3-2-11 洞桩法施工技术1 前言1.1 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，即在地面上不具备基坑围护结构施工条件时，改在地下提前暗挖好的导洞内施作围护边桩、桩顶纵梁、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结构体系。1.2 工艺特点 在非强透水地层中，将有水地层的施工变为无水、少水地层施工，避免因长期降水引起的费用增大和地表沉降，有利于保护地下水资源和降低施工措施费。 在水位线以上地层中开设的导洞内施工钻孔桩，利用其“排桩效应”对两侧土体的支挡作用，可减少因流沙、地下水带来的施工安全隐患。 以桩作支护，稳妥、安全，也有利于控制地表沉降量，避免了中洞法、CD、CRD、双侧壁导坑法多次开挖引起地面沉降量过大的缺陷和对初期支护的刚度弱化。 与中洞法、CRD法等暗挖法相比，临时工程量相对较少，结构受力条件也好，相对经济合理。 对结构层数限制少，适用范围较广，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和周边建筑物的安全有利。特别适合距桩基和高层建筑物很近的地下工程的施工，边桩本身可起到隔离桩的作用，从而达到保护构筑物安全的目的。 在桩、梁、拱承载体系形成后，有较大的施工空间，便于机械化作业，从而加快进度。1.3 适用范围适用于周边环境复杂，施工受地面、地下建筑物影响大，地表沉降控制要求高，地下水位较高且补给性强的地下工程。2 工艺流程及操作要点2.1 洞桩法施工步序“PBA”洞桩法施工步序如图2-1所示。第1步：超前加固地层，先开挖近地面建筑侧导洞，超前另一侧导洞不小于2.5倍洞宽。第2步：导洞开挖支护完成后，用特制和改进的钻机由内向外跳孔施工钻孔桩，凿除桩头后，施作桩顶纵梁。施工时预埋边拱型钢（格栅）连接件。第3步：在导洞内施作主拱钢架拱脚（即拱边段）。第4步：浇筑拱边段后进行背后空隙回填，回填高度一般距钢架预留接头3050cm。第5步：超前加固地层，环形导坑法开挖导洞间的拱部土体，施作初期支护，必要时设置临时竖撑。第6步：拆除临时竖撑后，向下开挖至中板下一定距离，拆除永久结构断面范围内导洞支护，拆除长度根据监控量测分析严格控制。第7步：依次进行拱墙部防水层、中板底模、中板浇筑、拱墙浇筑、站厅层封闭成环，预留边墙钢筋和防水层。第8步：向下开挖土体到钢管支撑下50cm，洞桩间施作支护找平，必要时采用珠江加固，架设腰梁及钢管支撑。第9步：继续开挖至基底标高，桩间支护找平，基底处理。第10步：施作底板防水结构，浇筑底板及部分边墙，边墙水平施工缝高出底板面1.5m以上。第11步：待底板达到一定强度，跳拆钢管撑，施作侧墙防水层，浇筑侧墙混凝土与上层边墙相接。第12步：施做车站内部结构，车站土建施工完成。图 2-1 “PBA”洞桩法施工步序图2.2 导洞2.2.1 导洞断面确定导洞主要功能是为钻孔桩提供作业空间，设计时除净空尺寸满足洞内钻孔作业要求外，还考虑其与主体结构间相对位置，洞室交叉部位满足结构开口与交叉结构设置等因素。导洞为临时结构，因此，导洞的位置与尺寸要做到既满足功能要求，又经济合理。 导洞断面形状鉴于门洞形断面空间利用率高，地面平整利于场地布置，因此导洞断面形状一般选取门洞形。导洞断面高度分为标准断面与交叉口加高断面。标准断面尺寸由钻孔桩施工所需的空间确定，加高断面考虑洞室侧向开口与结构施工的要求。 标准断面导洞尺寸确定导洞高度首先保证钻机顺利钻进，并分析钻机高度能否改进优化，结合钢筋笼吊装作业的高度要求进行调整。导洞宽度按洞内钻孔桩作业时场地布置确定。确定交叉口部位导洞高度分别按侧向开口要求与结构加强环设置要求计算。2.2.2 导洞施工 施工难点：控制开挖所引起的地面沉降，确保地下管线和周边环境安全稳定。 施工要点： 确定合理的开挖顺序，先施作靠近建筑物侧导洞，超前另一侧导洞不小于2.5倍洞宽； 坚持先护后挖的原则，加强初期支护，尽早封闭成环，控制导洞的沉降和变形； 根据监控量测反馈信息指导调整支护参数和施工方法，以此作为安全保证的主要手段。2.3 孔桩施工要点 导洞空间狭小，根据洞内作业空间和地质情况定制或改进钻机，提高成孔效率和质量。一般选用的改型钻机有：GSD-50改型大口径液压钻机8h14h成孔（800mm），XQZ-100型泵吸反循环机械钻机36h60h成孔（800mm），GPS-型泵吸反循环机械钻机3648h成孔（1000mm）。 为防止孔桩侵入主体结构断面，边桩需要有一定的外放距离，虽然规范要求桩的垂直度是1%，在实施时边桩外放距离按3%考虑为宜。 确定合理的钻桩顺序，搞好水下混凝土施工。由于桩间距小，为防止对临近已成孔的扰动，采用改型钻机由内向外的顺序跳孔（如跳三钻一）施工钻孔桩。钢筋笼分节吊装，现场连接。针对拆除钻杆与吊装钢筋笼的时间长，易造成坍孔、沉渣厚度控制难的问题，采用泵吸清孔和压举翻起沉渣的方法进行处理。加强对各操作环节协调指挥，避免因泵送距离长造成堵管。 导洞内钻孔场地狭窄，布置时分区域分段纵向布置钻机设备、泥浆箱、管路及道路，可采用砖墙把钻桩作业区和道路运输分开。成孔后和砼灌注后及时清除积水、浮浆和剩余砼，确保高效和文明施工。2.4 主拱施工要点施工难点：解决好主拱在初期支护与二次衬砌形成过程中的体系转换和平衡，防止结构变形、失稳和破坏，避免出现地面及拱部的过量沉降和坍塌。 遵循“ 管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”及“先护后挖，及时支撑”的原则，少分部开挖、快封闭、早成环。 做好超前地质预报，打超前水平探孔，探明前方的水文地质情况。若存在滞水，通过探孔排出；接近管线位置时，实施超前管线探测，小导管加密注浆、加密格栅钢架、设双层钢筋网、掌子面注浆等支护措施进行保护。 坚持信息化施工，根据信息反馈调整支护参数。如果变形量和变形速率超过管理值时，立即采取应急预案，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。 拆除临时支撑时，对相应部位加强监控量测。2.5 交叉口施工 施工难点：交叉口处荷载及其转换复杂，结构易失稳；交叉口处开口跨度大，操作空间小，对车站整体的施工组织影响大，进而影响工期。 施工要点： 交叉口采用组合拱梁结构，钢筋砼拱脚支承在纵梁上，水平梁连接初期支护钢架并分配荷载；主拱开挖设置侧向开口加强环与临时竖撑，侧向开口加强环拱脚支承在纵梁上； 侧向开口采用加固措施，环向破除砼设置开口加强环，主拱开挖时设置临时竖撑，竖撑置于导洞壁上，主拱开挖支护1020m后施工交叉口组合拱梁；圈梁站厅层成环后破除立体交叉拱梁侵入二衬断面部分，拆除临时竖撑，开挖核心土，施作通道二衬； 早开联络通道，在左右线间创造平行作业条件以便加快施工进度。2.6 防水施工要点 防水层质量取决于防水卷材质量、焊接工艺、铺设工艺。应对防水卷材进行仔细的材质检查验收，防水卷材色泽应一致，厚度一致，平铺无明显隆起、无皱折。 防水层焊缝严禁虚焊、漏焊。采用充气法试验检查，充气至0.25MPa，保持该压力5min读数不变。 环向铺设防水卷材时，防水卷材的搭接宽度长边不少于100mm，短边不少于150mm，相邻两幅接缝要错开，并错开结构转角处不少于60mm。 沿隧道纵向的防水层铺设超前二衬至少4m，以满足防水层施工空间，确保接长质量。 二衬钢筋绑扎，焊接后，检查防水板是否有刺穿的地方，有破损则及时补焊。2.7 结构混凝土施工要点 二次衬砌是隧道防水的第三道防线，施工中采用密实度高，收缩率小，强度高，可灌性好等多种性能的混凝土。 二衬采用搅拌运输车运送，严格控制其坍落度以确保质量，当运输距离远或产生交通堵塞而引起出厂时间过长时要提前预计，严禁对由于出厂时间长的商品混凝土掺加任何掺料，以确保质量。 模板要架立牢固，尤其是挡头板，不能出现跑模现象，板缝严密，避免出现水泥浆漏失现象，且做到表面规则平整。 防水混凝土泵送入模时，要控制自由倾斜高度不大于2.0m；同时控制入模温度，防止温度应力引起的开裂。 防水混凝土捣固一般采用附着式和插入式两种捣固方法，每点振捣时间为1030s。 防水混凝土灌注完毕，待终凝后及时养护，结构养护时间不少于14d，以防止在硬化期间产生开裂。养生采用喷水养生法，保持混凝土表面湿润。3 劳动力组织 竖井施工劳动力安排竖井施工劳动力以开挖工、钢筋工为主，配合适当机电人员。每个竖井一般配开挖工20人左右分两班，钢筋工10人左右。 导洞施工劳动力安排小导洞施工劳动力以开挖工、钢筋工为主，配合适当机电人员。每个作业面一般配开挖工12到20人分两班，钢筋工统一安排18到30人为每个作业面提供格栅加工及安装。 孔桩施工劳动力安排洞桩施工主要以钻机专业队伍为主，每台钻机每班有操作手3到5人，配合出碴人员5到6人。同时整体安排2到3名机电人员配合。 边拱施工劳动力安排边拱施工主要以混凝土工，钢筋工为主。每个工作面安排混凝土工14人左右，钢筋工7人左右。 主拱施工劳动力安排主拱施工劳动力以开挖工、钢筋工为主，配合适当机电人员。每个作业面一般配开挖工12到20人分两班，钢筋工统一安排18到30人为每个作业面提供格栅加工及安装。 二衬施工劳动力安排二衬施工主要以混凝土工，钢筋工为主。每个工作面安排混凝土工22人左右，钢筋工10人左右。4 机具设备配置机械设备主要有钻机、空压机、电动葫芦、混凝土搅拌机、混凝土喷射机、双液注浆泵、钢筋切断机、钢筋弯曲机、钢筋调直机、液压弯曲机、直螺纹滚丝机、电焊机、轴流风机、混凝土输送泵、备用发电机、装载机、自卸汽车等。钻机根据地质情况确定型号，根据施工进度要求安排数量。空压机、备用发电机根据施工环境要求确定机型，一般城市施工要求采用低噪音机型。根据工程量确定数量及功率。其它机械设备主要根据工程量、工期要求安排。5 质量控制要点5.1 竖井施工质量控制要点 建立并实行总工程师技术负责制建立并实行项目总工程师为首的技术负责制，同时建立技术人员的岗位责任制，做到分工明确，责任到人，使施工程序和方法符合施工技术管理制度的要求，以此确保工程质量。 做好施工前的技术准备工作组织图纸会审。认真核对设计文件和图纸资料，切实领会设计意图，查找是否有差、错、漏现象。认真进行技术交底，每道工序开始前进行详细的技术交底、交清设计要求、规范要求、质量要求和操作工艺标准、作业人员严格按照技术交底要求和标准施作。 控制源头，把住材料采购关。以物资采购、供应商提供产品、产品标识和追溯性、不合格产品控制、纠正和预防以及质量记录等六个环节进行控制。各种材料到达工地必须进行验收，投入使用前必须按规范进行试验。5.2 导洞施工质量控制要点 施工前班组必须组织操作人员学习技术交底、施工工艺要求，了解清楚管线的分布，摸清管线走向、结构形式及尺寸、埋深以及与车站结构之间的关系，对已经探明的管线采取保护措施并挂设警告标志，避免因管线不明确而造成其破坏。如发现未探明的新管线，暂停施工，并及时向工程技术部上报。 严格按施组和技术交底对开挖循环进尺和开挖顺序进