哈爾濱地鐵二號(hào)線省政府站新型“PBA”洞樁法施工技術(shù)

李 揚(yáng)

中基發(fā)展建設(shè)工程有限責(zé)任公司 北京 101300

1 工程概況

1.1 概況

哈爾濱省政府站為暗挖雙層島式車站，采用暗挖洞樁法施工。

車站雙層暗挖主體側(cè)墻外側(cè)設(shè)置排樁作為逆作開挖的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，樁徑1.0m，樁長19.41m，相鄰樁中心標(biāo)準(zhǔn)間距1.40m。通長配置鋼筋，頂端設(shè)置鋼筋混凝土冠梁。

車站雙層暗挖主體結(jié)構(gòu)框架柱根據(jù)工法選擇鋼管混凝土柱型式，鋼管柱外徑0.8m，壁厚16mm。鋼管柱在施工導(dǎo)洞內(nèi)分節(jié)安裝就位，柱芯灌注微膨脹混凝土。

車站每根鋼管混凝土柱下設(shè)置單樁樁基，樁直徑1.8m，樁長18.0、20.0m，采用樁底壓漿工藝提高樁基承載力。樁基在施工導(dǎo)洞內(nèi)施工，通長配置鋼筋，近樁頂埋設(shè)鋼管柱定位器與鋼管柱連接。

1.2 工程地質(zhì)

省政府站地貌單元屬崗阜狀平原，地面高程在143.51m～144.57m之間，地形較為平坦，現(xiàn)狀地面主要為水泥路面，局部為市政綠化用地。

根據(jù)地勘報(bào)告，本場地鉆探深度范圍（60m）的地基土主要由人工填土和一般第四紀(jì)沉積土組成。洞樁施工深度范圍內(nèi)地層主要為⑥2層細(xì)中砂、⑥3層粗砂、⑥4層粗砂、⑥5層粉質(zhì)黏土、⑦1層粉質(zhì)黏土、⑦2層粗砂層。

導(dǎo)洞頂部基本位于粉質(zhì)粘土，導(dǎo)洞局部處于粉砂層，該段地層無不良地質(zhì)作用，圍巖缺少自穩(wěn)性，土體易發(fā)生松散坍塌，應(yīng)對薄弱區(qū)圍巖施作預(yù)加固和臨時(shí)支撐措施。

1.3 周邊環(huán)境

車站周圍政府機(jī)關(guān)、企事業(yè)單位密集，車、人流量大。本車站沿中山路敷設(shè)，車站主體結(jié)構(gòu)位于中山路與中宣街交叉口，與中宣街呈十字形交叉，站址區(qū)為黑龍江省行政中心所在地。站址中心以西中山路南北兩側(cè)分別為黑龍江省人民政府辦公大樓以及黑龍江省國家安全廳辦公大樓。站址中心以東中山路南北兩側(cè)主要為市政綠化用地以及中小學(xué)，中山路南側(cè)為風(fēng)華小學(xué)，中山路北側(cè)為風(fēng)華中學(xué)。

1.4 工程特點(diǎn)

（1）本工程地理位置較為特殊，車站位于哈爾濱市中心，周邊政府機(jī)關(guān)、企事業(yè)單位密集，車、人流量大，對施工質(zhì)量和安全文明施工要求高。

（2）本工程為東北地區(qū)第一次采用新型“PBA”工法進(jìn)行洞樁施工，施工經(jīng)驗(yàn)少。

（3）本施工段地層復(fù)雜，地下水位高、水量大，易塌孔，施工難度大。

（4）洞樁施工過程中與北段小導(dǎo)洞初支開挖平行作業(yè)、邊樁與中樁同時(shí)作業(yè)、成孔與構(gòu)件（鋼筋籠、鋼管柱、鋼護(hù)筒）洞內(nèi)運(yùn)輸及安裝平行作業(yè)，需做好施工組織籌劃工作，保證各項(xiàng)工作的有序進(jìn)行。

2 工法選擇

2.1 工法比較

地鐵車站的目前施工方法有明挖法、蓋挖法、暗挖法等主要工法，在大中城市人口密集地段現(xiàn)普遍采用暗挖法施工。傳統(tǒng)“PBA”工法分8導(dǎo)洞、6導(dǎo)洞和4導(dǎo)洞施工，隨著我國軌道事業(yè)不斷發(fā)展，4導(dǎo)洞施工法越來越普遍。但常見的地鐵暗挖項(xiàng)目中地面沉降及抽取大量地下水造成的危害和資源浪費(fèi)很多。

傳統(tǒng)“PBA”洞樁法4導(dǎo)洞施工依然存在以下缺點(diǎn)：

（1）大直徑中樁的整體進(jìn)度緩慢；

（2）定位器處樁體的結(jié)合質(zhì)量很難驗(yàn)證；

（3）在鋼護(hù)筒內(nèi)，人工鑿除超灌混凝土，而后安裝定位器?？變?nèi)作業(yè)環(huán)境惡劣、安裝進(jìn)度緩慢。

新型“PBA”洞樁法采用第四代KYZ-180型全液壓履帶式反循環(huán)鉆機(jī)配以TY-180型震動(dòng)沖擊鉆具，對大粒徑砂卵石地層鉆進(jìn)具有超高的效率。首先鉆機(jī)對位鉆進(jìn)，通過豎井下方泥漿分離設(shè)備把鉆渣和泥漿分離，將鉆渣抽排至地面豎井外部垃圾池并運(yùn)至場外，分離出的泥漿回流泥漿地。泥漿池內(nèi)配置大功率變頻泥漿泵，將泥漿通過管道抽回到鉆孔內(nèi)，從而形成循環(huán)。

在完成鉆孔工作后鉆機(jī)履帶自行挪位，多功能鋼管柱安裝機(jī)挪至樁孔位置并進(jìn)行精確對位，通過一鍵調(diào)平裝置進(jìn)行水平豎向?qū)ξ?，并鎖死各動(dòng)作機(jī)構(gòu)，開始采用孔口對接方式分節(jié)吊裝安放鋼筋籠及鋼管柱，安裝完畢后，下放導(dǎo)管，利用地面混凝土泵進(jìn)行水下混凝土灌注作業(yè)。新型多功能鋼管柱安裝機(jī)在鋼管柱夾持器及鋼管柱底部均設(shè)置高精度傾角傳感器，對鋼管柱安裝姿態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，以保證鋼管柱安裝精度。單層導(dǎo)洞大直徑鉆孔樁及鋼管柱安裝一體化施工對于暗挖車站，“PBA”工法是一種全面的提升，不僅節(jié)約大量的材料、人工。而且大大縮短工期，保證了工程質(zhì)量。為地鐵及地下空間建設(shè)提供新的思路。通過新工法施工，經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)，地表實(shí)測沉降數(shù)據(jù)累計(jì)沉降值達(dá)到了影響的沉降控制要求。

2.2 工法原理

“PBA”洞樁法的施工原理是將傳統(tǒng)的地面框架結(jié)構(gòu)施工方法和地下空間暗挖法進(jìn)行相互結(jié)合，在地下提前暗挖好的導(dǎo)洞內(nèi)施作圍護(hù)邊樁、中柱、底梁和頂梁、頂拱共同構(gòu)成樁、梁、拱(PBA即為樁(iPle)、梁(eBam)、拱(Acr)三個(gè)英文字母的簡稱)支撐框架體系，用以承受外部荷載，然后在頂拱和邊樁的保護(hù)下，逐層向下開挖土體，施作內(nèi)部結(jié)構(gòu)，最終形成由外層邊樁及頂拱初期支護(hù)和內(nèi)層二次襯砌組合而成的永久承載體系。

2.3 功法特點(diǎn)

（1）采用新型“PBA”洞樁法進(jìn)行施工，對地面和影響較小，適用于因地面環(huán)境無法進(jìn)行明挖施工的地下結(jié)構(gòu)工程。

（2）傳統(tǒng)“PBA”洞樁法多采用多層四導(dǎo)洞或者六導(dǎo)洞進(jìn)行施工，引起的地面沉降變形相對較大，新型“PBA”洞樁法采用單層四導(dǎo)洞進(jìn)行施工，地面沉降小，對保護(hù)地下構(gòu)筑物(橋樁、管線等)和周邊建筑物的安全也更有利，施工速度快，工程質(zhì)量高。

（3）傳統(tǒng)“PBA”洞樁法鋼管柱下放是分節(jié)安裝，分節(jié)下放并且需要定位器進(jìn)行鋼管柱位置調(diào)整。新型“PBA”洞樁法通過多功能鋼管柱調(diào)垂機(jī)進(jìn)行鋼管柱整體下放，由高精度傾角傳感器進(jìn)行微調(diào)，精度更高，樁基質(zhì)量更有保證。

（4）取消人工挖孔和孔內(nèi)鋼管柱定位安裝，均采用高精度多功能套管調(diào)垂設(shè)備進(jìn)行鋼管柱安裝，改善工人作業(yè)環(huán)境，保證了施工安全。

（5）采用新型“PBA”洞樁法進(jìn)行施工，不僅采用單層四導(dǎo)洞施工，而且大大減少了降水周期，中柱與柱下樁基一體施工，省去了傳統(tǒng)柱下樁基護(hù)壁環(huán)節(jié)。以上均大大節(jié)省了工程開支，更為經(jīng)濟(jì)有效。

3 樁基施工方法及工藝

根據(jù)工程特點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際情況，邊樁采用按跳四鉆一順序鉆孔施工，中樁采用順序鉆孔方式施工。

邊樁及中樁洞內(nèi)機(jī)械成孔施工順序如圖所示：

圖一 邊樁及中樁洞內(nèi)機(jī)械成孔施工順序示意圖

4 施工重難點(diǎn)分析

4.1 施工重難點(diǎn)

（1）本施工段地下水位高，且地下水水量大，中樁施工樁徑為1.8～2.0m，且打設(shè)深度深，坍孔風(fēng)險(xiǎn)大。邊樁間距小，塌孔需注意對臨近邊樁的影響。

（2）邊樁及中樁施工過程中孔口防護(hù)是安全管控的重點(diǎn)。

（3）本施工段地層復(fù)雜、邊樁及中樁施工深度范圍內(nèi)主要地層為砂層，且機(jī)械成樁施工工藝復(fù)雜，需采取措施控制沉渣厚度，保證成樁質(zhì)量。

4.2 應(yīng)對措施

（1）針對坍孔的主要措施

洞樁施工采用人工挖孔護(hù)壁做為鉆進(jìn)護(hù)筒，護(hù)筒分3節(jié)，首節(jié)深度0.8m，其余深度1.0m，鉆進(jìn)前先向孔內(nèi)注入由膨潤土配置的新鮮泥漿，使其高于孔外水位；遇砂層時(shí)，適當(dāng)加大泥漿密度，慢速鉆進(jìn)，并根據(jù)泥漿成分的變化作出相應(yīng)的處理措施；成孔完成后盡快下放鋼筋籠，并及時(shí)澆筑混凝土；遇嚴(yán)重坍孔，用粘土回填，待孔壁穩(wěn)定后采用低速鉆進(jìn)。

（2）針對孔口問題的主要措施

為保證洞內(nèi)邊樁及中樁孔口安全，采用鋼筋篦子防護(hù)，邊樁篦子尺寸1200 mm×1200mm，配筋C25@150，中樁篦子尺寸為兩塊，單塊尺寸2200 mm×1200mm，配筋C25@150，孔口作業(yè)完成后及時(shí)覆蓋，同時(shí)在隧道側(cè)壁懸掛警示標(biāo)示，安置警示燈。

（3）針對沉渣問題的主要措施

鋼筋籠放置前及鋼護(hù)筒放置前，分別測量樁長，若沉渣量過多不能滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，則采用二次清孔及筒鉆撈渣方式，保證裝成滿足設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)語

隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)不斷發(fā)展，人口急劇增加， 各大城市均在優(yōu)先發(fā)展地下軌道交通。地鐵車站一般位于城市中心地區(qū)，施工受交通繁忙、建筑物眾多、施工場地狹小、地下管線錯(cuò)綜復(fù)雜的制約，“PBA”洞樁法施工正發(fā)揮其優(yōu)勢并在不斷普及和發(fā)展。在哈爾濱軌道交通二號(hào)線省政府站運(yùn)用了新型的“PBA”洞樁法進(jìn)行施工，深入開展“機(jī)械化換人，自動(dòng)化減人”工作，進(jìn)行新技術(shù)機(jī)械化施工，解決了因工程地質(zhì)及水文條件及周邊環(huán)境的制約，攻克了工程中的難點(diǎn)與關(guān)鍵技術(shù)，保證了施工期間車站的地上交通和居民生活的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，為今后地下軌道交通工程施工提供參考。