暗挖车站PBA洞桩法

地铁暗挖车站“PBA”洞桩法施工技术

摘要:介绍了北京地铁1号线苏州街暗挖车站的施工技术,包括施工工艺的选择、工艺的原理和特点、施工步骤及施工关键技术等。

关键词:北京地铁;施工技术;浅埋暗挖;PBA洞桩法 1工程概况 1.1车站概况

北京地铁1号线一期工程苏州街站位于海淀南路与苏州街交叉路口,站位与海淀南路基本平行。车站形式为两端双层暗挖,中间单层暗挖单柱双跨侧式车站。车站总长15m,总建筑面积1677m2。车站共设置了4个出入口和两座风道及风井。为方便施工,在风道挑高段起点位置各设一座施工竖井。车站总平面布置见图1。

1.2地质状况

车站通过主要地层从上至下为:粉质黏土层、粉土层、圆砾卵石层、中粗砂层、粉细砂层、粉质黏土层、卵石圆砾层,基底位于卵石圆砾层。站体施工范围内存在上层滞水、潜水、承压水,结构大部分位于潜水层,结构底板位于承压水层,三层水对站体地下施工均造成影响。

1.3周边环境

站位处路面下各类管线密集(对车站施工有影响的需保护的地下管线达2多条,且大多为雨污水管、自来水管、燃气管等对施工产生较大影响的管线),路面上道路交通繁忙,车站周边为高层商业区和住宅区,施

工受周边环境影响较大。

1.4工程特点

(1)车站所处位置车流量大,交通十分繁忙,无法实现交通疏解而采用明挖作业,因此本工程采用了全暗

挖法进行施工。

(2)由于本站地下管线密集,需进行保护管线较多,因此在进行暗挖作业时,需采取措施控制沉降,保证结构以上地下管网的正常使用。

(3)结构所处位置地下水位高,工程地质条件差,局部位于粉细砂层中,自稳性较差,暗挖施工风险较大。2工艺选择

由于受周围环境的限制,为减少对周边居民、商业经营活动及交通的影响,车站施工采用矿山法全暗挖施工。其中主站体两端设计为单柱双层双跨拱形结构(拱部初支厚30mm,边桩为d100mm挖孔桩,拱部及边墙结构厚60mm,中板厚50mm,底板厚100mm,中柱为d100mm钢管混凝土柱),双层暗挖段共长160m,开挖

宽度2.5m,开挖高度1.1m,覆土厚60m～70m,局部仅有34m～45m。为控制地面沉降变形和确保周边环境的安全稳定,双层结构采用了对地层和周边环境影响均较小的“PBA”洞桩法进行全暗挖施工。

3工艺原理和特点 3.1工艺原理

“PBA”洞桩法的原理就是将传统的地面框架结构施工方法(即在地面先做基坑围护桩,然后从上向下进

行基坑土方开挖,必要时加撑防止基坑变形,开挖到底后从下向上施工框架结构)和暗挖法进行有机结合,即

在地面上不具备施工基坑围护结构条件时,改在地下提前暗挖好的导洞内施作围护边桩、中柱、底梁和顶梁、顶拱共同构成桩、梁、拱(PBA即为桩Pile、梁Beam、拱Arc三个英文字母的简称)支撑框架体系,承受施工过程的外部荷载,然后在顶拱和边桩的保护下,逐层向下开挖土体,施工内部结构,最终形成由外层边桩及顶

拱初期支护和内层二次衬砌组合而成的永久承载体系。 3.2工艺特点

(1)由于采用暗挖法施工,对地面和周边环境影响较小,适用于受环境条件限制无法进行明挖施工的地下结构工程。

(2)本工艺所引起的地面沉降变形相对较小,对保护暗挖结构附近的地下构筑物(桥桩、管线等)和周边建筑物的安全有利。

(3)与其他大跨度暗挖工艺(如中洞法、CRD法等)相比,废弃工程量相对较少,结构受力条件也好,因此本工艺也相对经济。

(4)不受结构跨度和层数限制,适用范围较广,特别适合距桥梁桩基和高层建筑物很近的地下工程的施工。因为边桩本身可起到隔离桩的作用,从而达到保护建构物安全的目的。

4施工方法和步骤

施工竖井开挖到位井底封闭后,通过横通道按先下后上,先两边后中间顺序进行主站体6个导洞的开挖;然后在主体下部边导洞内施工条形基础,下部中导洞内施工底纵梁;之后在上部边导洞内施工挖孔灌注桩和桩顶冠梁,中部上导洞内挖孔吊装钢管柱,接着浇筑柱顶纵梁;待主体桩柱梁体系形成后,开挖车站主体上部

导洞间主体拱部土体,及时施工初期支护,形成主体初支顶拱,然后在桩、梁、拱框架支撑体系的保护下,边向下开挖土体边施工结构混凝土,按逆筑法完成车站主体结构。苏州街暗挖车站双层结构“PBA”洞桩法施工步骤见图2。

具体做法如下:

(1)按先下后上,先两边后中间顺序进行双层主站体6个导洞的开挖支护。

(2)在下部边导洞内施工条形基础、上部边导洞施工挖孔边桩和桩顶冠梁;在下部中导洞内施工底纵梁、上部中导洞内施作钢管桩和柱顶纵梁。

(3)开挖边洞侧主站体半拱并及时进行初期支护和临时支护。 (4)对称开挖支护主拱剩余部分,破除中上导洞初期支护。 (5)破除临时支护,施工主拱二衬混凝土。 (6)继续向下开挖至主站体站厅层。 (7)施工中纵梁、中板及中板上边墙混凝土。 (8)开挖中板下中槽至贯通。

(9)跳槽开挖底板两侧土体,施工底板结构。 (10)施工边墙结构,局部闭合。

(11)施工剩余部分底板及边墙混凝土,封闭车站结构。 (12)施工站台板和车站内附属结构。 5施工关键技术 5.1导洞开挖技术

(1)难点分析:车站主体6个导洞上下左右相距仅有6m～7m,如何避免开挖中的相互影响,合理确定导洞间的开挖顺序,控制群洞效应所引起的地面沉降,确保地下管线和周边环境安全稳定,是小导洞施工中的一大技术难点。

(2)主要对策:第一,合理确定各导洞的开挖顺序,按先下后上,先边后中顺序进行小导洞工程的开挖支护。第二,根据监控量测结果及时反馈信息指导设计施工,以便调整支护参数和施工方法,以此作为安全保证的主要手段。第三,下导洞超前上导洞10m～20m。各导洞之间横、纵向均拉开一定距离,避免相互干扰。第四,小导洞分台阶快速开挖,减少对地层的扰动,加强初期支护,尽早封闭成环,限制导洞的沉降和变形。

5.2钢管柱安装和柱内混凝土施工技术

(1)难点分析:钢管混凝土柱是结构中的主要承载构件,钢管柱混凝土的质量,关系到整个结构的安全与

稳定。因导洞断面较小,受作业空间限制,钢管柱的安装精度和钢管柱混凝土施工的质量较难保证。导洞内钢管柱的安装精度和钢管柱混凝土的施工质量是本工程的另一技术难点。

(2)主要对策:第一,中下导洞施工底纵梁时,采用精度为1/200000的自动安平投点仪、激光测距仪及前方交汇法,确定钢管柱基础的中心位置,预埋钢管柱定位杆,安装调平基板。第二,柱的钢管分节吊装,钢管各节之间采用高强螺栓连接。柱下端与底纵梁预留调平基板连接,上端用设在柱上的定位器定位。第三,通过投点仪和激光测距仪确认钢管柱的垂直度,看柱基的中心和柱的中心是否重合,能否达到精度要求。第四,采用导管灌注泵送混凝土。为确保钢管柱混凝土的密实,在混凝土中掺缓凝剂TMS,严格控制水灰比,并加强捣固。

5.3主体结构扣拱施工技术

(1)难点分析:主拱地层软弱含水,大跨开挖施工风险大,单个主拱开挖跨度已达11.3m,双跨对称同时开挖则将达22.6m,中间支撑相对较窄,中上导洞土层受主拱开挖影响受力复杂;结构顶部有多条管线与车站并行,距结构较近且多是雨污水管存在渗漏,施工中确保管线不渗不裂正常使用也是本工程的一大难点。

(2)主要对策:主拱采取分部开挖,减小开挖跨度,缩短每循环作业时间,尽快将开挖后地层闭合成环;在施工接近管线位置时,打超前水平探孔,以探明前方的水文地质情况,若存在残留水,通过探孔排出;加强施工中的监控量测,重点监测洞室拱顶沉降和管线本身沉降。如果变形量和变形速率超过允许值时,立即采取应急措施,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;施工中严格遵循“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”的十八字方针。

5.4逆作结构防水和混凝土浇灌技术

(1)难点分析:在逆作施工缝处由于受空间限制,施工中存在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难题。因此,在逆作施工缝处很容易产生渗漏水。逆作结构施工缝处下部混凝土时,由于混凝土凝固收缩,在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,影响结构实体质量和正常使用。

(2)主要对策:第一,施工缝位置设在结构受剪力较小且便于施工的部位,留出作业空间,方便下一步边墙混凝土的施工。为保证下一步混凝土的浇灌密实,逆作施工缝留设成台阶形式或斜缝,以方便下一步混凝土浇灌和振捣。第二,施工缝处采用“多道设防线、综合治理”的防水原则,设双道遇水膨胀嵌缝胶与预埋注浆管等方法进行防水处理。第三,逆作结构下部混凝土浇灌成高出施工缝20cm的牛腿形式,以确保混凝土密实无空隙。

6结语

随着我国城市建设事业的飞速发展,城市化进程加快,城市人口高度集中,为缓解地面交通压力,地铁作为缓解城市交通的重要手段,势必会蓬勃发展。浅埋暗挖法作为地铁施工的主要工艺之一,应用前景十分广泛,在北京地铁10号线苏州街站施工中应用的“PBA”洞桩法,成功地解决了受工程地质和水文条件、环境条件(地面建筑物和地下构筑物的现状、道路交通状况等)、车站埋深及开挖宽度等多种因素的制约,攻克了施工中的难点和关键技术,保证了该工程施工期间的地面交通和城市居民的正常生活,为今后类似工程和浅埋暗挖工法的发展提供了借鉴和参考。