哈爾濱地鐵二號線省政府站新型“PBA”洞樁法施工技術

李 揚

中基發展建設工程有限責任公司 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墻外側設置排樁作為逆作開挖的圍護結構，樁徑1.0m，樁長19.41m，相鄰樁中心標準間距1.40m。通長配置鋼筋，頂端設置鋼筋混凝土冠梁。

車站雙層暗挖主體結構框架柱根據工法選擇鋼管混凝土柱型式，鋼管柱外徑0.8m，壁厚16mm。鋼管柱在施工導洞內分節安裝就位，柱芯灌注微膨脹混凝土。

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

1.2 工程地質

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，現狀地面主要為水泥路面，局部為市政綠化用地。

根據地勘報告，本場地鉆探深度范圍（60m）的地基土主要由人工填土和一般第四紀沉積土組成。洞樁施工深度范圍內地層主要為⑥2層細中砂、⑥3層粗砂、⑥4層粗砂、⑥5層粉質黏土、⑦1層粉質黏土、⑦2層粗砂層。

導洞頂部基本位于粉質粘土，導洞局部處于粉砂層，該段地層無不良地質作用，圍巖缺少自穩性，土體易發生松散坍塌，應對薄弱區圍巖施作預加固和臨時支撐措施。

1.3 周邊環境

車站周圍政府機關、企事業單位密集，車、人流量大。本車站沿中山路敷設，車站主體結構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分別為黑龍江省人民政府辦公大樓以及黑龍江省國家安全廳辦公大樓。站址中心以東中山路南北兩側主要為市政綠化用地以及中小學，中山路南側為風華小學，中山路北側為風華中學。

1.4 工程特點

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

（2）本工程為東北地區第一次采用新型“PBA”工法進行洞樁施工，施工經驗少。

（3）本施工段地層復雜，地下水位高、水量大，易塌孔，施工難度大。

（4）洞樁施工過程中與北段小導洞初支開挖平行作業、邊樁與中樁同時作業、成孔與構件（鋼筋籠、鋼管柱、鋼護筒）洞內運輸及安裝平行作業，需做好施工組織籌劃工作，保證各項工作的有序進行。

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普遍采用暗挖法施工。傳統“PBA”工法分8導洞、6導洞和4導洞施工，隨著我國軌道事業不斷發展，4導洞施工法越來越普遍。但常見的地鐵暗挖項目中地面沉降及抽取大量地下水造成的危害和資源浪費很多。

傳統“PBA”洞樁法4導洞施工依然存在以下缺點：

（1）大直徑中樁的整體進度緩慢；

（2）定位器處樁體的結合質量很難驗證；

（3）在鋼護筒內，人工鑿除超灌混凝土，而后安裝定位器。孔內作業環境惡劣、安裝進度緩慢。

新型“PBA”洞樁法采用第四代KYZ-180型全液壓履帶式反循環鉆機配以TY-180型震動沖擊鉆具，對大粒徑砂卵石地層鉆進具有超高的效率。首先鉆機對位鉆進，通過豎井下方泥漿分離設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至場外，分離出的泥漿回流泥漿地。泥漿池內配置大功率變頻泥漿泵，將泥漿通過管道抽回到鉆孔內，從而形成循環。

在完成鉆孔工作后鉆機履帶自行挪位，多功能鋼管柱安裝機挪至樁孔位置并進行精確對位，通過一鍵調平裝置進行水平豎向對位，并鎖死各動作機構，開始采用孔口對接方式分節吊裝安放鋼筋籠及鋼管柱，安裝完畢后，下放導管，利用地面混凝土泵進行水下混凝土灌注作業。新型多功能鋼管柱安裝機在鋼管柱夾持器及鋼管柱底部均設置高精度傾角傳感器，對鋼管柱安裝姿態進行監測，以保證鋼管柱安裝精度。單層導洞大直徑鉆孔樁及鋼管柱安裝一體化施工對于暗挖車站，“PBA”工法是一種全面的提升，不僅節約大量的材料、人工。而且大大縮短工期，保證了工程質量。為地鐵及地下空間建設提供新的思路。通過新工法施工，經過實踐檢驗，地表實測沉降數據累計沉降值達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的地面框架結構施工方法和地下空間暗挖法進行相互結合，在地下提前暗挖好的導洞內施作圍護邊樁、中柱、底梁和頂梁、頂拱共同構成樁、梁、拱(PBA即為樁(iPle)、梁(eBam)、拱(Acr)三個英文字母的簡稱)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下，逐層向下開挖土體，施作內部結構，最終形成由外層邊樁及頂拱初期支護和內層二次襯砌組合而成的永久承載體系。

2.3 功法特點

（1）采用新型“PBA”洞樁法進行施工，對地面和影響較小，適用于因地面環境無法進行明挖施工的地下結構工程。

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

（3）傳統“PBA”洞樁法鋼管柱下放是分節安裝，分節下放并且需要定位器進行鋼管柱位置調整。新型“PBA”洞樁法通過多功能鋼管柱調垂機進行鋼管柱整體下放，由高精度傾角傳感器進行微調，精度更高，樁基質量更有保證。

（4）取消人工挖孔和孔內鋼管柱定位安裝，均采用高精度多功能套管調垂設備進行鋼管柱安裝，改善工人作業環境，保證了施工安全。

（5）采用新型“PBA”洞樁法進行施工，不僅采用單層四導洞施工，而且大大減少了降水周期，中柱與柱下樁基一體施工，省去了傳統柱下樁基護壁環節。以上均大大節省了工程開支，更為經濟有效。

3 樁基施工方法及工藝

根據工程特點，結合實際情況，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。

邊樁及中樁洞內機械成孔施工順序如圖所示：

圖一 邊樁及中樁洞內機械成孔施工順序示意圖

4 施工重難點分析

4.1 施工重難點

（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，且打設深度深，坍孔風險大。邊樁間距小，塌孔需注意對臨近邊樁的影響。

（2）邊樁及中樁施工過程中孔口防護是安全管控的重點。

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

4.2 應對措施

（1）針對坍孔的主要措施

洞樁施工采用人工挖孔護壁做為鉆進護筒，護筒分3節，首節深度0.8m，其余深度1.0m，鉆進前先向孔內注入由膨潤土配置的新鮮泥漿，使其高于孔外水位；遇砂層時，適當加大泥漿密度，慢速鉆進，并根據泥漿成分的變化作出相應的處理措施；成孔完成后盡快下放鋼筋籠，并及時澆筑混凝土；遇嚴重坍孔，用粘土回填，待孔壁穩定后采用低速鉆進。

（2）針對孔口問題的主要措施

為保證洞內邊樁及中樁孔口安全，采用鋼筋篦子防護，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，孔口作業完成后及時覆蓋，同時在隧道側壁懸掛警示標示，安置警示燈。

（3）針對沉渣問題的主要措施

鋼筋籠放置前及鋼護筒放置前，分別測量樁長，若沉渣量過多不能滿足設計要求時，則采用二次清孔及筒鉆撈渣方式，保證裝成滿足設計要求。

5 結語

隨著我國經濟建設不斷發展，人口急劇增加， 各大城市均在優先發展地下軌道交通。地鐵車站一般位于城市中心地區，施工受交通繁忙、建筑物眾多、施工場地狹小、地下管線錯綜復雜的制約，“PBA”洞樁法施工正發揮其優勢并在不斷普及和發展。在哈爾濱軌道交通二號線省政府站運用了新型的“PBA”洞樁法進行施工，深入開展“機械化換人，自動化減人”工作，進行新技術機械化施工，解決了因工程地質及水文條件及周邊環境的制約，攻克了工程中的難點與關鍵技術，保證了施工期間車站的地上交通和居民生活的正常運轉，為今后地下軌道交通工程施工提供參考。