黃土地區PBA暗挖車站洞內邊樁施工技術研究

王東星 （誠合瑞正風險管理咨詢有限公司，北京 100855）

PBA工法的基本原理[1～2]，是在暗挖和明挖方法的基礎上結合起來，主要應用于交通條件較為繁忙、城市地下管線類型較多、無法采用明挖法施工的城市中心區域的地鐵車站。PBA暗挖車站的基本指導思想是“化大為小、化整為零”，施工完小導洞后，在小導洞施工洞內圍護邊樁、冠梁、底縱梁、中樁（柱）、頂縱梁等結構部位。PBA暗挖車站最初的受力體系由樁（邊樁和中樁）、梁（頂部和底部的梁）、拱（二襯扣拱）這三個結構體系進行支撐，并承受上部巖土體傳來的荷載。車站主體結構在拱頂、圍護邊樁的保護下，逐步向下開挖，逐步施工主體結構并完成施工。暗挖車站主體結構施工之前，邊樁的質量是保證主體結構后期施工安全質量的一個關鍵因素。本文以西安黃土地區第一個暗挖車站作為工程背景，對洞內樁施工進行研究。

1 工程概況

1.1 設計概況

廣濟街站屬于西安六號線二期工程項目中的一個標段，該工程項目位于西安市碑林區西大街處，車站主體結構位于西大街正下方，車站平面走向為東西方向。車站的主體結構為地下兩層，總長度為208m，車站標準段的寬度為19.9m，標準段的高度為16.73m，車站主體結構埋深約從地表往下10.4m。4個出入口分別位于車站主體的東北、東南、西南、西北4個角部位置。車站設有2組風道，其中2號出入口和Ⅱ號風道共用。廣濟街車站的兩頭均為區間盾構隧道，車站提供盾構空推過站場地。廣濟街站總平面圖見圖1，廣濟街站標準段橫剖面圖見圖2。

圖1 廣濟街PBA暗挖車站總平面圖

圖2 廣濟街PBA暗挖車站標準段橫剖面圖

廣濟街站位于西安市繁華地帶，距離鐘樓西僅約500m，車流量較大，地下管線較多且不具備導改條件，場地條件嚴重被限制，無法明挖施工，只能采用暗挖工法。廣濟街暗挖車站主體結構采用單柱雙跨直墻雙聯拱的結構形式，采用PBA（樁～梁～拱）工法進行施工，車站從東往西共設置3座施工豎井及橫通道，1、3號井位于西大街南側，2號井位于西大街北側。廣濟街暗挖車站洞內邊樁采用洞內機械成樁施工。廣濟街暗挖車站洞內邊樁設計有310根，其樁身直徑1.0m，樁身長度位于29.43m～33.95m之間，相鄰樁中心之間的距離為1.5m，樁身成孔作業時采用“隔三施一”的方法跳打鉆孔作業。

1.2 水文地質

廣濟街PBA暗挖車站所處地層分部情況為1-1雜填土（土質不均，欠壓實～壓實）、1-2素填土（土質不均，粘性土為主）、3-1-2新黃土（土質欠均勻，可塑）、3-2古土壤、3-3粉質黏土（土質均勻，可塑）、3-6中砂（級配不良，中密）、4-3粉質黏土（土質均勻，可塑）、4-6中砂（級配不良，密實）。車站小導洞洞內樁身穿越的各個地層厚度情況分別為3-2古土壤1.6m～4.2m、3-3粉質黏土14.20m～24.80m、3-6中 砂 1.10m～4.40m、4-3粉質黏土2.90m～13.20m、4-6中砂1.10m～6.00m。

廣濟街暗挖車站的地下水賦存較淺，從地表往下約為10.00m～10.40m，主要以孔隙潛水的形式賦存于地層中，旱季、雨季時水位變化不大。

2 暗挖車站洞內邊樁施工工藝流程

廣濟街暗挖車站洞內邊樁施工工藝流程圖，見圖3。

圖3 暗挖車站洞內邊樁施工工藝流程圖

3 主要施工工藝分析

3.1 泥漿池、回漿管和排渣管管路

采用豎井作為泥漿池，需對豎井底部鋪設?8@150mm*150mm雙層鋼筋網后，澆筑200mm厚C20混凝土進行臨時封底。封底前用挖掘機+人工對井底進行平整、碾壓、夯實，同時在豎井內緊貼豎井壁焊接3mm厚鋼箱作為臨時泥漿池，以達到隔水作用。施工前對豎井壁的四周布設變形監測點，加強監測。采用豎井作為泥漿池進行使用，采用回漿管和排渣管進行泥漿循環。施工期間泥漿循環與碴土外排管路，見圖4。

圖4 泥漿循環與碴土外排管路圖

3.2 鉆孔設備的選型

為保證洞內邊樁施工的安全性、經濟性，鉆機的選型需要考慮地層、導洞凈空、成孔效率、機械穩定性、人員熟練程度、經濟性等因素。綜合考慮，本工程采用洞內低凈空反循環鉆機，該鉆機的特點[3]是鉆孔施工采用泥漿泵抽送至工作面，泥漿進入樁孔后，在反循環鉆機的鉆頭切削攪拌下，樁孔內的渣土一起被中空的鉆桿內吸走回流至泥漿池，鉆孔需要泥漿時從泥漿池用泥漿泵反復抽取即可使用。對于洞內低凈空反循環鉆機成孔具有施工效率較高、空間和地層適應性強、清孔工作用時短、不易產生塌孔等優點，主要用于粉土、砂土、黏土和砂卵石等地層。洞內低凈空反循環鉆機在低凈空作業的影響下，成孔效率較高，約3.5小時即可成孔一根直徑1m、樁長29.43m的鉆孔灌注樁。

廣濟街站洞內圍護邊樁采用KYZ-180反循環鉆機，使用功率達到140kW，排渣泵功率為90kW，供漿泵型號為WQ-500-12，功率為37kW。車站樁基施工屬于黃土地區首次采用洞內樁工藝進行施工，車站標準段小導洞內底板以下樁長29.43m，樁身鉆孔地層主要穿越古土壤、粉質黏土、中砂、粉質黏土。在該地層中，局部含有砂層，厚度從0.3m～3m分布不均勻，存在塌孔風險，鉆孔施工作業過程中采用泥漿護壁，從而保證鉆孔作業過程中的可靠性。泥漿護壁成孔時，孔口采用鋼筋混凝土護筒，深0.8m，壁厚100mm～180mm，確保鉆進作業正常進行，作業過程中及時控制鉆孔作業垂直度，根據施工情況隨時調整。

車站小導洞寬4m、高4.5m，為適應實際的空間要求，反循環鉆機尺寸長寬高為5996mm×1500mm×3100mm，能夠很好地適應洞內反循環鉆孔低凈空作業，且樁位施工時距離導洞邊墻僅202mm，也能夠很好地進行鉆孔。鉆孔作業施工現場，見圖5，洞內圍護邊樁距導洞邊墻最近距離僅為202mm，具體見圖6。

圖5 洞內低凈空反循環鉆機鉆孔圖

圖6 洞內樁身距導洞邊墻最近距離202mm

3.3 鋼筋籠的加工、制作和安裝

因鋼筋籠的安裝只能在小導洞內進行，且小導洞的寬4m、高4.5m，車站標準段鋼筋籠長29.43m，按照原材9m鋼筋長度進行考慮，每節鋼筋籠長度按照2.5m、2.25m和2m進行尺寸加工，標準段1根樁身鋼筋籠分13節進行制作、加工、安裝。樁身主筋加密區采用2428mm，主筋非加密區采用1228mm，箍筋加密區采用?12@100mm，主筋非加密區采用?12@150mm，加強筋采用20@2000mm，鋼筋籠外側采用定位鋼筋采用16@2000mm，確保鋼筋保護層厚度70mm。對現場加工的鋼筋籠進行抽檢，用通規、止規、鋼卷尺等抽檢鋼筋籠的加工質量。

鋼筋籠分段制作、分節吊裝，縱向受力鋼筋接頭百分率為100%，采用接頭一級機械連接。洞內邊樁樁身鋼筋籠加工、運輸、安裝嚴格遵循設計圖紙和規范要求，確保樁身質量。鋼筋接駁器連接完成的鋼筋籠采用扭矩扳手進行抽檢。為保證后期洞內樁身頂鋼筋頂部絲頭，保證后期鋼筋向上接長至冠梁的錨固長度，澆筑混凝土前，鋼筋絲頭采用“鋼筋接駁器+保護蓋”的方式進行保護，以防水泥漿與絲頭接觸或在樁頭混凝土浮漿鑿除過程中破壞鋼筋籠絲頭，影響后期鋼筋籠的錨固接長。洞內圍護邊樁鋼筋籠的吊裝、樁身混凝土的澆筑采用多功能灌注機進行配合。

3.4 施工過程中泥漿的制備

通過對本黃土地區廣濟街暗挖車站洞內樁身鉆孔地層進行分析可知，樁身鉆孔地層主要為可以自行造漿的黏性土層，部分樁身位于中砂層的平均厚度約2m～3m，中砂層位于樁孔孔底上方2m～8m不等。

雖然在泥漿護壁作業的情況下，但依然存在塌孔的風險[4～6]。因樁身鉆孔地層主要位黏性土中，且塑性指數不小于17，樁身孔內注人清水后，通過洞內低凈空鉆機鉆頭攪拌切削下造漿，制備的泥漿其自身的相對密度應位于1.1～1.2。洞內樁成孔的過程中，定期安排專業技術人員測定泥漿相對密度、黏度、含砂率和膠體率等相關參數，保證各項指標處于正常范圍，其中樁孔內的泥漿黏度應保持在18s～22s，泥漿含砂率應為4%～8%，泥漿的膠體率應大于90%。在樁身使用洞內低凈空反循環鉆機鉆孔的過程中，必須使泥漿的液面始終高出地下水位1m以上。

3.5 樁身混凝土的澆筑

洞內圍護邊樁成孔后，按照要求先測量孔深，達到設計深度后然后清孔，孔底的泥渣通過低凈空反循環鉆機中空的鉆桿內部排走，樁身清孔合格的標準主要包括以下幾點：泥漿稠度為1.05、粘度為19s、含砂率小于4%、孔底的沉渣厚度小于100mm。清孔完成后，樁孔內下導管、澆注水下混凝土時，各節導管的連接應牢固、緊密，各節導管之間采用圓形橡膠密封圈進行密封，澆筑樁身混凝土之前并對其密封效果進行試驗。

洞內圍護邊樁樁身混凝土澆筑時在豎井邊采用車載地泵，配合輸送管將混凝土送入料斗和導管中。暗挖車站洞內樁身混凝土澆筑前，混凝土澆筑導管底部與樁孔底部之間的合理應距離控制在300mm～500mm，洞內樁身混凝土灌注過程中導管應埋入混凝土2m～6m。

4 結論

PBA暗挖地鐵車站圍護樁的質量，關系著后續車站主體施工的安全。在高度、寬度有限的小導洞內施工鉆孔灌注樁，需要根據施工現場實際情況提前預判，把控好人員素質、材料質量、設備穩定性、安全、成本、質量、進度等每一環節的全過程管理，是保證樁身質量的必要條件。也只有這樣，后續主體結構施工過程中才能達到安全高效率施工、達到降本增效的效果和目標。廣濟街站PBA暗挖車站洞內邊樁的成功實施，為后續西安黃土地區地鐵建設提供了極大的參考價值和借鑒意義。