地铁车站PBA工法施工技术及沉降分析

图 1 上下台阶法施工示意 为减少边桩施工对周围建筑物的影响 ,施工中采 用冲抓钻 、钢套筒护壁 、干成孔方法成孔 ,以满足地下 导洞狭小空间钻孔的施工要求 ,为防止塌孔和保证成 孔质量 ,钻孔灌注桩采取 1、3、5跳格法施工 ,且第 1批 桩成桩后再做第 2 批桩 ,每台钻机日成孔 1 根 。为防 止成孔过程中出现塌方现象 ,故取土前采用 5 t液压千 斤顶预压入钢套管 ,进行套管护壁 。液压千斤顶顶入 方法 :在钢套筒口上铺设方木 ,千斤顶底部放在方木上 (保证底部方木水平 ) ,顶部顶在与小导洞顶部初支相 连接贯通的方木上 ,再行顶入 。采用钢套筒护壁的方 式有效地防止了桩孔侧壁坍塌 ,减小施工对土体的扰 动。 4. 3 过盖板河施工 为防止盖板河发生沉降 , 施工采用 30. 00m 长的 <121mm 钢 管 大 管 棚 , 管 内 注 水 泥 砂 浆 , 环 向 间 距 0. 3m ,布设范围为双层断面拱部 ,大管棚的施工工艺 采用导向钻机跟管钻进技术 。并配合超前地层加固 , 在大管棚间隙间打超前 ,小导管预注浆加固地层 ,该段 地层为中粗砂层 ,注浆浆液选用水泥 - 水玻璃双液浆 , 注浆管采用 3. 5m 长 <32mm 钢管 ,环向间距 0. 3m ,注 浆范围为拱部超出结构轮廓线 6m 范围 ,同时配以掌 子面注浆 ,加固管线渗漏水处地层 。背后紧跟跟踪注 浆 ,在车站拱部土体内预留跟踪注浆管 ,根据监测数据 进行后退式分段注浆 ,加固地层 。 4. 4 减小群洞效应施工措施 车站小导洞 (群洞 ) 分 2 层 、共 8 个 ,导洞上下对 应 。导洞水平间距 2. 6m,垂直高差 6. 6m。具体分布 形式如图 2所示 。 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 ,是小导洞施工中的重中之 重。 1)开挖前采用 <121mm 大管棚对拱部地层超前注 浆预加固 。 2)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 。 3 ) 根据 监 控 量 测 结 果 及 时 反 馈 信 息 指 导 设 计 施
由于宣武门站所处的地理位置 、地质及地下结构 十分复杂 ,要求施工方必须实时地了解施工所引起的 洞内及地表每一个可能的动向 ,因此监控量测成为一 项不可或缺的工作 。
地表测点布置依据设计图和施工图纸 ,并结合现 场实际 ,间隔 5m 设一个断面 ,每断面设 7个点 ,主断面 设 20个测点 ,整个车站共设置 39 个普通断面 , 4 个主 断面 。洞内测点以 5 ～10m 为一个断面 ,布设拱顶测 点和水平收敛测点 (见图 3) 。
车站主体双层结构采用 PBA 法施工 ,车站主体结 构断面有 3种 :两端在与风道相交段局部采用双层三 跨三连拱结构 、8 个施工导洞的 ZC 断面 ; 车站与既有 地铁环线宣武门车站邻近处 (管幕工作室段 ) 采用双 层三跨三连拱结构 、8 个施工导洞的 ZD 断面 ; ZC、ZD
断面之间为双层三跨三连拱结构 、8 个施工导洞的 ZA 断面 。 2 水文地质条件 2. 1 工程地质条件
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王余良等 :地铁车站 PBA工法施工技术及沉降分析
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图 2 群洞排列分布示意 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 。
4)下导洞超前上导洞 10 ～20m。各导洞之间横 、 纵向均拉开一定距离 ,避免相互干扰 。
5)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 监控量测分析 5. 1 监控量测布设
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施工技术
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砂层 、卵石圆砾层 ,底部位于含层间水的卵石圆砾层 。 采用暗挖法施工时非常容易突发性的涌砂 、坍塌等不 良地质问题 。
2 ) 周边环境复杂 车站位于宣武门内外大街 、东西大街四条交通干 线的结合处 ,车站四周有越秀大饭店 、中国图片社 、天 主教爱国会等建筑物 ;东南侧是繁华的商务 、商业 、办 公区 。由于车站埋深较大 ,大部分建筑物位于车站开 挖面影响范围内 ,施工过程中很容易对周围建筑物基 础产生影响 。 3)地下构筑物 (管线 )多 车站上方覆土内有热力 、煤气 、上水 、污水 、雨水 、 电力 、通信等 89条管线 。其中盖板河横穿车站主体上 方 ,经调查 ,盖板河底板厚 0. 4m,边墙厚 0. 25m ,均为 钢筋混 凝 土 结 构 , 盖 板 河 底 板 距 离 车 站 拱 顶 距 离 1. 77m; 车站施工措施不当 , 会使盖板河下沉造成开 裂 ,进而漏水 。 4)群洞数量多 、相互之间影响明显 车站主体结构 PBA 法施工 ,需从车站南 、北风道 临时横通道进入后进行小导洞 (群洞 )开挖 ,小导洞分 2层 、共 8个 (上 4、下 4) ,小导洞上下对应 。导洞水平 间距 2. 6m ,垂直高差 6. 6m, 开挖过程中相互影响较 大 。施工处理不当会由于土体压力造成小导洞失稳 、 发生倾偏 ,对下一步施工产生严重影响 。 4 施工方法 为解决以上施工难点 ,主要采用如下施工方法 。 4. 1 小导洞超前支护及土方开挖施工 小导洞采取浅埋暗挖法施工 ,严格遵循“管超前 , 严注浆 ,短进尺 ,快封闭 ,强支护 , 勤量测 ”施工原则 。 采用 R76大管棚与 <32mm 超前小导管联合对拱部地 层超前注浆预加固 ,大管棚内注水泥砂浆 ,小导管注浆 浆液为水泥 - 水玻璃双液浆或改性水玻璃浆液 。R76 大管棚采用自进式锚杆钻机 , 钻机钻杆与 R76 钢管采 用连接头连接 ,由钻机主机带动钻杆和 R76钢管旋转 , 旋转中施加水平冲击力达到钻进作用 。由管棚进口端 跟管钻进 ,钻机过程中应确保支架稳固 、钻进方向和角 度准确 。在钻进的全过程采用泥浆润滑 、护壁 , 泥浆经 泥浆搅拌机拌合 ,由钻机上的高压泥浆泵加压 , 通过钻 杆和动力头传向钢管前端 ,起到润滑和护壁的作用 。 开挖采用上下台阶法施工 ,并预留核心土 ,优点是 便于人工操作 ,地层扰动范围小 ;一旦发生地层坍塌 , 容易进行堵漏处理 ,也便于架设格栅钢架 。由于开挖 工作量小 ,能在较短时间内将顶部支护完成 ,从而创造 了一个安全的施工环境 ,如图 1所示 。 4. 2 边桩施工
根据前期探测资料揭露车站穿越地层地质情况 : 车站顶部位于粉细砂层 ,中部位于卵石圆砾层 、砂层 , 底部位于卵石圆砾层 。车站穿越地层条件非常差 。 2. 2 工程水文条件
该段地下水属层间水 ,含水层为 ⑦卵石圆砾层 ,中 粗砂充填 ,渗透系数大 ,为强透水层 ,水位标高为 24. 19 ～26. 38m , (水位埋深为 20. 50 ～24. 30m ) ,地下层间 水进入车站 4m 左右 ,对车站施工影响很大 。该段地下 水对混凝土结构无腐蚀性 ,局部地段对钢筋混凝土中 的钢筋具有弱腐蚀性 ,对钢结构具有弱腐蚀性 。 3 工程重难点
1)地质条件复杂 车站主体结构穿越地层为粉细砂层 、卵石圆砾层 、
[收稿日期 ] 2009205226 [作者简介 ] 王余良 ,北京市轨道交通建设管理有限公司第四项 目管理中心工程师 ,北京市西城区百万庄大街甲 2 号 100037, 电话 : 13810026445, E2mail: 27596664@ qq. com
Key words: subway station; PBA method; multi2cavity effect; construction technology
PBA 洞桩法是将传统的地面框架结构和暗挖法有 机结合 ,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 、拱顶 ,共同构成桩 、梁 、拱 ( PBA )支撑 框架体系 ,承受施工过程中的外部荷载 ,然后在拱顶和 边桩的保护下 ,逐层向下开挖土体 ,施作内部结构 ,最 终形成由外层边桩及拱顶初期支护和内层二次衬砌组 合而成的永久承载体系 。但各工程具有自身的特点 、 施工重难点 ,在此浅谈 PBA 洞桩法在宣武门地铁车站 的主要施工技术及控制要点 。 1 工程概况
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施 工 技 术
第 38卷 增刊
ຫໍສະໝຸດ Baidu
CONSTRUCTION TECHNOLOGY
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地铁车站 PBA工法施工技术及沉降分析
王余良 ,许景昭
(北京市轨道交通建设管理有限公司 ,北京 100037)
[摘要 ]针对北京地铁四号线宣武门车站地质条件 、周边环境复杂 ,周边构筑物 、管线多 ,群洞数量多等特点 ,采用 PBA洞桩法施工 。阐述小导洞超前支护及土方开挖 、边桩施工 、过盖板河施工 、减小群洞效应施工措施及监控量测 成果等 ,有效控制地表沉降 ,保证周边建筑物及地下管线的安全 。 [关键词 ]地铁车站 ; PBA 工法 ; 群洞效应 ;施工技术 [中图分类号 ] TU753 [文献标识码 ] A [文章编号 ] 100228498 (2009) S020057204
Con struction Technology of Subway Sta tion w ith PBA M ethod and Settlem en t Ana lysis
W a ng Yu lia ng, Xu J ingzhao (B eijing M TR Construction A dm in istra tion Corpora tion, B eijing 100037, Ch ina) A bstra ct:According to conditions of Xuanwumen Station in Beijing Subway L ine 4, such as comp lex geological and sur2
图 4地表累计沉降横向向分布 图 5 地表累计沉降纵向分布
图 6 地表累计沉降 ( K7 + 805)历时曲线
图 3 地表监控量测测点布设示意 5. 2 监控量测成果分析
通过对小导洞开挖阶段监测资料的统计 、分析 ,结 果如图 4～9所示 。
由图 4～9并结合监控量测数据统计可以得出如 下结果 。
1)导洞施工阶段 ,车站上方地表累计沉降平均为 35mm 左右 ,累计沉降最大为 46. 91mm。
2)根据地表累计沉降纵向分布图 ,施工通道及盖 板河上方附近区域地表沉降较小 。
rounding environment, large number of surrounding structures and p ipelines, PBA method is adop ted in the construction. Construction technologies of the p roject effectively control surface settlement and ensure safety of surrounding buildings and underground p ipelines, which include advanced support of small p ilot tunnel, soil excavation, side p ile construction, cross2 ing Gaiban R iver technology, measures for reducing multi2cavity effect and surveying effect.
北京地铁 4号线宣武门车站呈南北走向 ,站址位 于宣武门内 、外大街与宣武门东 、西大街交叉路口下 , 与既有环线宣武门站成“十 ”字交叉 ;环线在上 , 4 号线 在下 。车站为两端双层 、中间单层岛式站台暗挖站 ,端 进式 暗 挖 车 站 形 式 。车 站 总 长 度 187. 9m , 总 宽 度 22. 9m。双层暗挖段顶板结构覆土厚度 7. 57～8. 45m。