有限导洞空间内卵石地层深桩施工技术Word文档下载推荐.docx

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号线多个车站工程的进一步推广应用,逐步形成洞桩法在特殊环境条件下施工复杂洞室群地铁车

站的关键技术体系.现以北京地铁十号线工体北路站采用整体洞桩法施工为例,着重介绍洞桩法

施工关键技术——有限导洞空间内卵石地层深桩施工技术的施工难点,方法及应用效果.

2工程概况

北京地铁十号线工体北路站位于工体北路与东三环交叉的十字路口,呈南北走向,为全埋性地

下车站.由于受三环路长虹高架立交桥的限制,车站采用分离岛式暗挖结构,左右线分别位于桥梁

两侧辅路下,线间距45.5m,左右线两结构之间设联络通道,迂回风道各两条.车站结构断面为单

拱单跨,净空10m,结构埋深5～10m,车站全长187.034m.

车站主体结构顶部位于砂层,粉细砂层,底板位于粉细砂层中,结构穿越地层为粉细砂层,中粗

砂层,粘土层,卵砾石层.洞内钻孔桩穿越地层依次为:

圆砾层0.6m,粉质粘土层4.95m,细砂层

1.6m,卵石层0.9m,圆砾层1.2m,卵石层7.14m,粉质粘土层4.15m,细砂层1.2m,卵石层5.9m,

桩底持力层为卵石层.钻孔桩穿越卵石层厚度达8m以上,卵石粒径按最初资料显示为40mm

70mm,实际卵石粒径达200mm以上,给洞内钻孔桩施工增加了不小的难度.

50工程科技2007年第3期

钻孔桩范围有两层地下水:

第一层为潜水,水位标高22.31m,位于导洞底面下1.2m;

第二层为

承压水,含水层为卵石圆砾层,中粗砂层,粉细砂层.

3飓A工法简介

本工程采用PBA法施工,先施

工左,右线小导洞,导洞开挖尺寸

4.6X5.1m,初期支护为C20喷射

混凝土,钢筋网,锁脚锚管,超前小

导管,格栅钢支撑等组合而成,喷

射混凝土厚度为30era;

其次,在小

导洞内施作边桩（钻孔桩）,桩顶纵

梁及边拱回填;

然后是左,右线初

支扣拱施工;

初支扣拱施工完成

后,施作站厅层及拱部二次衬砌,

二次衬砌为现浇C'

30,S10混凝土,

厚度为70era;

再进行下部开挖,施

作下部二次衬砌;

最后施工站台

层.详见图1.

PBA法施工最关键的工序之

一

即洞内钻孔桩施工.鉴于工体

北路站的特殊地质情况,洞内钻孔

桩需要解决有限导洞空间深厚大

粒径卵石地层深桩施工难题,其中图1施工示意

最重要的是必须选择好洞内钻孔设备及钻孔工艺,以适应本工程特殊地质环境下钻孔需要.

4导洞尺寸与位置的确定

地下工程采用洞桩法施工,洞内钻孔桩是整个支护体系的重要组成部分,不仅是竖向承载结

构,同时又是侧壁支挡结构,承受侧压力和拱部传递的复合力;

在本站施工中,钻孔桩还起到隔离和

保护长虹桥桩的作用.洞内钻孔桩施工主要由导洞,洞内钻孔,安放钢筋笼,灌注水下混凝土施工

等组成.导洞是专为洞内钻孔桩施工而开凿的地下作业工作室,作为临时结构在结构体系形成后

要进行拆除与回填.导洞尺寸设计除考虑导洞与主体结构问相对位置,洞室交叉结构设置及洞内

钻孔桩作业空间等因素,同时因经济和安全等因素考虑,导洞的尺寸和设置必须受到限制.

（1）导洞结构尺寸:

导洞按断面高度分为标准断面导洞与交叉口加高断面导洞.依据工体北

路站特殊地理情况,结合其他工程导洞设计,标准断面导洞净空尺寸定为:

4m（宽）X4.5m（高）;

交

叉口加高断面导洞宽4m,高度为6--7.9m,以满足洞室侧向开口与结构扣拱施工的要求;

导洞断面

形状为城门洞形,导洞底板设置为平坡.

（2）导洞位置设置:

导洞是为洞内钻孔灌注桩及桩顶冠梁,主拱边跨施工提供作业空间的临时

结构,由导洞相对车站主体的位置确定.导洞底板面高度确定为站厅板上0.5m,潜水位上0.2m.

导洞平面位置在满足钻机运行与场地布置前题下,尽量靠近主体结构以减少混凝土回填量,标准断

面导洞壁（钻孔桩侧）距钻孔桩中心线1.3m,换乘断面导洞中心距主体结构中心5.7m.

有限导洞空间内卵石地层深桩施工技术51

5洞内钻孔工艺及设备确定

5.1洞内钻孔桩设计

车站结构内钻孔桩按密排（桩间净距0.2m）布置方式,共设计了洞内钻孔桩762根,其中:

标准

型桩（A型）桩径怊00,642根;

换乘段加强桩（B型）4,1ooo,76根;

交叉口加强桩（C型）4,1000,44

根.洞桩在初步设计时按摩擦桩设计,锚固长度为8m,桩尖位于粉质粘土层中,后通过洞室开挖受

力模拟分析,为减小洞室开挖对桥桩的影响,避免桥桩产生负摩擦,}同桩设计时加大了钻孔桩的人

土深度,桩长从16m增至22.53m（其中C型桩23.13m）,锚固深度14m,桩底持力层为卵石层.

5.2洞内钻孔工艺确定

洞内钻孔桩作业空间狭小,环境特殊,受场地与空间高度限制,在导洞内钻孔施工过程中,钻

孔,钢筋笼吊装及泥浆循环处理等工序不同于地面钻孔施工,施工难度较大,必须采取合理的施工

工艺才能满足本工程安全,快速,优质成桩要求.

（1）洞内钻孔桩作业环境特殊,除对钻机设备有严格限制外,其施工工艺也有别于地面钻孔

桩.由于钻孔作业紧邻桥梁桩基,为减小对桥梁桩基地层的扰动,不宜采用冲击与振动成孔方式,

应采用回转式钻机钻孔.

（2）洞内钻孔作业排渣应选用反循环排渣方式.根据本工程地质情况,洞内钻孔桩要穿越8m

厚,粒径40--70mm局部达200mm以上的卵石地层,一般正循环钻机因排碴能力低,卵砾石不易排

出,导致钻进困难甚至无法成孔,且导洞内作业场地不利于正循环泥浆循环系统设置;

而采用泵吸

反循环钻进时,泥浆及卵砾石在泵吸压力作用下,强制经钻杆内腔返回地面,再经沉淀或净化后流

人孔内,有利于泥浆循环利用和沉渣排放,并缩短清孔时间,提高桩承载力.

（3）洞桩法曾在北京地铁十号线之前多个地铁车站局部或单洞室中应用,工体北路站群洞中

整体采用洞桩施工技术在国内尚属首次.由于本工程地质环境非常特殊,洞桩穿越地层大部分是

深厚卵石地层,钻进成孔困难,目前尚没有成型的钻孔设备能够满足本工程施工要求,必须对现有

钻机进行试验选型和改进.

5.3洞内钻孔试验

为获得本地质条件下洞内钻孔的相关技术参数,优化设备选型,调整,改进钻孔工艺,进行了钻

孔试验.洞内钻桩试验选在车站主体导洞贯通后,位置设在左线左导洞与南端风道导洞内.试验

钻机的选择原则为:

①满足导洞空间尺寸要求:

导洞宽度均为4m,标准断面高度为4.5m;

②结合本

站地质条件,具备穿越卵石层的能力;

③钻机成孔效率高,工期要求5个月内完成762根桩;

④重量

较轻,主要受竖井提升能力限制,其次因洞内空间狭小移动困难.根据以上原则选定了以下几种钻

机进行试钻,试验过程中针对各型钻机性能及钻进效果进行了认真分析比较（见表1）.

表l各型钻机性能及钻进效果比较

规格型号钻机主要参数钻机性能介绍钻进效果比较原因分析及对策

XY一2异型钻机曾

钻机尺寸2150×

900用于城铁十三号线区钻机在粘土层,粉土

XY一2×

1690,重量950kg,主间过高层房屋隔离桩层,砂层中钻进正常,该钻机因功率太小,

电机功率22kW,立轴施工,施工桩径00,钻进速度约为3m/h,钻杆扭矩不够,不适于

桩长为14m.该钻机但进入砾石层后钻进本工程卵石层钻孔施

最大扭矩2.76kN?

rn.速度明显减慢,进入卵工.为地质钻机

正循环方

式排渣.石层后根本无法钻进.

52工程科技2007年第3期

续表1

GSD一Ⅱ钻机主要用钻机在标准断面导

钻机工作尺寸4950于钻凿农业灌溉用水洞内试钻A型桩,采用针对卵石粒径过大,

×

1780×

3800,重量井钻孔,为机械动力头反循环钻进,在粘土钻杆内径偏小问题,配

5000kg,电机功率式,附以液压起落钻层,砂层,砂砾层中钻制了牙轮钻头将卵石

GSD一Ⅱ22l【W,钻杆内径塔,液压加压装置,钻进稳定,钻进速度为挤碎,基本解决了钻杆

89mm.钻孔直径600机机型较小,重量轻,4.5m～5.5m/h,钻至堵塞问题;

但钻机功率

～

1200mm,最大钻进钻塔高度缩短至3.8m卵石层后速度减慢并偏小,在卵石层中钻进

深度50m.后可满足导洞内钻孔发生钻杆堵塞,成孔时速度较慢,导致成孔时

间较长.要求

.间为35--48h.

钻机工作尺寸5150XO.Z一100型循环钻钻机在标准断面导钻机功率偏小,钻杆

2100×

2850,钻机功机是黑龙江五常水利洞内试钻A型桩,采用容易堵塞,遇大粒径卵

率30l【W,砂石泵功率机械有限公司生产的反循环钻进,在粘土石无法钻进时需拔起

25kW,重量5000kg,钻工程钻机,适用于室内层,砂层,砂砾层中钻钻头,改用须状抽碴筒XQZ一

100杆内径120ram,最大扭外工农业桥梁等钻孔进稳定,钻进速度为5处理,比较费时;

钻机

矩13.2kN?

m.钻孔直桩的施工.该钻机为--6m/h,在卵石层中钻无自行装置,移机就位

径600～800ram,最大拖车式机械动力头钻进速度较慢,成孔时间时间较长.钻机成孔

钻进深度50--70m.机,泵吸反循环排渣.约为26~34h.效率不高.

该钻机采用泵吸反

钻机工作尺寸5300×

GsD一50型大口径循环钻进,钻机功率

2070×

4700.重量工程钻机为北京探矿钻机在换乘加高断大

钻杆直径也大,采

8000kg,主机功率为机械厂生产,是一种全面导洞内试钻B型桩,用全液压动力头钻进

55l【W,砂石泵功率液压动力头钻机,适用采用反循环钻进,在细能顺利穿越卵石层

对

GS_D一5025kW,钻杆内径于桥梁,路基,坝基及粒地层中钻进速度约于超粒径卵石可强制

148ram,最大扭矩为各种工业民用建筑工为5～7m/h,卵石层中挤入孔壁内

;

钻机配有

16kN?

m.钻孔直径程的灌浆孔和其它工钻进速度约为0.8m～液压步履移机装置,纵

800～1200mm,最大钻程孔.该钻机为门形1.5m/h,成孔时间为横向移动灵活

.钻机

钻塔,塔机一体,设双l4～17h,钻机成孔效外形尺寸偏大

只适合进深度50

m.率较高.缸链条倍增机构

.于加高断面导洞内施

工.

5.4钻机选定与改进

通过洞内钻桩试验与工艺分析:

XY一2异型钻机不适于本工程施工;

GSD一Ⅱ型正反循环钻

机由于机