哈爾濱地鐵二號(hào)線省政府站新型“PBA”洞樁法施工技術(shù)

李 揚(yáng)

中基發(fā)展建設(shè)工程有限責(zé)任公司 北京 101300

1 工程概況

1.1 概況

哈爾濱省政府站為暗挖雙層島式車站，采用暗挖洞樁法施工。

車站雙層暗挖主體側(cè)墻外側(cè)設(shè)置排樁作為逆作開挖的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，樁徑1.0m，樁長(zhǎng)19.41m，相鄰樁中心標(biāo)準(zhǔn)間距1.40m。通長(zhǎng)配置鋼筋，頂端設(shè)置鋼筋混凝土冠梁。

車站雙層暗挖主體結(jié)構(gòu)框架柱根據(jù)工法選擇鋼管混凝土柱型式，鋼管柱外徑0.8m，壁厚16mm。鋼管柱在施工導(dǎo)洞內(nèi)分節(jié)安裝就位，柱芯灌注微膨脹混凝土。

車站每根鋼管混凝土柱下設(shè)置單樁樁基，樁直徑1.8m，樁長(zhǎng)18.0、20.0m，采用樁底壓漿工藝提高樁基承載力。樁基在施工導(dǎo)洞內(nèi)施工，通長(zhǎng)配置鋼筋，近樁頂埋設(shè)鋼管柱定位器與鋼管柱連接。

1.2 工程地質(zhì)

省政府站地貌單元屬崗阜狀平原，地面高程在143.51m～144.57m之間，地形較為平坦，現(xiàn)狀地面主要為水泥路面，局部為市政綠化用地。

根據(jù)地勘報(bào)告，本場(chǎng)地鉆探深度范圍（60m）的地基土主要由人工填土和一般第四紀(jì)沉積土組成。洞樁施工深度范圍內(nèi)地層主要為⑥2層細(xì)中砂、⑥3層粗砂、⑥4層粗砂、⑥5層粉質(zhì)黏土、⑦1層粉質(zhì)黏土、⑦2層粗砂層。

導(dǎo)洞頂部基本位于粉質(zhì)粘土，導(dǎo)洞局部處于粉砂層，該段地層無(wú)不良地質(zhì)作用，圍巖缺少自穩(wěn)性，土體易發(fā)生松散坍塌，應(yīng)對(duì)薄弱區(qū)圍巖施作預(yù)加固和臨時(shí)支撐措施。

1.3 周邊環(huán)境

車站周圍政府機(jī)關(guān)、企事業(yè)單位密集，車、人流量大。本車站沿中山路敷設(shè)，車站主體結(jié)構(gòu)位于中山路與中宣街交叉口，與中宣街呈十字形交叉，站址區(qū)為黑龍江省行政中心所在地。站址中心以西中山路南北兩側(cè)分別為黑龍江省人民政府辦公大樓以及黑龍江省國(guó)家安全廳辦公大樓。站址中心以東中山路南北兩側(cè)主要為市政綠化用地以及中小學(xué)，中山路南側(cè)為風(fēng)華小學(xué)，中山路北側(cè)為風(fēng)華中學(xué)。

1.4 工程特點(diǎn)

（1）本工程地理位置較為特殊，車站位于哈爾濱市中心，周邊政府機(jī)關(guān)、企事業(yè)單位密集，車、人流量大，對(duì)施工質(zhì)量和安全文明施工要求高。

（2）本工程為東北地區(qū)第一次采用新型“PBA”工法進(jìn)行洞樁施工，施工經(jīng)驗(yàn)少。

（3）本施工段地層復(fù)雜，地下水位高、水量大，易塌孔，施工難度大。

（4）洞樁施工過(guò)程中與北段小導(dǎo)洞初支開挖平行作業(yè)、邊樁與中樁同時(shí)作業(yè)、成孔與構(gòu)件（鋼筋籠、鋼管柱、鋼護(hù)筒）洞內(nèi)運(yùn)輸及安裝平行作業(yè)，需做好施工組織籌劃工作，保證各項(xiàng)工作的有序進(jìn)行。

2 工法選擇

2.1 工法比較

地鐵車站的目前施工方法有明挖法、蓋挖法、暗挖法等主要工法，在大中城市人口密集地段現(xiàn)普遍采用暗挖法施工。傳統(tǒng)“PBA”工法分8導(dǎo)洞、6導(dǎo)洞和4導(dǎo)洞施工，隨著我國(guó)軌道事業(yè)不斷發(fā)展，4導(dǎo)洞施工法越來(lái)越普遍。但常見的地鐵暗挖項(xiàng)目中地面沉降及抽取大量地下水造成的危害和資源浪費(fèi)很多。

傳統(tǒng)“PBA”洞樁法4導(dǎo)洞施工依然存在以下缺點(diǎn)：

（1）大直徑中樁的整體進(jìn)度緩慢；

（2）定位器處樁體的結(jié)合質(zhì)量很難驗(yàn)證；

（3）在鋼護(hù)筒內(nèi)，人工鑿除超灌混凝土，而后安裝定位器。孔內(nèi)作業(yè)環(huán)境惡劣、安裝進(jìn)度緩慢。

新型“PBA”洞樁法采用第四代KYZ-180型全液壓履帶式反循環(huán)鉆機(jī)配以TY-180型震動(dòng)沖擊鉆具，對(duì)大粒徑砂卵石地層鉆進(jìn)具有超高的效率。首先鉆機(jī)對(duì)位鉆進(jìn)，通過(guò)豎井下方泥漿分離設(shè)備把鉆渣和泥漿分離，將鉆渣抽排至地面豎井外部垃圾池并運(yùn)至場(chǎng)外，分離出的泥漿回流泥漿地。泥漿池內(nèi)配置大功率變頻泥漿泵，將泥漿通過(guò)管道抽回到鉆孔內(nèi)，從而形成循環(huán)。

在完成鉆孔工作后鉆機(jī)履帶自行挪位，多功能鋼管柱安裝機(jī)挪至樁孔位置并進(jìn)行精確對(duì)位，通過(guò)一鍵調(diào)平裝置進(jìn)行水平豎向?qū)ξ?，并鎖死各動(dòng)作機(jī)構(gòu)，開始采用孔口對(duì)接方式分節(jié)吊裝安放鋼筋籠及鋼管柱，安裝完畢后，下放導(dǎo)管，利用地面混凝土泵進(jìn)行水下混凝土灌注作業(yè)。新型多功能鋼管柱安裝機(jī)在鋼管柱夾持器及鋼管柱底部均設(shè)置高精度傾角傳感器，對(duì)鋼管柱安裝姿態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以保證鋼管柱安裝精度。單層導(dǎo)洞大直徑鉆孔樁及鋼管柱安裝一體化施工對(duì)于暗挖車站，“PBA”工法是一種全面的提升，不僅節(jié)約大量的材料、人工。而且大大縮短工期，保證了工程質(zhì)量。為地鐵及地下空間建設(shè)提供新的思路。通過(guò)新工法施工，經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)，地表實(shí)測(cè)沉降數(shù)據(jù)累計(jì)沉降值達(dá)到了影響的沉降控制要求。

2.2 工法原理

“PBA”洞樁法的施工原理是將傳統(tǒng)的地面框架結(jié)構(gòu)施工方法和地下空間暗挖法進(jìn)行相互結(jié)合，在地下提前暗挖好的導(dǎo)洞內(nèi)施作圍護(hù)邊樁、中柱、底梁和頂梁、頂拱共同構(gòu)成樁、梁、拱(PBA即為樁(iPle)、梁(eBam)、拱(Acr)三個(gè)英文字母的簡(jiǎn)稱)支撐框架體系，用以承受外部荷載，然后在頂拱和邊樁的保護(hù)下，逐層向下開挖土體，施作內(nèi)部結(jié)構(gòu)，最終形成由外層邊樁及頂拱初期支護(hù)和內(nèi)層二次襯砌組合而成的永久承載體系。

2.3 功法特點(diǎn)

（1）采用新型“PBA”洞樁法進(jìn)行施工，對(duì)地面和影響較小，適用于因地面環(huán)境無(wú)法進(jìn)行明挖施工的地下結(jié)構(gòu)工程。

（2）傳統(tǒng)“PBA”洞樁法多采用多層四導(dǎo)洞或者六導(dǎo)洞進(jìn)行施工，引起的地面沉降變形相對(duì)較大，新型“PBA”洞樁法采用單層四導(dǎo)洞進(jìn)行施工，地面沉降小，對(duì)保護(hù)地下構(gòu)筑物(橋樁、管線等)和周邊建筑物的安全也更有利，施工速度快，工程質(zhì)量高。

（3）傳統(tǒng)“PBA”洞樁法鋼管柱下放是分節(jié)安裝，分節(jié)下放并且需要定位器進(jìn)行鋼管柱位置調(diào)整。新型“PBA”洞樁法通過(guò)多功能鋼管柱調(diào)垂機(jī)進(jìn)行鋼管柱整體下放，由高精度傾角傳感器進(jìn)行微調(diào)，精度更高，樁基質(zhì)量更有保證。

（4）取消人工挖孔和孔內(nèi)鋼管柱定位安裝，均采用高精度多功能套管調(diào)垂設(shè)備進(jìn)行鋼管柱安裝，改善工人作業(yè)環(huán)境，保證了施工安全。

（5）采用新型“PBA”洞樁法進(jìn)行施工，不僅采用單層四導(dǎo)洞施工，而且大大減少了降水周期，中柱與柱下樁基一體施工，省去了傳統(tǒng)柱下樁基護(hù)壁環(huán)節(jié)。以上均大大節(jié)省了工程開支，更為經(jīng)濟(jì)有效。

3 樁基施工方法及工藝

根據(jù)工程特點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際情況，邊樁采用按跳四鉆一順序鉆孔施工，中樁采用順序鉆孔方式施工。

邊樁及中樁洞內(nèi)機(jī)械成孔施工順序如圖所示：

圖一 邊樁及中樁洞內(nèi)機(jī)械成孔施工順序示意圖

4 施工重難點(diǎn)分析

4.1 施工重難點(diǎn)

（1）本施工段地下水位高，且地下水水量大，中樁施工樁徑為1.8～2.0m，且打設(shè)深度深，坍孔風(fēng)險(xiǎn)大。邊樁間距小，塌孔需注意對(duì)臨近邊樁的影響。

（2）邊樁及中樁施工過(guò)程中孔口防護(hù)是安全管控的重點(diǎn)。

（3）本施工段地層復(fù)雜、邊樁及中樁施工深度范圍內(nèi)主要地層為砂層，且機(jī)械成樁施工工藝復(fù)雜，需采取措施控制沉渣厚度，保證成樁質(zhì)量。

4.2 應(yīng)對(duì)措施

（1）針對(duì)坍孔的主要措施

洞樁施工采用人工挖孔護(hù)壁做為鉆進(jìn)護(hù)筒，護(hù)筒分3節(jié)，首節(jié)深度0.8m，其余深度1.0m，鉆進(jìn)前先向孔內(nèi)注入由膨潤(rùn)土配置的新鮮泥漿，使其高于孔外水位；遇砂層時(shí)，適當(dāng)加大泥漿密度，慢速鉆進(jìn)，并根據(jù)泥漿成分的變化作出相應(yīng)的處理措施；成孔完成后盡快下放鋼筋籠，并及時(shí)澆筑混凝土；遇嚴(yán)重坍孔，用粘土回填，待孔壁穩(wěn)定后采用低速鉆進(jìn)。

（2）針對(duì)孔口問(wèn)題的主要措施

為保證洞內(nèi)邊樁及中樁孔口安全，采用鋼筋篦子防護(hù)，邊樁篦子尺寸1200 mm×1200mm，配筋C25@150，中樁篦子尺寸為兩塊，單塊尺寸2200 mm×1200mm，配筋C25@150，孔口作業(yè)完成后及時(shí)覆蓋，同時(shí)在隧道側(cè)壁懸掛警示標(biāo)示，安置警示燈。

（3）針對(duì)沉渣問(wèn)題的主要措施

鋼筋籠放置前及鋼護(hù)筒放置前，分別測(cè)量樁長(zhǎng)，若沉渣量過(guò)多不能滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，則采用二次清孔及筒鉆撈渣方式，保證裝成滿足設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)不斷發(fā)展，人口急劇增加， 各大城市均在優(yōu)先發(fā)展地下軌道交通。地鐵車站一般位于城市中心地區(qū)，施工受交通繁忙、建筑物眾多、施工場(chǎng)地狹小、地下管線錯(cuò)綜復(fù)雜的制約，“PBA”洞樁法施工正發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)并在不斷普及和發(fā)展。在哈爾濱軌道交通二號(hào)線省政府站運(yùn)用了新型的“PBA”洞樁法進(jìn)行施工，深入開展“機(jī)械化換人，自動(dòng)化減人”工作，進(jìn)行新技術(shù)機(jī)械化施工，解決了因工程地質(zhì)及水文條件及周邊環(huán)境的制約，攻克了工程中的難點(diǎn)與關(guān)鍵技術(shù)，保證了施工期間車站的地上交通和居民生活的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，為今后地下軌道交通工程施工提供參考。