地鐵暗挖車站洞樁法_PBA_施工技術(shù)

1、地鐵暗挖車站洞樁法(P BA 施工技術(shù)朱澤民(中鐵二局股份有限公司,成都610032摘要:介紹北京地鐵10號線工體北路暗挖車站洞樁法(P BA 施工技術(shù),包括該方法的原理和特點(diǎn)、施工步序,分析總結(jié)了P BA 法的關(guān)鍵技術(shù)。P BA 法在當(dāng)前地鐵施工中有一定的應(yīng)用前景,可為今后類似工程施工提供借鑒和參考。關(guān)鍵詞:北京地鐵;暗挖車站;洞樁法;施工技術(shù)中圖分類號:U231+.3;U455.4文獻(xiàn)標(biāo)識碼:BPile 2Beam 2Arch (PBAConstructi on Technology for M i n ed M etro St ati onsZHU Ze 2m in(Ch ina R a

2、il w ay E rju Co .,L td .,Chengdu 610032,China Abstract:The paper intr oduces the constructi on technol ogy of Pile 2Bea m 2A rch (P BA meht od app lied in the m ined North Gongti Road Stati on of line 10of BeijingMetr o,including the p rinci p le and features of P BA method,the construc 2ti on p r

3、ocedure and the analysis and summary of the key technol ogy .P BA method,which has a good app licati on p r os pect in the current constructi on of the Metr o works,can be referred t o f or other si m ilar works in the future .Key words:Beijing Metr o;m ined Metr o stati on;Pile 2Bea m 2A rch (P BA

4、method;constructi on technol ogy1工程概況1.1車站概況北京地鐵10號線工體北路站位于工體北路和東三環(huán)交叉路口,車站縱軸與東三環(huán)路平行,呈南北走向,與規(guī)劃的東西走向的M16線形成“十”字換乘關(guān)系。工體北路站全長187m ,受三環(huán)路長虹高架立交橋的限制而采用分離島式暗挖結(jié)構(gòu),左右線均為單拱單跨斷面,凈跨10m ,分別位于高架橋兩側(cè)的輔路下,線間距45.5m;線間設(shè)聯(lián)絡(luò)通道、迂回風(fēng)道各兩條及4個出入口;預(yù)留與M16線換乘接口、通道接口及站廳預(yù)留接口。為滿足工期要求,在車站東北、西南側(cè)各設(shè)施工豎井1座。車站平面布置如圖1。1.2地質(zhì)狀況車站范圍主要地層由上至下依次為:

5、人工雜填土和粉土填土層、粉土層和粉質(zhì)粘土層、粉細(xì)砂層和中粗砂層、圓礫卵石層、粉質(zhì)粘土和粘土及粉土層、中粗砂層、卵石圓礫層。車站頂部位于粉細(xì)砂層中,底部結(jié)構(gòu)位于卵石圓礫層中。施工范圍內(nèi)存在上層滯水、潛水、承壓水,頂板位于潛水位以下0.4m,底板位于承壓水位以下6m 。土層具中低壓縮性,地層透水性較好,施工時易發(fā)生涌水、涌砂,開挖后的穩(wěn)定性差 。圖1車站平面布置示意圖Fig .1Plan layout of Metr o stati on1.3周邊環(huán)境車站站體分置長虹高架橋兩側(cè),橋樁距車站主體邊墻僅5.0m ,距迂回風(fēng)道、橫通道邊墻僅3.2m 。路面交通繁忙;周邊有中國文聯(lián)、中信實(shí)業(yè)銀行、外交公寓

6、、兆龍飯店、交通部住宅樓等辦公、商業(yè)及住宅高層建筑物;地下各種管線密布,雨水管、污水管、上水管、電力管溝、熱力管溝、通信管線等地下管線33條,個別管線距車站結(jié)構(gòu)僅0.7m 。收稿日期:2006-08-28作者簡介:朱澤民(1966-,男,1987年長沙鐵道學(xué)院鐵道工程專業(yè)大專畢業(yè);2004年西南交通大學(xué)土木工程專業(yè)本科畢業(yè);長期從事隧道與地下工程專業(yè)的技術(shù)和施工管理工作。第26卷第5期2006年10月隧道建設(shè)Tunnel Constructi on 26(5:6365,100Oct .,20061.4工程特點(diǎn)周邊環(huán)境復(fù)雜,地下水位高且補(bǔ)給性強(qiáng),沉降量控制要求嚴(yán),防滲漏要求高。2施工方法P BA

7、法為控制地面沉降變形,確保長虹橋、周邊高層建筑物和地下管線的安全穩(wěn)定,通過比選,車站采用了對地層和周邊環(huán)境影響均較小的洞樁法(以下簡稱“P BA 法”施工。2.1原理P BA法的原理就是將明挖框架結(jié)構(gòu)施工方法和暗挖法進(jìn)行有機(jī)結(jié)合,即地面不具備施工基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)條件時,改在地下先行暗挖的導(dǎo)洞內(nèi)施作圍護(hù)邊樁、樁頂縱梁,使圍護(hù)樁、樁頂縱梁、頂拱共同構(gòu)成樁(Pile、梁(Beam、拱(A rc支撐框架體系(P BA即Pile、Bea m、A rc三個英文單詞的首位字母組合,承受施工過程的外部荷載;然后在頂拱和邊樁的保護(hù)下,逐層向下開挖(必要時設(shè)預(yù)加力橫向支撐,施工內(nèi)部結(jié)構(gòu),最終形成由外層邊樁及頂拱初期支

8、護(hù)和內(nèi)層二次襯砌組合而成的永久承載體系。2.2特點(diǎn)在非強(qiáng)透水地層中,將有水地層的施工變?yōu)闊o水、少水施工,避免因長期大量降水引起的地表沉降和費(fèi)用增大,有利于保護(hù)地下水資源和降低施工措施費(fèi)。以樁作支護(hù),穩(wěn)妥、安全,也利于控制地層沉降,避免中洞法、CD、CRD、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法多次開挖引起地面沉降量過大的缺陷和對初期支護(hù)的剛度弱化。與CRD、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法等相比,拆除臨時工程量相對較少,結(jié)構(gòu)受力條件也好,相對經(jīng)濟(jì)合理。對結(jié)構(gòu)層數(shù)限制少,對保護(hù)暗挖結(jié)構(gòu)附近的地下構(gòu)筑物和周邊建筑物的安全有利。在樁、梁、拱承載體系形成后,有較大的施工空間,便于機(jī)械化作業(yè),從而加快進(jìn)度。在水位線以上的地層中開設(shè)的導(dǎo)洞內(nèi)施工孔樁,

9、利用其“排樁效應(yīng)”對兩側(cè)土體起到了支擋作用,可減少因流沙、地下水帶來的施工安全隱患。3工體北路站的施工方法和步驟施工總原則是少分塊、快封閉,盡量減少荷載轉(zhuǎn)換次數(shù)和地層被擾動的次數(shù)。導(dǎo)洞掘進(jìn)和主拱施工遵循“管超前、嚴(yán)注漿、短開挖、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測”及“先護(hù)后挖,及時支撐”的原則。從豎井進(jìn)入兩側(cè)導(dǎo)洞施工,導(dǎo)洞貫通后施作灌注樁。適時鑿除樁頭后施作樁頂鋼筋混凝土縱梁。以此在導(dǎo)洞內(nèi)施作主體結(jié)構(gòu)拱邊段,回填支護(hù)后背與導(dǎo)洞初期支護(hù)之間空間。以注漿小導(dǎo)管加固拱部地層,開挖上部土體,施作車站主體上部初期支護(hù)(以下簡稱主拱,并與兩側(cè)拱邊段聯(lián)成整體。在主拱的保護(hù)下開挖土體并施作中板和上部拱墻二次襯砌結(jié)構(gòu)。分層

10、實(shí)施下部開挖,分層架設(shè)橫撐和實(shí)施樁間初期支護(hù),然后進(jìn)行下部主體結(jié)構(gòu)施作。施工步序如圖2 。圖2洞樁法施工步序圖Fig.2Constructi on p r ocesses of Pile2Bea m2A rch(P BAmethod 具體做法如下:第1步:超前注漿小導(dǎo)管加固地層,先開挖近橋樁側(cè)導(dǎo)洞,導(dǎo)洞臺階法施工,格柵噴混凝土支護(hù)。第2步:導(dǎo)洞開挖支護(hù)完成后,用特制和改進(jìn)的鉆機(jī)由內(nèi)向外跳孔施工鉆孔樁(樁徑800mm、1000 mm,間距1.2m、1.5m,導(dǎo)管法灌注水下混凝土,鑿除樁頭后,施作樁頂縱梁。第3步:在導(dǎo)洞內(nèi)施作主拱格柵鋼架拱腳(即拱邊段,與導(dǎo)洞格柵鋼架預(yù)留接頭相連。第4步:澆筑拱邊

11、段后再進(jìn)行背后回填。第5步:超前注漿小導(dǎo)管加固地層后弧形導(dǎo)坑法開挖導(dǎo)洞間的拱部土體、施作初期支護(hù),必要時設(shè)置臨時豎撐。第6步:拆除臨時豎撐后向下開挖至中板下一定距離,拆除永久結(jié)構(gòu)斷面內(nèi)導(dǎo)洞格柵鋼架,拆除長度應(yīng)根據(jù)監(jiān)控量測嚴(yán)格控制。第7步:依次施作拱墻部防水層、中板底模、中板澆筑、拱墻澆筑,預(yù)留邊墻鋼筋和防水層。第8步:向下開挖至鋼管撐標(biāo)高下0.5m,樁間噴射50mm厚C20混凝土找平,必要時進(jìn)行樁間注漿加固,架設(shè)腰梁及鋼管撐。46隧道建設(shè)2006年10月第26卷第9步:繼續(xù)下挖至基底標(biāo)高,樁間噴混凝土,施作底板墊層。第10步:鋪設(shè)底板防水層及其保護(hù)層,澆筑底板及部分邊墻,邊墻水平施工縫應(yīng)高出底

12、板面1.5m以上。第11步:待底板達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度70%以上,跳拆橫撐及腰梁,鋪側(cè)墻防水層,澆筑側(cè)墻混凝土與上層邊墻相接。第12步:施作站臺板等車站內(nèi)部結(jié)構(gòu),車站土建施工完成。4施工關(guān)鍵技術(shù)4.1導(dǎo)洞開挖(1施工難點(diǎn):控制開挖所引起的地面沉降,確保地下管線和周邊環(huán)境安全穩(wěn)定。(2主要對策:1確定合理的開挖順序,先施作近橋樁側(cè)導(dǎo)洞,超前另一側(cè)導(dǎo)洞不小于10m。2堅(jiān)持先護(hù)后挖的原則分臺階開挖,加強(qiáng)初期支護(hù),早封閉成環(huán),控制導(dǎo)洞的沉降和變形。3根據(jù)監(jiān)控量測反饋信息調(diào)整支護(hù)參數(shù)和施工方法,以此作為安全保證的主要手段。4.2孔樁施工(1施工難點(diǎn):導(dǎo)洞空間狹小、有效空間僅4.0m;大粒徑(d20c m卵石地層

13、中成孔困難(樁長1923m。(2主要對策:1根據(jù)洞內(nèi)作業(yè)空間和地質(zhì)情況定制或改進(jìn)鉆機(jī),提高成孔效率和質(zhì)量。先后使用多種改型鉆機(jī),其成孔時間分別為:GS D-50改型大口徑液壓鉆機(jī)814h(800mm,XQZ-100型泵吸反循環(huán)機(jī)械鉆機(jī)3660h(800mm,GPS-型泵吸反循環(huán)機(jī)械鉆機(jī)3648h(1000mm。2確定合理的鉆樁順序,搞好水下混凝土施工。由于樁間距僅為1.21.5m,為防止對臨近已成孔的擾動,采用由內(nèi)向外的跳孔施工。鋼筋籠分節(jié)吊裝,現(xiàn)場連接。針對拆除鉆桿與吊裝鋼筋籠的時間長,易造成坍孔、沉碴厚度控制難的問題,采用泵吸清孔和壓舉翻起沉碴的方式進(jìn)行處理。加強(qiáng)對各操作環(huán)節(jié)協(xié)調(diào)指揮,避免

14、因混凝土泵送距離長造成堵管,規(guī)避各種可能的斷樁風(fēng)險。3導(dǎo)洞內(nèi)場地狹窄,應(yīng)分區(qū)域分段縱向布置鉆機(jī)設(shè)備、泥漿箱、管路及道路,以磚墻把鉆樁作業(yè)區(qū)和道路運(yùn)輸分開。孔樁施作完后及時清除積水、浮漿和剩余混凝土,確保高效和文明施工。4.3主拱施工(1施工難點(diǎn):解決好主拱在初期支護(hù)與二次襯砌形成過程中的體系轉(zhuǎn)換和平衡,防止結(jié)構(gòu)變形、失穩(wěn)和破壞,避免出現(xiàn)地面及拱部的過量沉降和坍塌。(2主要對策:1遵循“先護(hù)后挖,及時支撐”的原則,少分部開挖、快封閉、早成環(huán)。2做好超前地質(zhì)預(yù)報,探明前方的水文地質(zhì)情況。若存在滯水,通過探孔排出;接近管線位置時,實(shí)施超前管線探測,小導(dǎo)管加密注漿、加密格柵鋼架、設(shè)雙層鋼筋網(wǎng)、掌子面注

15、漿等支護(hù)措施進(jìn)行保護(hù)。3堅(jiān)持信息化施工,根據(jù)信息反饋調(diào)整支護(hù)參數(shù),如果變形量和變形速率超過管理值時,立即采取應(yīng)急預(yù)案,包括加強(qiáng)超前支護(hù)、初期支護(hù)、增設(shè)臨時支撐、改變開挖步驟、修改施工方案等。4拆除臨時支撐時,對相應(yīng)部位加強(qiáng)監(jiān)控量測。4.4交叉口施工(1施工難點(diǎn):交叉口處荷載轉(zhuǎn)換復(fù)雜,結(jié)構(gòu)易失穩(wěn);開口跨度大,操作空間小,對車站整體的施工組織和工期影響大。(2主要對策:1交叉口采用組合拱梁結(jié)構(gòu),鋼筋混凝土拱腳支承在縱梁上,水平梁連接初期支護(hù)格柵并分配荷載;主拱開挖設(shè)置側(cè)向開口加強(qiáng)環(huán)與臨時豎撐,側(cè)向開口加強(qiáng)環(huán)拱腳支承在縱梁上。2側(cè)向開口采用6m管棚加固與注漿,環(huán)向破除混凝土設(shè)置開口加強(qiáng)環(huán),主拱開挖時

16、設(shè)置兩排臨時豎撐,豎撐置于導(dǎo)洞壁上,主拱開挖支護(hù)1020m后施工交叉口組合拱梁;圈梁站廳層成環(huán)后破除立體交叉拱梁侵入二襯斷面部分,拆除臨時豎撐,開挖核心土,施作通道二襯。3早開聯(lián)絡(luò)通道,在左右線間創(chuàng)造平行作業(yè)條件以便加快施工進(jìn)度。4.5站臺層結(jié)構(gòu)防水和混凝土澆灌(1施工難點(diǎn):在逆作施工縫處受空間限制,施工中防水板的預(yù)留和保護(hù)困難、施工縫處的防水質(zhì)量不容易保證等。由于混凝土收縮,在上、下部施工縫處很難澆灌密實(shí)而出現(xiàn)空隙,從而造成質(zhì)量缺陷和安全隱患。(2主要對策:1施工縫設(shè)在受剪力較小且便于施工的部位,便于邊墻混凝土的施工。逆作施工縫留成臺階形式或斜縫。2施工縫處設(shè)雙道遇水膨脹嵌縫膠或止水條和預(yù)埋

17、回填注漿管等方法進(jìn)行防水處理。5工程實(shí)施簡況5.1工期與進(jìn)度本工程合同工期880d,2004年5月開工后,165d 施工導(dǎo)洞1100m,每個工作面日均進(jìn)度1.52.0m; 180d施工鉆孔樁762根,1根/(天臺;180d施工主拱503m,每個工作面日均進(jìn)度1.2m。目前站廳層已全部完工,站臺層已完成90%,預(yù)計(jì)2007年一季度竣工。5.2防水效果由于周邊降水,近乎為無水施工。根據(jù)施工記錄和質(zhì)量檢驗(yàn)記錄,預(yù)計(jì)可達(dá)防水質(zhì)量要求。站臺層邊墻與站廳層有較明顯的施工縫痕跡,但無實(shí)體縫。5.3監(jiān)控量測在施工降水、導(dǎo)洞開挖、主體拱部開挖、拆除臨時支撐、主拱施工各階段,分別進(jìn)行了地表下沉、拱頂下沉、橋樁沉降

18、、管線沉降、水平收斂等項(xiàng)目(下轉(zhuǎn)100頁56第5期朱澤民地鐵暗挖車站洞樁法(P BA施工技術(shù)的補(bǔ)給,同時洞內(nèi)采取超前長(6m、短(2.5m管注漿加固土層和止水。漿液采用水泥-水玻璃雙液漿及XP M。實(shí)踐證明,此措施很好保證了隧道內(nèi)對于惡劣多變的地質(zhì)水文條件的有效防范。(2風(fēng)險二的應(yīng)對措施風(fēng)險轉(zhuǎn)移和風(fēng)險緩解。對于隧道上方地面的民房,聘請具有資質(zhì)的房屋鑒定機(jī)構(gòu)對全部房屋進(jìn)行了危房鑒定,然后以正式報告形式與業(yè)主進(jìn)行協(xié)商,促使其與市政府匯報,結(jié)合城區(qū)改造將危房予以拆除。經(jīng)過努力,隧道上方的90%危房予以拆除,基本解決了風(fēng)險問題。對于管線安全,經(jīng)過專家討論會和現(xiàn)場調(diào)查,采取了從區(qū)間隧道內(nèi)新開一斷面不足4

19、m2的洞室貼近管線,使用近距離注漿將管線周邊土層進(jìn)行置換以達(dá)到加固和止水作用。風(fēng)險三的應(yīng)對措施風(fēng)險轉(zhuǎn)移。由于此區(qū)間工程工期的延誤主要是因?yàn)榈孛嫖７坎疬w滯后,施工方采取了工期延誤報告、現(xiàn)場專題匯報會和停復(fù)工申請的諸多形式,使業(yè)主明晰工期延誤原因并留有書面依據(jù),最終將工期進(jìn)行了延長,化解了風(fēng)險。風(fēng)險四的應(yīng)對措施風(fēng)險緩解和風(fēng)險利用。對于區(qū)間隧道新增的渡線結(jié)構(gòu),在充分進(jìn)行技術(shù)方案論證前提下,提出了“縱橫導(dǎo)洞”的施工方案,同時又進(jìn)行了工程索賠,增加了收入。風(fēng)險五的應(yīng)對措施風(fēng)險規(guī)避。即采取措施避免發(fā)生人身傷亡事故。其中,采取的措施中最有效的是嚴(yán)格按照技術(shù)交底施工。5總結(jié)和建議綜上所述,地鐵工程項(xiàng)目是在復(fù)雜

20、的自然和社會環(huán)境中進(jìn)行的,面臨著多種因素的影響,風(fēng)險無時不在、無處不在。地鐵工程項(xiàng)目風(fēng)險管理在國際上開展得已經(jīng)較多,研究也較深入。但在國內(nèi),風(fēng)險管理的知識還沒有得到普及,熟悉或研究工程風(fēng)險管理的人也不多,開始全面實(shí)施風(fēng)險管理的工程項(xiàng)目就更少,尤其在地鐵淺埋暗挖工程領(lǐng)域幾乎沒有。希望通過本文的闡述,對地鐵淺埋暗挖工程領(lǐng)域的風(fēng)險管理研究起一定作用。參考文獻(xiàn):1盧有杰,盧家儀.項(xiàng)目風(fēng)險管理M.北京:清華大學(xué)出版社,1998.2田元福,李慧民.工程項(xiàng)目施工階段的風(fēng)險評估研究J.蘭州交通大學(xué)學(xué)報,2004,(2.3王卓蒲.工程項(xiàng)目風(fēng)險管理M.北京:中國水利水電出版社,2002.(上接65頁的監(jiān)控量測。累計(jì)地表沉降3572mm,拱頂下沉30 60mm,橋樁下沉615mm,管線沉降719mm,水平收斂1025mm;其中沉降量較大的為施工降水、導(dǎo)洞施工和主體拱部施工階段,沉降值最大的部位為交叉口。經(jīng)與本項(xiàng)目風(fēng)道CRD法施工比較,P BA法施工的沉降值小于CRD法。與北京地鐵10號線和5號線暗挖車站CRD法施工