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、施工步序,分析總結(jié)了P BA 法的關(guān)鍵技術(shù)。P BA 法在當前地鐵施工中有一定的應用前景,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文獻標識碼: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、迂回風道各兩條及4個出入口;預留與M16線換乘接口、通道接口及站廳預留接口。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年長沙鐵道學院鐵道工程專業(yè)大專畢業(yè);2004年西南交通大學土木工程專業(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工程特點周邊環(huán)境復雜,地下水位高且補給性強,沉降量控制要求嚴,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行有機結(jié)合,即地面不具備施工基坑圍護結(jié)構(gòu)條件時,改在地下先行暗挖的導洞內(nèi)施作圍護邊樁、樁頂縱梁,使圍護樁、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下,逐層向下開挖(必要時設(shè)預加力橫向支撐,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、護和內(nèi)層二次襯砌組合而成的永久承載體系。2.2特點在非強透水地層中,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用增大,有利于保護地下水資源和降低施工措施費。以樁作支護,穩(wěn)妥、安全,也利于控制地層沉降,避免中洞法、CD、CRD、雙側(cè)壁導坑法多次開挖引起地面沉降量過大的缺陷和對初期支護的剛度弱化。與CRD、雙側(cè)壁導坑法等相比,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)濟合理。對結(jié)構(gòu)層數(shù)限制少,對保護暗挖結(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,便于機械化作業(yè),從而加快進度。在水位線以上的地層中開設(shè)的導洞內(nèi)施工孔樁,

9、利用其“排樁效應”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)。導洞掘進和主拱施工遵循“管超前、嚴注漿、短開挖、強支護、快封閉、勤量測”及“先護后挖,及時支撐”的原則。從豎井進入兩側(cè)導洞施工,導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。以此在導洞內(nèi)施作主體結(jié)構(gòu)拱邊段,回填支護后背與導洞初期支護之間空間。以注漿小導管加固拱部地層,開挖上部土體,施作車站主體上部初期支護(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、實施下部開挖,分層架設(shè)橫撐和實施樁間初期支護,然后進行下部主體結(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:超前注漿小導管加固地層,先開挖近橋樁側(cè)導洞,導洞臺階法施工,格柵噴混凝土支護。第2步:導洞開挖支護完成后,用特制和改進的鉆機由內(nèi)向外跳孔施工鉆孔樁(樁徑800mm、1000 mm,間距1.2m、1.5m,導管法灌注水下混凝土,鑿除樁頭后,施作樁頂縱梁。第3步:在導洞內(nèi)施作主拱格柵鋼架拱腳(即拱邊段,與導洞格柵鋼架預留接頭相連。第4步:澆筑拱邊

11、段后再進行背后回填。第5步:超前注漿小導管加固地層后弧形導坑法開挖導洞間的拱部土體、施作初期支護,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)導洞格柵鋼架,拆除長度應根據(jù)監(jiān)控量測嚴格控制。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,預留邊墻鋼筋和防水層。第8步:向下開挖至鋼管撐標高下0.5m,樁間噴射50mm厚C20混凝土找平,必要時進行樁間注漿加固,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層,澆筑底板及部分邊墻,邊墻水平施工縫應高出底

12、板面1.5m以上。第11步:待底板達到設(shè)計強度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導洞開挖(1施工難點: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)導洞,超前另一側(cè)導洞不小于10m。2堅持先護后挖的原則分臺階開挖,加強初期支護,早封閉成環(huán),控制導洞的沉降和變形。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:導洞空間狹小、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)情況定制或改進鉆機,提高成孔效率和質(zhì)量。先后使用多種改型鉆機,其成孔時間分別為:GS D-50改型大口徑液壓鉆機814h(800mm,XQZ-100型泵吸反循環(huán)機械鉆機3660h(800mm,GPS-型泵吸反循環(huán)機械鉆機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行處理。加強對各操作環(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險。3導洞內(nèi)場地狹窄,應分區(qū)域分段縱向布置鉆機設(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:解決好主拱在初期支護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,實施超前管線探測,小導管加密注漿、加密格柵鋼架、設(shè)雙層鋼筋網(wǎng)、掌子面注

15、漿等支護措施進行保護。3堅持信息化施工,根據(jù)信息反饋調(diào)整支護參數(shù),如果變形量和變形速率超過管理值時,立即采取應急預案,包括加強超前支護、初期支護、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,對相應部位加強監(jiān)控量測。4.4交叉口施工(1施工難點:交叉口處荷載轉(zhuǎn)換復雜,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格柵并分配荷載;主拱開挖設(shè)置側(cè)向開口加強環(huán)與臨時豎撐,側(cè)向開口加強環(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)置開口加強環(huán),主拱開挖時

16、設(shè)置兩排臨時豎撐,豎撐置于導洞壁上,主拱開挖支護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度。4.5站臺層結(jié)構(gòu)防水和混凝土澆灌(1施工難點:在逆作施工縫處受空間限制,施工中防水板的預留和保護困難、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埋

17、回填注漿管等方法進行防水處理。5工程實施簡況5.1工期與進度本工程合同工期880d,2004年5月開工后,165d 施工導洞1100m,每個工作面日均進度1.52.0m; 180d施工鉆孔樁762根,1根/(天臺;180d施工主拱503m,每個工作面日均進度1.2m。目前站廳層已全部完工,站臺層已完成90%,預計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)量檢驗記錄,預計可達防水質(zhì)量要求。站臺層邊墻與站廳層有較明顯的施工縫痕跡,但無實體縫。5.3監(jiān)控量測在施工降水、導洞開挖、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風險二的應對措施風險轉(zhuǎn)移和風險緩解。對于隧道上方地面的民房,聘請具有資質(zhì)的房屋鑒定機構(gòu)對全部房屋進行了危房鑒定,然后以正式報告形式與業(yè)主進行協(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行置換以達到加固和止水作用。風險三的應對措施風險轉(zhuǎn)移。由于此區(qū)間工程工期的延誤主要是因為地面危房拆遷滯后,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),最終將工期進行了延長,化解了風險。風險四的應對措施風險緩解和風險利用。對于區(qū)間隧道新增的渡線結(jié)構(gòu),在充分進行技術(shù)方案論證前提下,提出了“縱橫導洞”的施工方案,同時又進行了工程索賠,增加了收入。風險五的應對措施風險規(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,地鐵工程項目是在復雜

20、的自然和社會環(huán)境中進行的,面臨著多種因素的影響,風險無時不在、無處不在。地鐵工程項目風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),風險管理的知識還沒有得到普及,熟悉或研究工程風險管理的人也不多,開始全面實施風險管理的工程項目就更少,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)域的風險管理研究起一定作用。參考文獻:1盧有杰,盧家儀.項目風險管理M.北京:清華大學出版社,1998.2田元福,李慧民.工程項目施工階段的風險評估研究J.蘭州交通大學學報,2004,(2.3王卓蒲.工程項目風險管理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)與本項目風道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