洞桩法施工浅埋地铁车站施工技术.docx

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洞桩法施工浅埋地铁车站施工技术

地铁车站PBA工法施工技术

第二工程有限公司安质科郭风芝

我单位施工的呼家楼车站是北京地铁十号线的中间站，位于东三环北路与朝阳北路交叉路口，与规划的M6线呈十字换乘关系。

车站沿东三环北路呈南北走向，受京广桥桥桩影响，站台分开分别设置在东三环北路两侧的辅路下，埋深10m，站长179.5m，起讫点里程K19＋795.566—K19+975.066。

车站设5个出入口，2组风亭、2个风道。

见附图一《车站平面布置图》

车站为分离岛式车站，为双线双洞，双层结构，有效站台长度120m，宽6.0×2m。

结构断面为单拱单跨断面，相对标准岛式车站断面跨度减小，开挖宽度12.6m，标准断面开挖高度15.15m；车站主体过管线段采用局部压低的单跨平顶曲墙断面；在本站与M6线换乘节点处，采用单跨直墙断面形式。

本段施工主要采用PBA工法（即洞桩法）施工工艺和关键技术，确保施工安全和严控地表沉降量。

施工工艺见附图二《车站主体标准断面图》

本工程所处区域地势平缓，地面以市政道路为主，场地与地形基本相平，场地周围地面建筑物密集。

根据地质钻探揭示，地层由上至下依次为：

杂填土、砂质粉土、粉质粘土、砂层、圆砾层、粉质粘土层及卵石层。

车站上部位于砂层及圆砾层内。

地下水分三层分布：

上层滞水、潜水、承压水。

上层滞水水位埋深7ｍ，仅局部测得，潜水层水位埋深14.1ｍ，承压

水水位埋深21ｍ，车站主体底板位于承压水水层内。

呼家楼站主体结构顶板以上为粉质粘土；结构上部位于粉细砂层中、中粗砂、圆砾地层中，上层滞水和潜水对其影响较大；车站结构中部主要受潜水及承压水的影响；车站结构底部及底板位于粉质粘土层、圆砾层中，受承压水的影响较大。

见附图三《PBA工法施工中小导洞及竖井开挖工程地质及水文地质示意图》

附图一

附图二

附图三

PBA工法施工中小导洞及竖井开挖工程地质及水文地质示意图

呼家楼车站位于城市繁华地段，地面人流量大，来往车辆多，施工环境复杂，制约因素多，周围建筑物多且多为二十几层的高层建筑，如果施工不当将对城市交通和居民的生活造成不利影响。

见附图四（车站周边环境示意图）

本车站投标时原定采用CDR工法施工，考虑到采用CDR工法施工过程中小导洞等临时工程和车站主体大断面受力体系转换复杂且不容易保证施工安全和确保地表沉降量不大于30mm的要求，我单位中标后经多方论证，现改为PBA工法施工（即洞桩法）。

附图四

洞桩法施工实际是指在站体内先通过采用台阶法开挖小导洞，在小导洞内倒退式施作车站主体结构的钻孔围护桩和冠梁，在施作冠梁的同时预埋车站主体结构大拱的格栅钢架，待小导洞内的钻孔围护桩和大拱预埋格栅钢架全部施作完毕后，再开挖一层大断面剩余土体，同时浇筑大拱混凝土，待大拱混凝土达到一定的强度后就可在大拱可靠保护下开挖车站主体结构的剩余土体，在向下开挖过程中要随开挖随对钻孔围护桩进行横向水平支撑，钻孔灌注桩间采用挂钢筋网片喷射砼的方法进行护壁，避免因深度过大造成钻孔灌注桩整体倾覆，造成大面积的土体跨塌。

待车站整体土方全部开挖完毕后再由底向上顺序立模浇筑车站结构砼。

在洞桩法施工过程中，应严格按十六字方针“管超前、严注浆、短开挖、强支护、早封闭、勤量测”组织施工。

由于呼家楼车站工程地质和水文地质情况的复杂性，在主体开挖前，应严格按照降水设计组织降水施工，确保降水之后形成的降水漏斗水面线在车站底板2米以下，整个车站站体施工应均处于无水作业状态。

在小导洞开挖时，应在工作面前施作超前探水管，探明工作面前方是否存在未排尽的上层滞水，如果有必要时要提前进行双液（水泥、水玻璃）注浆，在上层滞水区形成可靠的水泥石帷幕，确保工作面始终处于无水作业状态，避免因上层滞不泄漏造成工作面前方土体跨塌造成地面严重沉降。

同时，在开挖小导洞时要严格按照短台阶作业方法，在工作面前要留核心土，对工作面的土体进行支撑，避免跨塌造成地面沉降值超限。

小导洞开挖完毕后立即开挖面初喷砼、挂钢筋网片、架立格栅钢架，最后一次将20cmC20砼全部喷完，特别是对格栅钢架背后部位要喷射密实，待喷射后的砼达到规定强度后要及时进行初期支护注浆，确保初期支护背后密实。

在小导洞和车站主体开挖过程中要按设计布设沉降和位移观测点，对周围地面和建筑物的沉降和位移值进行严密观测，如发现导常情况要加强观测密度，如果沉降或位移持续增长应立即停止地下开挖施工待可靠处理完毕后再继续开挖。

呼家楼车站洞桩法施工从地面到主体的施工流程如下：

1、准备阶段：

施工准备→三通一平→竖井围护桩施工

2、竖井施工：

竖井锁口圈施工→提升架安装→竖井开挖与支护→竖井挖至导洞下3m后临时封底。

3、小导洞施工：

洞内土方开挖→洞内钻孔桩施工→冠梁施工及导洞侧壁回填

4、上弧断面扣拱：

超前小导管（大管棚）注浆支护→上弧断面土方开挖支护→扣混凝土拱

5、下断面开挖：

台阶法分层开挖土方→临时钢支撑安装→桩间喷砼→基底处理。

6、主体衬砌：

防水施工→二衬模筑→临时支撑拆除与替换。

7、附属结构施工。

洞桩法施工工序见下图所示：

施工流程：

先进行风道右侧导洞施工，开挖15ｍ后进行风道左侧导洞施工，主体导洞由风道右侧导洞进入施工，先施工靠近桥桩侧的导洞，后施工其它两导洞，相邻两导洞断面间距不小于15ｍ。

联络通道导洞由右线左洞进入施工。

PBA工法关键施工技术及确保施工安全的工程措施：

1．立交桥桩保护措施

（1）现状分析：

桩基位于两车站主体结构之间，主体结构与桥桩距离为4.3～6.0m，车站的迂回风道及联络通道距离桥桩最近点为3.99m。

影响范围为京广桥的19#--26#桩，其中根据京广桥和地铁结构的相互关系、桥

1、施作风道主体两侧小导洞，台阶法开挖，拱部超前小导管预加固，格栅钢架、网喷砼联合支护。

小导洞高5.1ｍ，宽4.6ｍ。

2、小导洞贯通后，施作钻孔桩，浇筑桩顶冠梁。

钻孔桩桩径为80cm，间距1.2m。

3、浇筑两侧小导洞内的风道结构边脚初期支护，用素砼回填初期支护后背的空间，施作小导管，注浆预加固拱部地层。

4、CD法开挖通道中上部，架设格栅钢架（局部）及临时支撑，施作拱部初期支护及第一道模筑混凝土，拱脚落在两侧桩顶冠梁上，待混凝土强度达至设计强度后，拆除中间支撑。

5、开挖风道两导洞间土体，桩间网喷混凝土支护，开挖到一定标高后，设置第一道钢支撑，继续向下开挖土体，设置第二道钢支撑，开挖至底标高。

6、施作风道底部垫层，逐步拆除临时支撑，由下向上施作防水层，依次立模浇筑底板、边墙、中板、顶板混凝土，最后施作风道内部结构。

梁的养护记录以及对桥梁的调查，将桥基保护分为A、B、C三个等级。

京广桥B级保护桩为16根、C级4根。

（2）加固思路：

第一提高桥梁基础和地层的抗变型能力；第二控制洞室开挖对桥基的扰动，减少桩周摩阻力的损失。

（3）加固步骤

B级桩----边加固边施工；C级桩----先施工后加固。

（4）加固方法

在施工前与桥梁设计及养护单位取得联系，征求专家意见，明确该桥梁结构的受力结构形式，确定其在使用状态下的容许沉降值，作为施工监测控制目标。

对施工区域内桥梁设施进行严格规范的监控量测。

施工监测应贯穿施工的各个环节、各个阶段，并持续到工程结束。

根据量测结果，在必要时，可在地面架设桥梁支撑体系或对桥梁上部结构采取适当顶升措施加以调整，以满足桥梁的使用要求。

a、隧道结构内设置超前小导管注浆，小导管环向间距减小，从洞内注浆加固桥桩周围地层，减小隧道开挖的侧向变形，加固范围在结构外2m以上，加固后土体强度应满足设计要求，注浆压力要控制适当；

b、减小隧道结构初期支护格栅钢架的纵向间距，加设临时仰拱，及时封闭；

c、施工中要注意对施工工艺的控制，采取小分块、短进尺、快封闭的手段，减少对地层的扰动，尤其要处理好拱脚变形的问题；

d、施工中要加强洞内和地面桥梁的监控量测，并作好记录，发现问题及时采取有效措施并反馈信息。

2、马头门施工

分析：

本车站主体双层结构，两个南北向主体结构与东西向风道及联络通道交叉，交叉口处受力转换复杂，应力集中明显，易导致初支失稳，施工难度大。

主要应对措施：

（1）采用三维有限元法对各步序工况进行模拟分析，优化施工方案，确定临时支撑的强度、刚度，以此作为安全保证的理论基础。

（2）根据监控量测、信息反馈、位移反分析来调整支护参数，以此作为安全保证的主要手段。

（3）迂回风道进正洞时，在上部施工横通道初支完成后，沿车站正洞开挖轮廓线搭大管棚，注浆加固地层并对正洞掌子面进行全断面注浆加固。

横通道初支完成后根据监控量测情况确定进入车站开挖的时机，以确保结构及施工安全为第一要素。

（4）从正洞进入联络通道时，先做加强环，然后开挖进洞。

（5）开挖支护时，控制临时拱脚的下沉，拱部背后回填注浆紧跟掌子面。

（6）及时封闭，挂网满喷砼支护。

3、确保结构施工期间无水施工的作业条件

分析：

在软弱含水地层施工作业浅埋隧道控制地表沉降很关键的一步是做到无水施工作业，如果潜水没有得到完全疏干，就会在局部粘性土夹层或潜水层底板处会出现渗水线，施工中往往因这些残留水带来涌泥或涌砂等不利施工条件，造成地层损失，引起较大的地表下沉。

由于车站隧道上方有雨水管、污水管，渗漏具有不确定性，且上层滞水不能通过降水疏干，因此保证无水作业是本工程的关键。

主要应对措施：

（1）做好超前探测，防患于未然，发现前方没有疏干时及时采取措施。

（2）对于管线渗漏水，应引起足够重视，开工前对管线进行详细调查，摸清管线渗漏情况及使用情况。

施工中随时观察掌子面情况，发现含水量变化异常时立即采取措施。

（3）对于拱部的上层滞水与管线渗漏水，采取堵水的方法，根据地质情况，选择适宜注浆浆液，进行注浆堵水并加固地层。

（4）如残留水在开挖面的下部，则可以采取集中引排、分段排水及堵水、洞内真空降水、水平导水等措施。

（5）当上述措施效果达不到安全施工要求时，增设洞内轻型井点真空降水措施。

4、控制噪音的措施

施工场地位于居民区内，如何减少施工噪音对居民的影响，是施工中的一项难点。

施工期间存在的噪声源主要有：

①隔声棚建造时的吊车、运输车、安装机械等产生的噪声；②出入口开挖（挖土机）产生的噪声。

③竖井与通道出土运输（运土车）产生的噪声（夜间为主）。

④施工期间土体吊运电葫芦产生的噪声。

⑤竖井与通道初支喷射混凝土产生的噪声。

⑥混凝土搅拌机产生的噪声。

⑦二次支护混凝土灌车及泵产生的噪声。

⑧施工用设备材料进出场。

⑨人员施工期间发出的各类噪声。

降噪措施：

针对以上施工各阶段的作业特性和各种噪声源的产生条件，第④⑤⑥⑧⑨类情况所造成的噪声解决相对比较容易，只要采取合理的技术措施和加强现场管理，控制噪声可以达到较理想的效果。

而对于第①②③⑦类情况产生的噪声，由于施工作业的特殊性，特别是施工产生的泥土（平均每天约出土300立方米）一般需在夜间10点以后运出，对噪声控制相对比较困难。

为了最大限度地消除施工带来的噪声，减少对附近居民正常生活的影响，针对各阶段的施工作业特点采取不同的措施解决施工噪声问题，同时不影响施工的正常进行。

拟计划在家属楼与竖井之间修建一道隔音墙，将产生噪声的主要设备封闭在隔音墙内。

对于空压机和砼搅拌机等定点设备，为其配置单独隔声棚。

以达到最大限度控制噪音的目的。

5、洞桩施工

分析：

由于小导洞空间狭小，钻孔桩施工作业面受限，洞内钢筋笼运输、安装困难，工序干扰大，施工效率低，因此如何加快钻孔桩是制约工期的关键点。

施工措施：

（1）选择先进、适用、高效的钻孔机械。

本工程选用改制的PBAD500型反循环钻机。

（2）钢筋笼连接采用冷挤压工艺。

（3）合理进行泥浆循环利用，安排好泥浆弃渣外运。

（4）科学组织、搞好协调。

6、监控量测

在整个施工期间，严格执行新奥法的施工管理方法，加强监控量测，用量测数据指导施工。

将监控量测作为一道工序纳入到施工组织设计中去。

其主要目的为：

（1）了解明挖围护结构、暗挖隧道支护结构和周围地层的变形情况，为施工日常管理提供信息，保证施工安全。

（2）为修改工程设计方案提供依据。

（3）保证施工影响范围内建筑物、地下管线的正常使用，为合理确定保护措施提供依据。

（4）验证支护结构设计，为支护结构设计和施工方案的修订提供反馈信息。

（5）积累资料，以提高地下工程的设计和施工水平。

为了明确呼家楼车站施工过程中的安全生产责任，充分发挥干部职工全员安全管理的积极性，我们制定了《安全管理目标体系图》，明确了各部门职责和权限，规定了安全管理当中各项工作的工作流程，使得我们呼家楼车站的安全管理始终有序可控，为安全、优质、高效地建好呼家楼车站打下了坚实的基础。