新型鉆機在“PBA”洞樁法中的應用

摘 ?要：研究發現沖擊鉆施工震動大，反循環鉆在卵石層適用性差，旋挖鉆外型尺寸大，該類問題一直困擾北京地鐵采用PBA工法的暗挖車站施工。傳統解決方式是開挖上下雙層導洞，但該方式有許多不足，當地下水位高時，下層導洞的開挖支護與沉降難以控制;底縱梁較窄，在軟弱地層，難以保證承載力;逆作開挖落底時，側壁樁會出現水平位移，需增加橫通道和橫梁;降水周期長，水資源浪費嚴重;人工挖孔安全性差。因此急需一種適應卵礫等復雜地層、外型尺寸小的鉆機。本文借助北京地鐵16號線二里溝站機械成孔的成功案例，介紹一種新型反循環鉆機應用，并為類似工程建設提供經驗。

關鍵詞：北京地鐵;PBA工法;反循環鉆機;水資源

中圖分類號：U231.3 ??文獻標識碼：A ???文章編號：2096-6903（2019）04-0000-00

1工程概況

北京地鐵16號線二里溝站為側式全暗挖車站，全長338m，兩端為采用PBA工法的雙層三柱四跨結構，中部上跨6號線為采用CRD工法的單層單柱雙跨結構。雙層四跨段寬29.4m，高18.66m，覆土8.6m;單層兩跨段寬19.8m，高9.67m（8.07m）。

雙層三柱四跨段設置圍護樁和基礎樁，圍護樁直徑1.0m，樁長21.91～26.91m，樁中心間距1.6m，共394根，基礎樁直徑1.8m，樁中心間距7m，樁長10.5～14m，共102根。樁施工均在地下凈空只有4m×5m（寬×高）的導洞內進行。成樁地層主要為砂卵石。如圖1所示。

2鉆機選型

目前應用較多的鉆機有沖擊鉆、回轉鉆和旋挖鉆，其中回轉鉆又分為正循環和反循環兩種。

本工程是在覆土厚度不足10m，4m×5m凈空的導洞內進行的，因此選擇鉆機的主要原則是體積小、重量輕、震動小、護壁好、成孔質量高。結合各種鉆機的特性，優先選擇反循環鉆。

3工程重難點

（1）成樁地層絕大部分為卵石，在保證鉆進速度，在控制鉆孔垂直度的同時要節約用水。

（2）排樁間距較小，要控制鉆孔過程中塌孔及減小塌孔對臨近邊樁造成的影響。

（3）地層復雜、成樁深度長，且機械成樁施工工藝復雜，控制沉渣厚度，保證成樁質量，確保樁基滿足承載要求。

（4）洞內機械成孔類似工程經驗少，要保證成孔工效，確保工序時間。

4鉆機的改進

反循環鉆在卵礫石層鉆進較為困難，北京地鐵大多處于砂卵石地層，因此正式施工前進行試樁以驗證其可行性。根據試樁的經驗采用TY-2200型普通泵吸式反循環鉆機，耗時7天成孔一根，因此無法保證施工。分析原因主要是鉆機主泵和鉆桿通徑小，大料徑卵石經常卡鉆;鉆機功率小產生扭矩不足;鉆頭不具備破碎能力，孔底積聚大粒徑卵石后需更換鉆頭抓除;卵石層孔隙率大，泥漿流失嚴重，泥膜難成，用水量巨大。

針對以上問題委托廠家研制新的設備及鉆具。KYZ10～150型第四代履帶式液壓大功率泵吸式反循環鉆機應用而生，并研制其配套鉆具。其中液壓鉆具可對大粒徑卵石層進行液壓高頻振動，沖擊破碎漂石。鉆機行進狀態尺寸為5930×2300×2700mm，工作狀態尺寸為5930×2300×4100mm;整機重16t，可分解組合;主泵通徑300mm;鉆桿規格325×12×1000mm;主泵功率132KW，最大排量820m/h;最大鉆深150m，鉆孔直徑600～3000mm;履帶式自行走。新鉆機成孔時間由原來的7d縮短為7h，完全可滿足施工要求。如圖2所示。

5成孔施工工藝

5.1成孔施工流程圖（圖3）

5.2施工順序

圍護樁樁心間距1.6m，為保證結構安全，采用跳二鉆一的順序進行施工，基礎樁樁心間距7m，采用順序施工。

5.3導坑施工

測定樁位后，按照施工順序在導洞底板人工挖孔做導坑護壁。圍護樁導坑內徑為1100mm，底板鎖扣圈外徑1500mm，護壁厚度為100mm;基礎樁導坑內徑為2050mm，底板鎖口圈外徑為2560mm。導坑護壁分節施工，每節高1m。導坑深度為進入粉質粘土層20cm。第一節護壁與底板鎖口圈同時澆筑，增強穩固性。

圍護樁和基礎樁底板鎖口圈環形鋼筋采用直徑25螺紋鋼，內、中、外三道，每道上下兩根，圍護樁內、中、外環直徑為1200mm、1330mm、1460mm;基礎樁內、中、外環直徑為2150mm、2290mm、2460mm。環形鋼筋與導洞底板格柵鋼筋焊接牢固。護壁環向鋼筋為φ8@200mm，搭接長度35d;豎向鋼筋為φ8@200mm，端部應打入土面以下250mm，搭接長度35d。

坑內作業時，上面必須有人監護。土方及時運離孔口，砼圍圈上不得放置工具、站人。作業人員必須頭戴安全帽、身系安全帶。設置防砸板，以防落物傷人。施工中隨時檢查垂直運輸設備的完好情況和孔壁情況。挖孔人員撤離時必須用硬質蓋板將孔口封閉。

5.4泥漿制備

（1）鉆孔樁采用泥漿護壁施工，配備泥漿循環系統。泥漿儲漿池、循環池、廢碴池等均放在導洞內，若滲漏情況嚴重則采用鋼箱放置，確保泥漿不污染周圍環境。根據本工程地質情況，選用優質粘土造漿，必要時摻入適量蒙脫石含量高的膨潤土外加劑及鋸沫。

（2）泥漿控制指標。

1）泥漿控制指標：比重1.10～1.15，粘度18～25s，含砂率<3%，膠體率>95%，失水量<30ml/30min。

泥漿配比為水：膨潤土：火堿：CMC=1000：250：5：3（質量比）。

2）鉆進中定時采集泥漿樣品，測定性能指標，不間斷給孔內補充一定稠度的泥漿，保持水頭壓力。

（3）排出的泥漿首先匯集在泥漿池，通過凈化設備將泥漿過濾后重新使用，廢渣運到豎井調走。

5.5鉆進

鉆進前先向孔內注入泥漿，啟動砂石泵，待循環正常后，開動鉆機慢速回轉下放鉆頭;開始鉆進時，應輕壓慢轉，穩定后，可逐漸加大轉速，調整鉆壓，使鉆頭吸口不產生堵水。觀察進尺和砂石泵排渣情況，排量減少或出水中含渣量較多時，應控制鉆進速度。加接鉆桿時，將鉆具提離孔底20cm左右，維持沖洗液循環1～2min，清洗孔底并將管道內的鉆渣攜出排凈，然后停泵加接鉆桿。

鉆進時孔內出現坍孔、涌砂等異常情況，立即將鉆具提離孔底，控制泵量，保持沖洗液循環，吸除坍落物和涌砂;同時向孔內輸送性能符合要求的泥漿，保持水頭壓力以抵制繼續涌砂和坍孔，恢復鉆進后，泵排量不宜過大以防吸坍孔壁。到達設計標高后，將鉆頭留在原處繼續旋轉數圈，避免孔底縮孔。

6結語

KYZ10～150型反循環鉆機借助先進的液壓鉆具，以4～5h成孔一根圍護樁，7～8h成孔一根基礎樁的速度，用不到半年的時間保質保量的完成了全部圍護樁及基礎樁作業。為整個車站的施工進度打下堅實的基礎。同時降水周期減少75%，節約了大量水資源。

參考文獻

[1]楊雄.PBA洞樁法在地鐵車站施工中的應用[J].世界有色金屬，2017（01）：46-47.

[2]王學理.“PBA”洞樁法在地鐵暗挖車站中的應用[J].現代城市軌道交通，2006（01）：35-37+43+8.

收稿日期：2019-07-10

作者簡介：薛寶磊（1984—），男，河北廊坊人，本科，工程師，從事地鐵工程施工技術方面研究工作。

Application of New Drilling Rig in "PBA" Cave Pile Method

XUE Baolei

（China Railway 16th Bureau Group Metro Engineering Co.， Ltd.， Beijing ?100000）

Abstract：??The research found that the impact drilling construction has large vibration， the poor applicability of reverse circulation drilling in the pebble layer， and the large size of the rotary drilling drill. These problems have been plagued by the Beijing Metro's underground excavation station construction using the PBA method. The traditional solution is to excavate the upper and lower double-layer guide tunnels， but this method has many disadvantages. When the groundwater level is high， the support and settlement of the lower guide tunnels are difficult to control. Carrying capacity; when the bottom excavation is reversed， the lateral piles will be displaced horizontally， and the horizontal passage and beams need to be increased; the rainfall period is long， and water resources are seriously wasted; Therefore， there is an urgent need for a drilling rig that adapts to complex formations such as gravel and has a small size. Based on the successful case of mechanical hole formation in Erligou Station of Beijing Metro Line 16， this paper introduces the application of a new type of reverse circulation drilling rig and provides experience for similar projects.

Keywords：?Beijing subway; PBA method; reverse circulation rig; water resources