地铁暗挖车站洞桩法PBA施工技术

1、 地铁暗挖车站洞桩法(PBA)施工技术 隧道网 (2006-5-20)  来源：隧道建设摘 要：介绍北京地铁10号线工体北路暗挖车站洞桩法(PBA)施工技术，包括该方法的原理和特点、施工步序，分析总结了PBA法的关键技术。：PBA法在当前地铁施工中有一定的应用前景，可为今后类似工程施工提供借鉴和参考。关键词：北京地铁 暗挖车站 洞桩法 施工技术中图分类号：U231+3；U4554           文献标识码：B 1  工程概况1.1 

2、; 车站概况北京地铁10号线工体北路站位于工体北路和东三环交叉路口，车站纵轴与东三环路平行，呈南北走向，与规划的东西走向的M16线形成“十”字换乘关系。工体北路站全长187 m，受三环路长虹高架立交桥的限制而采用分离岛式暗挖结构，左右线均为单拱单跨断面，净跨10 m，分别位于高架桥两侧的辅路下，线间距455 m；线间设联络通道、迂回风道各两条及4个出入口；预留与M16线换乘接口、通道接口及站厅预留接口。为满足工期要求，在车站东北、西南侧各设施工竖井1座。车站平面布置如图1。1.2 地质状况车站范围主要地层由上至下依次为：人工杂填土和粉土填土层、粉土层和粉质粘土层、粉细砂层和中粗砂层、圆砾卵石层

3、、粉质粘土和粘土及粉土层、中粗砂层、卵石圆砾层。车站顶部位于粉细砂层中，底部结构位于卵石圆砾层中。施工范围内存在上层滞水、潜水、承压水，顶板位于潜水位以下04 m，底板位于承压水位以下6 m。土层具中低压缩性，地层透水性较好，施工时易发生涌水、涌砂，开挖后的稳定性差。图1  车站平面布置示意图 1.3 周边环境车站站体分置长虹高架桥两侧，桥桩距车站主体边墙仅5.0 m，距迂回风道、横通道边墙仅3.2m。路面交通繁忙；周边有中国文联、中信实业银行、外交公寓、兆龙饭店、交通部住宅楼等办公、商业及住宅高层建筑物；地下各种管线密布，雨水管、污水管、上水管、电力管沟、热力管沟、通信管

4、线等地下管线33条，个别管线距车站结构仅0.7 m。1.4 工程特点周边环境复杂，地下水位高且补给性强，沉降量控制要求严，防渗漏要求高。2 施工方法PBA法为控制地面沉降变形，确保长虹桥、周边高层建筑物和地下管线的安全稳定，通过比选，车站采用了对地层和周边环境影响均较小的洞桩法(以下简称“PBA法”)施工。2.1  原理PBA法的原理就是将明挖框架结构施工方法和暗挖法进行有机结合，即地面不具备施工基坑围护结构条件时，改在地下先行暗挖的导洞内施作围护边桩、桩顶纵梁，使围护桩、桩顶纵梁、顶拱共同构成桩(Pile)、梁(Beam)、拱(Arc)支撑框架体系(PBA即Pile、：Beam、如

5、c三个英文单词的首位字母组合)，承受施工过程的外部荷载；然后在顶拱和边桩的保护下，逐层向下开挖(必要时设预加力横向支撑)，施工内部结构，最终形成由外层边桩及顶拱初期支护和内层二次衬砌组合而成的永久承载体系。2.2 特点 在非强透水地层中，将有水地层的施工变为无水、少水施工，避免因长期大量降水引起的地表沉降和费用增大，有利于保护地下水资源和降低施工措施费。 以桩作支护，稳妥、安全，也利于控制地层沉降，避免中洞法、CD、CRD、双侧壁导坑法多次开挖引起地面沉降量过大的缺陷和对初期支护的刚度弱化。 与CRD、双侧壁导坑法等相比，拆除临时工程量相对较少；结构受力条件也好，相对经济合理。 对结构层数限制

6、少，对保护暗挖结构附近的地下构筑物和周边建筑物的安全有利。 在桩、梁、拱承载体系形成后，有较大的施工空间，便于机械化作业，从而加快进度。 在水位线以上的地层中开设的导同内施工孔桩，利用其“排桩效应”对两侧土体起到了支挡作用，可减少因流沙、地下水带来的施工安全隐患。3  工体北路站的施工方法和步骤施工总原则是少分块、快封闭，尽量减少荷载转换次数和地层被扰动的次数。导洞掘进和主拱施工遵循“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”及“先护后挖，及时支撑”的原则。从竖井进入两侧导洞施工，导洞贯通后施作灌注桩。适时凿除桩头后施作桩顶钢筋混凝土纵梁。以此在导洞内施作主体结构拱边段，回填支

7、护后背与导洞初期支护之间空间。以注浆小导管加固拱部地层，开挖上部土体，施作车站主体上部初期支护(以下简称主拱)，并与两侧拱边段联成整体。在主拱的保护下开挖土体并施作中板和上部拱墙二次衬砌结构。分层实施下部开挖，分层架设横撑和实施桩间初期支护，然后进行下部主体结构施作。施工步序如图2。图2 洞桩法施工步序图 具体做法如下：第1步：超前注浆小导管加固地层，先开挖近桥桩侧导洞，导洞台阶法施工，格栅喷混凝土支护。第2步：导洞开挖支护完成后，用特制和改进的钻机由内向外跳孔施工钻孔桩(桩径800 mm、1000mm，间距1.2m、1.5m)，导管法灌注水下混凝土，凿除桩头后，施作桩顶纵梁。第3步

8、：在导洞内施作主拱格栅钢架拱脚(即拱边段)，与导洞格栅钢架预留接头相连。第4步：浇筑拱边段后再进行背后回填。第5步：超前注浆小导管加固地层后弧形导坑法开挖导洞间的拱部土体、施作初期支护，必要时设置临时竖撑。第6步：拆除临时竖撑后向下开挖至中板下一定距离，拆除永久结构断面内导洞格栅钢架，拆除长度应根据监控量测严格控制。第7步：依次施作拱墙部防水层、中板底模、中板浇筑、拱墙浇筑，预留边墙钢筋和防水层。第8步：向下开挖至钢管撑标高下0.5 m，桩间喷射50 mm厚C20混凝土找平，必要时进行桩间注浆加固，架设腰梁及钢管撑。第9步：继续下挖至基底标高，桩间喷混凝土，施作底板垫层。第10步：铺设底板防水

9、层及其保护层，浇筑底板及部分边墙，边墙水平施工缝应高出底板面15 m以上。第11步：待底板达到设计强度。70以上，跳拆横撑及腰梁，铺侧墙防水层，浇筑侧墙混凝土与上层边墙相接。第12步：施作站台板等车站内部结构，车站土建施工完成。4 施工关键技术4.1  导洞开挖(1) 施工难点：控制开挖所引起的地面沉降，确保地下管线和周边环境安全稳定。(2) 主要对策：1)确定合理的开挖顺序，先施作近桥桩侧导洞，超前另一侧导洞不小于10 m。2)坚持先护后挖的原则分台阶开挖，加强初期支护，早封闭成环，控制导洞的沉降和变形。3)根据监控量测反馈信息调整支护参数和施工方法，以此作为安全保证的主要手段。4

10、.2 孔桩施工(1) 施工难点：导洞空间狭小、有效空间仅4.0m；大粒径(d20cm)卵石地层中成孔困难(桩长1923 m)。(2) 主要对策：1)根据洞内作业空间和地质情况定制或改进钻机，提高成孔效率和质量。先后使用多种改型钻机，其成孔时间分别为：GSD一50改型大口径液压钻机814 h(800 mm)，XQZ一100型泵吸反循环机械钻机3660 h(800 mm)，GPS一型泵吸反循环机械钻机3648h(1 000mm)。2)确定合理的钻桩顺序，搞好水下混凝土施工。由于桩间距仅为1.21.5m，为防止对临近已成孔的扰动，采用由内向外的跳孔施工。钢筋笼分节吊装，现场连接。针对拆除钻杆与吊装钢

11、筋笼的时间长，易造成坍孔、沉碴厚度控制难的问题，采用泵吸清孔和压举翻起沉碴的方式进行处理。加强对各操作环节协调指挥，避免因混凝土泵送距离长造成堵管，规避各种可能的断桩风险。3)导洞内场地狭窄，应分区域分段纵向布置钻机设备、泥浆箱、管路及道路，以砖墙把钻桩作业区和道路运输分开。孔桩施作完后及时清除积水、浮浆和剩余混凝土，确保高效和文明施工。4.3 主拱施工(1) 施工难点：解决好主拱在初期支护与二次衬砌形成过程中的体系转换和平衡，防止结构变形、失稳和破坏，避免出现地面及拱部的过量沉降和坍塌。(2) 主要对策：1)遵循“先护后挖，及时支撑”的原则，少分部开挖、快封闭、早成环。2)做好超前地质预报，

12、探明前方的水文地质情况。若存在滞水，通过探孔排出；接近管线位置时，实施超前管线探测，小导管加密注浆、加密格栅钢架、设双层钢筋网、掌子面注浆等支护措施进行保护。3)坚持信息化施工，根据信息反馈调整支护参数，如果变形量和变形速率超过管理值时，立即采取应急预案，包括加强超前支护、初期支护、增设临时支撑、改变开挖步骤、修改施工方案等。4)拆除临时支撑时，对相应部位加强监控量测。4.4 交叉口施工(1) 施工难点：交叉口处荷载转换复杂，结构易失稳；开口跨度大，操作空问小，对车站整体的施工组织和工期影响大。(2) 主要对策：1)交叉口采用组合拱梁结构，钢筋混凝土拱脚支承在纵梁上，水平梁连接初期支护格栅并分

13、配荷载；主拱开挖设置侧向开口加强环与临时竖撑，侧向开口加强环拱脚支承在纵梁上。2)侧向开口采用6 m管棚加固与注浆，环向破除混凝土设置开口加强环，主拱开挖时设置两排临时竖撑，竖撑置于导洞壁上，主拱开挖支护1020m后施工交叉口组合拱梁；圈梁站厅层成环后破除立体交叉拱梁侵人二衬断面部分，拆除临时竖撑，开挖核心土，施作通道二衬。3)早开联络通道，在左右线间创造平行作业条件以便加快施工进度。4.5  站台层结构防水和混凝土浇灌(1) 施工难点：在逆作施工缝处受空间限制，施工中防水板的预留和保护困难、施工缝处的防水质量不容易保证等。由于混凝土收缩，在上、下部施工缝处很难浇灌密实而出现空隙，从

14、而造成质量缺陷和安全隐患。(2) 主要对策：1)施工缝设在受剪力较小且便于施工的部位，便于边墙混凝土的施工。逆作施工缝留成台阶形式或斜缝。2)施工缝处设双道遇水膨胀嵌缝胶或止水条和预埋回填注浆管等方法进行防水处理。5  工程实施简况5.1工期与进度本工程合同工期880 d，2004年5月开工后，165 d施工导洞1100 m，每个工作面日均进度1.52.0 m；180 d施工钻孔桩762根，1根/(天·台)；180d施工主拱503m，每个工作面日均进度1.2m。目前站厅层已全部完工，站台层已完成90，预计2007年一季度竣工。5.2 防水效果由于周边降水，近乎为无水施工。根

15、据施工记录和质量检验记录，预计可达防水质量要求。站台层边墙与站厅层有较明显的施工缝痕迹，但无实体缝。5.3 监控量测在施工降水、导洞开挖、主体拱部开挖、拆除临时支撑、主拱施工各阶段，分别进行了地表下沉、拱顶下沉、桥桩沉降、管线沉降、水平收敛等项目的监控量测。累计地表沉降3572 mm，拱顶下沉3060mm，桥桩下沉615 mm，管线沉降719 mm，水平收敛1025 mm；其中沉降量较大的为施工降水、导洞施工和主体拱部施工阶段，沉降值最大的部位为交叉口。经与本项目风道CRD法施工比较，PBA法施工的沉降值小于CRD法。与北京地铁10号线和5号线暗挖车站CRD法施工(地表下沉多在100mm以上，

16、最大沉降值超过200mm)比较，本站洞桩法施工沉降量小，沉降控制效果良好。6  疑议、不足和建议(1) PBA法在宣武门车站和工体北路站均为无水施工，部分专家、同仁对其在有水地层中的施工心存疑虑。笔者认为，以目前的工艺和技术水平完全可以有效解决桩间止水问题；桩孔内倾问题也可通过提高成孔质量并设置适量外放予以解决。(2) 站厅层先行施工策应了安全，但必然引起站台层边墙上部施工缝和防水层预留的困难和不足，可以考虑现浇结构全部顺作，只需加强临时支撑便可。(3) 从工体北路站施工情况看，由于我司首次运用此法且有部分环节(如钻机选型改造)未进行较全面的预研究引起一定程度的延误，其工期进度方面的优势未显现，但该法对沉降控制和相邻构(建)筑物的保护作用是显而易见的。(4) 对今后类似工程的设计、施工有如下建议： 充分考虑立体交叉结构尺寸、格栅连接的操作空间、防水层搭接长度、交叉口处圈梁尺寸和钻机就位的空间，加大交叉口处导洞断面； 做好地质调查工作，结合导洞断面提前做好钻机的选型；非岩质地层宜采用反循环钻机。7  结语尽管存在临时工程量和含水地层能否成功的争议，北京地铁10号线工体北路站应用PBA法，