地鐵暗挖車站洞樁法施工技術(shù)探討與分析

林守業(yè)

摘要：在地鐵車站施工中，洞樁法（PBA）是一種常見的施工方法，不僅工藝技術(shù)成熟，而且能保證工程質(zhì)量和施工安全。本文結(jié)合實(shí)際工程，首先分析了PBA工藝的原理、特點(diǎn)和適用范圍，然后指出施工技術(shù)方法和要點(diǎn)，最后闡述了幾點(diǎn)注意事項(xiàng)，以供參考。

Abstract： In the construction of metro stations， PBA method is a common construction method， which not only has mature technology， but also ensures project quality and construction safety. This paper combines the actual engineering， first analyzes the principle， characteristics and scope of application of the PBA process， then points out the construction techniques and essentials， and finally elaborates a few points for reference.

關(guān)鍵詞：地鐵;PBA工藝;技術(shù)要點(diǎn);注意事項(xiàng)

Key words： subway;PBA process;technical points;matters needing attention

中圖分類號(hào)：U231.3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2019）28-0200-03

0? 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)迅猛發(fā)展，人們的交通出行需求不斷提高，為了進(jìn)一步改善城市交通環(huán)境，地鐵工程的建設(shè)數(shù)量明顯增加。PBA工藝在地鐵車站施工中應(yīng)用普遍，在減少地層干擾的前提下，在地下空間構(gòu)建框架支護(hù)體系，為施工作業(yè)創(chuàng)造安全的環(huán)境。結(jié)合國(guó)內(nèi)外工程實(shí)踐，PBA工藝解決了地鐵施工的難題，而且具有良好的發(fā)展前景。以下針對(duì)PBA工藝的應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)要探討。

1? 工程概況

以國(guó)內(nèi)某地鐵工程為例，車站位于南直路和珠江路的交叉口。該車站設(shè)計(jì)為2層，采用現(xiàn)澆鋼筋砼箱型結(jié)構(gòu)，中間暗挖、兩側(cè)明挖，共有4個(gè)出入口和2組風(fēng)井。其中，暗挖段的起點(diǎn)里程是SK25+455.854，終點(diǎn)里程是SK25+518.054，暗挖段全長(zhǎng)為62.2m、寬度為19.9m;中心里程軌面埋深高程為123.034，覆土厚度為5.5m。地質(zhì)勘察結(jié)果顯示，本站基坑開挖范圍內(nèi)，自上到下分別是人工填土、粉質(zhì)黏土、細(xì)中砂層，地層穩(wěn)定均勻，工程性質(zhì)良好。地貌屬于崗阜狀平原，深度2-22m為隔水層，19-22m為含水層。屬于寒溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫為3.6℃，平均降水量為523mm。

結(jié)合工程實(shí)際情況，采用PBA工法，施工重難點(diǎn)包括：①邊樁和中樁的深度大，地層處于粉質(zhì)粘土上，鉆孔時(shí)要控制垂直度。②相鄰邊樁的間距小，鉆孔時(shí)容易出現(xiàn)塌孔，繼而影響邊樁施工。③地層復(fù)雜，成樁工藝復(fù)雜，控制沉渣厚度、保證車站承載力要求是一個(gè)重點(diǎn)。④洞樁施工要使用大型機(jī)械設(shè)備和構(gòu)件，例如水泵、鋼管樁，運(yùn)輸和吊裝期間的安全控制是一個(gè)重點(diǎn)。⑤邊樁和中樁施工時(shí)，必須做好孔口防護(hù)工作。⑥洞樁施工采用反循環(huán)工藝，要保證洞內(nèi)文明施工。⑦存在平行作業(yè)、同步作業(yè)、交叉作業(yè)，必須做好施工組織設(shè)計(jì)。⑧相關(guān)施工經(jīng)驗(yàn)少，必須提高成孔效率，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完工。

2? PBA工藝的原理、特點(diǎn)和適用范圍

2.1 原理

PBA工藝中的P指的是樁，B指的是梁，A指的是拱。簡(jiǎn)單理解，就是由樁（邊樁、中樁）、頂?shù)琢骸㈨敼皹?gòu)成初期支護(hù)體系，承受上方土層的荷載;將蓋挖法、分步暗挖法相結(jié)合，在頂蓋的保護(hù)下向下開挖土體，并進(jìn)行二次襯砌，最終形成永久承載體系。本質(zhì)上，PBA工藝屬于淺埋暗挖法的一種，是地鐵車站施工的常用工藝類型。

2.2 特點(diǎn)

結(jié)合實(shí)際工程，PBA工藝的特點(diǎn)是：①先期形成樁、梁、拱，構(gòu)成了受力空間框架，后續(xù)開挖作業(yè)能發(fā)揮出頂蓋的保護(hù)作用，不僅安全性高，還能控制地面沉降。②工藝技術(shù)靈活，不會(huì)受到跨數(shù)、層數(shù)的影響，根據(jù)地層條件的不同，底部承載結(jié)構(gòu)可以做成樁基或縱梁。③小導(dǎo)洞施工時(shí)，技術(shù)成熟、安全性高，多個(gè)導(dǎo)洞可以同步施工，明顯縮短工期。④在扣拱后內(nèi)部，一般不用加固地層，由于施工空間開闊，可以使用機(jī)械設(shè)備，提高施工效率，方便排水防水等作業(yè)。⑤采用直墻式結(jié)構(gòu)，可以增大凈空，相比于曲墻、仰拱的成本低。⑥施工期間，要在小導(dǎo)洞內(nèi)布設(shè)鋼筋、立模、吊裝、澆灌混凝土，因此作業(yè)環(huán)境惡劣。

2.3 適用范圍

PBA工藝的適用范圍是：①地質(zhì)類型復(fù)雜多變，尤其是軟硬地層的承載力差異較大，或地下水含量豐富、跨度較大的暗挖工程;②位于城市主干道下方，或周圍有大量建筑物，容易造成地表沉降，對(duì)降水要求高的暗挖工程;③暗挖時(shí)單拱跨度在9m以上，或多拱大跨度的地下通道;④在水位線以上，要設(shè)置小導(dǎo)洞的地層空間。

3? PBA施工技術(shù)方法和要點(diǎn)

3.1 施工工藝流程

以邊樁為例，施工工藝流程是：準(zhǔn)備工作→鉆機(jī)就位→泥漿制備→鉆進(jìn)成孔→清孔→制作鋼筋籠→下放鋼筋籠→二次清孔→灌注混凝土→排漿→導(dǎo)管起卸→抽出剩余泥漿。

3.2 人工挖孔護(hù)壁

在樁的開口段，人工挖孔護(hù)壁作為鉆進(jìn)護(hù)筒，護(hù)壁的深度為0.8m、厚度為15cm;開口段直徑為1.1m，高度和工作面保持一致。經(jīng)測(cè)量放樣確定孔位，施工期間注意保護(hù);破除導(dǎo)洞底部的初期支護(hù)混凝土，其中邊樁、中樁的破除半徑分別是700mm、1350mm。護(hù)壁開挖完成后，及時(shí)澆筑混凝土，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C25，厚度為15cm，將坍落度控制在80-100mm之間。

3.3 鉆孔樁施工

鉆孔樁的施工，關(guān)鍵分為鉆孔、泥漿制備、清孔三個(gè)環(huán)節(jié)。以鉆孔為例，技術(shù)要點(diǎn)如下：①使用反循環(huán)鉆機(jī)，向孔內(nèi)輸注適量泥漿后，啟動(dòng)砂石泵，反循環(huán)正常，即可開動(dòng)鉆機(jī)、下放鉆頭，遵循先慢后快的原則，動(dòng)態(tài)調(diào)整鉆壓。②開始鉆進(jìn)時(shí)，控制好進(jìn)尺，刃腳處有泥漿護(hù)壁，鉆至1m后調(diào)整為正常速度。③鉆進(jìn)過(guò)程中，觀察進(jìn)尺和砂石泵排渣情況，防止循環(huán)液比重過(guò)大導(dǎo)致反循環(huán)中斷。④接鉆桿時(shí)，先停止鉆進(jìn)，上提鉆具，距離孔底20cm左右，停泵后加接鉆桿，保證擰緊固定。

3.4 鋼筋籠施工

邊樁成孔后，及時(shí)安裝鋼筋籠，要求鋼筋籠提前加工完成。結(jié)合導(dǎo)洞高度、鋼筋籠長(zhǎng)度，每段控制為1.5-3m，下端0.5m主筋向內(nèi)側(cè)彎曲成為傾斜狀。為了滿足機(jī)械設(shè)備的移動(dòng)需求，鋼筋錨入冠梁的部分，采用后接法連接。邊樁和中柱鋼筋籠的參數(shù)見表1。

其中，邊樁鋼筋籠的外徑為0.86m，主筋為25根？準(zhǔn)24mm，加強(qiáng)箍筋為？準(zhǔn)22mm@2000，螺旋箍筋為？準(zhǔn)12m@60，保護(hù)層厚為70mm，四周分布4根@42的注漿管。中柱主筋為22根？準(zhǔn)28mm，加強(qiáng)箍筋為？準(zhǔn)22mm，螺旋箍筋為？準(zhǔn)10mm*100間距，保護(hù)層厚為100mm，四周分布4根@42注漿管。在鋼筋籠的頂部，設(shè)置2個(gè)吊裝耳環(huán)，方便運(yùn)輸和安裝;吊裝時(shí)保證鋼筋籠垂直、平穩(wěn)，對(duì)準(zhǔn)孔位后緩慢下放，不要碰觸到井壁。下放后，上端預(yù)留出0.5m的長(zhǎng)度，在孔口部位臨時(shí)固定。孔口處的邊樁鋼筋，處理方法見圖1。

3.5 壓力箱安裝

安裝壓力箱前，首先檢查成孔質(zhì)量，不能出現(xiàn)偏孔、斜孔，孔內(nèi)清理干凈。首先安裝聲波管，穿越荷載箱上的預(yù)留孔洞，促使聲測(cè)管、樁底平齊。每個(gè)節(jié)段的鋼筋籠安裝后，及時(shí)安裝聲測(cè)管、位移計(jì)管、位移計(jì)鋼筋，利用管箍和鋼管連接在一起。鋼管的管口高出地面1m，使用專用的保護(hù)帽封堵，防止泥漿、混凝土進(jìn)入管內(nèi)。然后安裝壓力箱，技術(shù)要點(diǎn)如下：①位移桿、護(hù)套管使用絲扣連接，和鋼筋籠成為一個(gè)整體。②鋼筋籠加工時(shí)，控制好各項(xiàng)參數(shù)，其中喇叭筋和荷載箱的夾角控制在60°以上。③荷載箱埋設(shè)前，檢查樁徑、樁長(zhǎng)、油管、鋼管長(zhǎng)度、鋼管距離。④施工時(shí)，導(dǎo)管通過(guò)荷載箱到達(dá)樁端澆搗混凝土，控制好澆搗速度，將混凝土坍落度控制在200mm以內(nèi)。⑤荷載箱埋設(shè)后，注意保護(hù)油管、鋼管的封頭，端頭使用套絲加蓋，確保牢固密封。

3.6 澆筑混凝土

以邊樁為例，混凝土澆筑要點(diǎn)如下：第一，澆筑前清理孔底，排除積水，檢查鋼筋籠的質(zhì)量，驗(yàn)收合格后才能澆筑。第二，水下灌注混凝土，下放鋼管制作的導(dǎo)管，保證管道密封性，并進(jìn)行隔水栓試驗(yàn);導(dǎo)管底端和孔底的距離，控制在30-50cm;澆筑期間導(dǎo)管埋入混凝土的深度為2-5m，導(dǎo)管在提升、下放時(shí)，不要觸碰到鋼筋籠。第三，灌注過(guò)程中，控制好混凝土的質(zhì)量，考慮到運(yùn)輸、天氣的影響，監(jiān)測(cè)坍落度變化，控制在180-220mm之間。第四，灌注作業(yè)時(shí)，由專人填寫灌注記錄，要求澆筑至樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高的混凝土，強(qiáng)度要滿足設(shè)計(jì)要求，不能出現(xiàn)淤泥、浮渣等情況。

3.7 細(xì)砂回填

在鋼管柱、中樁之間，使用細(xì)砂回填，分2次完成：第1次回填時(shí)間，是中樁混凝土澆筑后，將高度控制在6m;第2次回填時(shí)間，是鋼管柱混凝土養(yǎng)護(hù)24小時(shí)后，確保兩者的間隙填滿。

4? PBA施工期間的注意事項(xiàng)

4.1 沉渣處理

為了保證孔內(nèi)沉渣量滿足設(shè)計(jì)要求，應(yīng)做好以下工作：一是在混凝土灌注時(shí)，及時(shí)撈渣，減少孔內(nèi)的沉渣量;二是下放鋼筋籠、鋼管柱時(shí)，盡量縮短施工時(shí)間，避免碰觸到孔壁，減少孔內(nèi)沉渣;三是隨著施工時(shí)間延長(zhǎng)，孔內(nèi)沉渣過(guò)多，應(yīng)進(jìn)行二次清渣;四是下放導(dǎo)管后，導(dǎo)管底部和孔內(nèi)沉渣相距10cm，然后通入高壓風(fēng)，利用泥漿循環(huán)促使沉渣浮出孔外。

4.2 混凝土灌注

第一，導(dǎo)洞內(nèi)的凈空小，機(jī)械到達(dá)拱頂?shù)母叨仁芟?，?yīng)該提高導(dǎo)管架、吊鉤、料斗，縮短下導(dǎo)管的長(zhǎng)度，方便導(dǎo)管拆卸。第二，導(dǎo)管使用前，要求連接牢固，進(jìn)行隔水試驗(yàn)，底端距離孔底300-500mm。第三，灌注混凝土?xí)r，導(dǎo)管埋入混凝土2-6m，提升時(shí)不要觸碰鋼筋籠。第四，混凝土灌注至鋼管樁底部，或高出設(shè)計(jì)樁頂50cm，即可回填細(xì)砂，高度控制在頂節(jié)鋼管柱節(jié)點(diǎn)下1m。

4.3 防止坍孔

鉆孔施工中，坍孔是一種常見的事故，預(yù)防措施如下：第一，提高泥漿質(zhì)量，發(fā)揮出泥漿護(hù)壁的作用，將泥漿的比重控制在1.1-1.3之間。必要時(shí)，可添加火堿、羧甲基纖維素。第二，下放鋼筋籠時(shí)，不能碰觸護(hù)壁;且鋼筋籠設(shè)置保護(hù)層，下放后及時(shí)灌注混凝土。第三，控制鉆孔速度和鉆頭的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率，避免進(jìn)尺過(guò)快造成的坍孔。

5? 結(jié)語(yǔ)

在地鐵車站施工中，PBA工藝是一種常用的方案，具有安全性和高效性的特點(diǎn)。文中結(jié)合工程案例，從人工挖孔護(hù)壁、鉆孔樁施工、鋼筋籠施工、壓力箱安裝、澆筑混凝土、細(xì)砂回填等方面，介紹了施工技術(shù)要點(diǎn)。希望為類似工程提供經(jīng)驗(yàn)借鑒，促進(jìn)施工順利進(jìn)行。

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