境等方面比較，采用GSD-50改型液壓反循環(huán)鉆機進行施工，可有效減少施工噪聲和振動對周邊環(huán)境的影響。

4 泥漿循環(huán)利用與處理

常規(guī)泥漿處理方法是在洞內(nèi)圍堰設(shè)置泥漿池、沉淀池、存渣池等泥漿循環(huán)系統(tǒng)進行處理。因受狹窄施工場地的限制，導(dǎo)洞內(nèi)施工鉆孔樁泥漿處理難度較大，環(huán)境保護要求較高。洞內(nèi)圍堰放置的泥漿池、沉淀池、存渣池等泥漿循環(huán)系統(tǒng)常因泥渣排泄不暢，導(dǎo)致施工中斷，施工效率很低，現(xiàn)場工況泥濘、雜亂，施工作業(yè)環(huán)境惡劣，極易發(fā)生安全隱患，不能連續(xù)施工作業(yè)。為了緩解導(dǎo)洞內(nèi)交通運輸壓力，防止泥漿大面積污染施工環(huán)境[3]，本工程采用大功率揚程泵，將渣漿抽排至地面進行沉淀、泥漿回收再利用，通過管道和泵送抽排形成循環(huán)系統(tǒng)，開創(chuàng)了洞內(nèi)各項鉆孔施工新思路，環(huán)境保護、文明施工和連續(xù)作業(yè)達到了新高度。

4.1 自吸式無堵塞排污泵

因鉆孔樁大部分位于卵石層，且平均粒徑約為40mm。根據(jù)卵石粒徑及結(jié)構(gòu)深度，選取進口直徑80mm，揚程40m的ZW80-25-40型自吸式無堵塞排污泵，將卵石與泥漿一起抽排至地面沉淀，降低洞內(nèi)渣漿池尺寸和渣漿處理時間，創(chuàng)造良好的施工環(huán)境。該排污泵能通過顆粒最大直徑為泵口徑的60%，使用、移動、安裝均方便，性能穩(wěn)定，減輕了工人的勞動強度，有效保護了施工環(huán)境。

4.2 泥漿循環(huán)系統(tǒng)

泥漿循環(huán)系統(tǒng)由泥漿池、沉淀池、臨時存漿箱、排污泵及管道組成。在地面砌筑泥漿池和沉淀池，泥漿池容量為單根樁體積的1.5倍左右，尺寸為6m×4m×0.8m(長×寬×高)；沉淀池尺寸為6m×3m×1m(長×寬×高)；洞內(nèi)臨時存漿箱由機動三輪車改造而成，箱體尺寸為1.8m×1m×0.8m(長×寬×高)。

泥漿比重控制在1.05左右，采用優(yōu)質(zhì)膨潤土制作，摻量為8%～12%，并摻入少量增粘劑和碳酸鈉提高護壁質(zhì)量，施工過程中經(jīng)常監(jiān)測、調(diào)整比重、粘度、含砂率等各項指標，以滿足泥漿護壁要求。

鉆進或砼灌注時，將渣漿排入洞內(nèi)臨時存漿箱，通過排污泵將渣漿抽排至地面沉淀池進行沉淀，卵石及沉渣使用挖機外棄。沉淀后的泥漿可循環(huán)利用流入泥漿池，根據(jù)測定的泥漿指標，適時調(diào)整比重及粘度等性能指標，再經(jīng)泵抽至孔內(nèi)，形成循環(huán)系統(tǒng)。泥漿循環(huán)系統(tǒng)示意圖見圖2。

圖2 泥漿循環(huán)系統(tǒng)示意圖

合理布置施工現(xiàn)場及施工順序，對泥漿池、沉淀池等的挖砌做到規(guī)范化，達到施工現(xiàn)場及場內(nèi)道路平整、整潔、暢通?，F(xiàn)場廢棄泥漿采用二次沉淀法處理，禁止直排至市政排水管網(wǎng)，以免堵塞下水管道。使用密封罐車及時清運出場至指定地點棄渣，避免運輸過程中的遺撒現(xiàn)象，有利于環(huán)境保護和水土保持，盡可能減少施工對環(huán)境的不利影響。

5 結(jié)語

暗挖地鐵車站導(dǎo)洞內(nèi)施工鉆孔灌注樁工藝存在較大困難，本工程通過選取適用的鉆機設(shè)備、泥漿循環(huán)和處理系統(tǒng)，取得了良好的環(huán)境保護效果：機械成孔避免了因降水作業(yè)引起的水資源浪費和地表沉降，有效的進行了水土保持；與洞內(nèi)處理泥漿相比，因投入排污泵及管道等設(shè)備大約增加了5萬元左右的施工成本，但洞外泥漿循環(huán)系統(tǒng)大大改善了作業(yè)環(huán)境，提高了文明施工程度，保護了工程周邊生態(tài)環(huán)境；與人工挖孔相比，機械成孔減少了工人勞動強度，提高了機械化施工程度，增加了工程的安全度和可靠度，有效保障了工人的職業(yè)健康和工作環(huán)境。因此，暗挖地鐵車站導(dǎo)洞內(nèi)機械成樁泥漿處理方法的研究，對于類似工程的施工管理及環(huán)境保護工作具有一定的借鑒和指導(dǎo)意義。

[1] 馬明瑜，王興杰，李峰. “PBA”洞樁法在地鐵車站施工中的應(yīng)用[J]. 低溫建筑技術(shù)，2010，142(4)：84-86.

[2] 辜文凱. 有限導(dǎo)洞空間內(nèi)地鐵車站圍護樁施工技術(shù)[J]. 西部探礦工程，2010(7)：153-156.

[3] 劉超. 暗挖地鐵車站洞內(nèi)鉆孔圍護樁施工技術(shù)[J]. 鐵道標準設(shè)計，2008(2)：83-87.

Mud Treatment during Pile Construction in Guide Hole for Constructing Subway Station by Underground Excavation

HAO Jinjing1, HAN Lingling2

(1.SupervisionCenterofEngineeringQuality,NationalRailwayAdministrationofthePeople’sRepublicofChina,Beijing100891,China；2.SubwayEngineering，The16thGroupCo.,LtdofChinaRailway,Beijing100124,China)

During subway construction, pile construction in guide hole is confronted with a number of problems such as limited space for the operation of machineries, difficulties in circulation and processing of mud and strong influence on local environment. In order to solve these problems, mud was pumped to above ground for processing using high power pumps during the construction of Subway Station of Beijing Galleries on the Eighth Line of Beijing Subway. This dealt with the mud circulation efficiently, improved the conditions for the subway construction and provided a better environment for the locals.

guide hole； mechanical construction of piles； mud circulation treatment； environment protection

2095-1671(2015)06-0260-03

2015-10-15；

2015-11-18

郝進京(1986—)，男，山東東明人，工程師，從事工程質(zhì)量安全監(jiān)督及技術(shù)管理工作。

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