地铁暗挖车站洞桩法_PBA_施工技术

1、地铁暗挖车站洞桩法(P BA 施工技术朱泽民(中铁二局股份有限公司,成都610032摘要:介绍北京地铁10号线工体北路暗挖车站洞桩法(P BA 施工技术,包括该方法的原理和特点、施工步序,分析总结了P BA 法的关键技术。P BA 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;U455.4文献标识码: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工程概况1.1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187m ,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10m ,分别位于高架桥两侧的辅路下,线间距45.5m;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:

5、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、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0.4m,底板位于承压水位以下6m 。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Fig .1Plan layout of Metr o stati on1.3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5.0m ,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

6、、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、通信管线等地下管线33条,个别管线距车站结构仅0.7m 。收稿日期:2006-08-28作者简介:朱泽民(1966-,男,1987年长沙铁道学院铁道工程专业大专毕业;2004年西南交通大学土木工程专业本科毕业;长期从事隧道与地下工程专业的技术和施工管理工作。第26卷第5期2006年10月隧道建设Tunnel Constructi on 26(5:6365,100Oct .,20061.4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P BA

7、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“P BA 法”施工。2.1原理P BA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(A rc支撑框架体系(P BA即Pile、Bea m、A rc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

8、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洞内施工孔桩,

9、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

10、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Fig.2Constructi on p r ocesses of Pile2Bea m2A rch(P BAmethod 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800mm、1000 mm,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: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

11、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0.5m,桩间喷射50mm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。46隧道建设2006年10月第26卷第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

12、板面1.5m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10m。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。4.2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(d20c m卵石地层

13、中成孔困难(桩长1923m。(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:GS D-50改型大口径液压钻机814h(800mm,XQZ-100型泵吸反循环机械钻机3660h(800mm,GPS-型泵吸反循环机械钻机3648h(1000mm。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

14、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,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

15、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,操作空间小,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6m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

16、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入二衬断面部分,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

17、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880d,2004年5月开工后,165d 施工导洞1100m,每个工作面日均进度1.52.0m; 180d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

18、、管线沉降、水平收敛等项目(下转100页56第5期朱泽民地铁暗挖车站洞桩法(P BA施工技术的补给,同时洞内采取超前长(6m、短(2.5m管注浆加固土层和止水。浆液采用水泥-水玻璃双液浆及XP M。实践证明,此措施很好保证了隧道内对于恶劣多变的地质水文条件的有效防范。(2风险二的应对措施风险转移和风险缓解。对于隧道上方地面的民房,聘请具有资质的房屋鉴定机构对全部房屋进行了危房鉴定,然后以正式报告形式与业主进行协商,促使其与市政府汇报,结合城区改造将危房予以拆除。经过努力,隧道上方的90%危房予以拆除,基本解决了风险问题。对于管线安全,经过专家讨论会和现场调查,采取了从区间隧道内新开一断面不足4

19、m2的洞室贴近管线,使用近距离注浆将管线周边土层进行置换以达到加固和止水作用。风险三的应对措施风险转移。由于此区间工程工期的延误主要是因为地面危房拆迁滞后,施工方采取了工期延误报告、现场专题汇报会和停复工申请的诸多形式,使业主明晰工期延误原因并留有书面依据,最终将工期进行了延长,化解了风险。风险四的应对措施风险缓解和风险利用。对于区间隧道新增的渡线结构,在充分进行技术方案论证前提下,提出了“纵横导洞”的施工方案,同时又进行了工程索赔,增加了收入。风险五的应对措施风险规避。即采取措施避免发生人身伤亡事故。其中,采取的措施中最有效的是严格按照技术交底施工。5总结和建议综上所述,地铁工程项目是在复杂

20、的自然和社会环境中进行的,面临着多种因素的影响,风险无时不在、无处不在。地铁工程项目风险管理在国际上开展得已经较多,研究也较深入。但在国内,风险管理的知识还没有得到普及,熟悉或研究工程风险管理的人也不多,开始全面实施风险管理的工程项目就更少,尤其在地铁浅埋暗挖工程领域几乎没有。希望通过本文的阐述,对地铁浅埋暗挖工程领域的风险管理研究起一定作用。参考文献:1卢有杰,卢家仪.项目风险管理M.北京:清华大学出版社,1998.2田元福,李慧民.工程项目施工阶段的风险评估研究J.兰州交通大学学报,2004,(2.3王卓蒲.工程项目风险管理M.北京:中国水利水电出版社,2002.(上接65页的监控量测。累计地表沉降3572mm,拱顶下沉30 60mm,桥桩下沉615mm,管线沉降719mm,水平收敛1025mm;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,P BA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