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

1、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510m,车站全长187.034m.车站主体结构顶部位于砂层,

2、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40mm70mm,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

3、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C30,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

4、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

5、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1.3

6、m,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515洞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

7、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

8、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

9、,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: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;结合本站地质条件,具备穿越卵石层的能力;钻机成孔效率高,工期要求5个月内完成762根桩;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2150900用于城铁十三号线区钻机在粘

10、土层,粉土XY一21690,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1GSD一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,17803800,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

11、起落钻层,砂层,砂砾层中钻制了牙轮钻头将卵石GSD一22l【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,4.5m5.5m/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21002850,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

12、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600800ram,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2634h.效率不高.该钻机采用泵吸反钻机工作尺寸5300GsD一50型大口径循环钻进,钻机功率20704700.重量工程钻机为北京探矿钻机在换乘加高断大

13、,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57m/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8001200mm,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l417h,钻机成孔效外形尺寸偏大,只适合进深度50m.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一型正反循环钻机由于机