哈尔滨地铁二号线省政府站新型“PBA”洞桩法施工技术

李 扬

中基发展建设工程有限责任公司 北京 101300

1 工程概况

1.1 概况

哈尔滨省政府站为暗挖双层岛式车站，采用暗挖洞桩法施工。

车站双层暗挖主体侧墙外侧设置排桩作为逆作开挖的围护结构，桩径1.0m，桩长19.41m，相邻桩中心标准间距1.40m。通长配置钢筋，顶端设置钢筋混凝土冠梁。

车站双层暗挖主体结构框架柱根据工法选择钢管混凝土柱型式，钢管柱外径0.8m，壁厚16mm。钢管柱在施工导洞内分节安装就位，柱芯灌注微膨胀混凝土。

车站每根钢管混凝土柱下设置单桩桩基，桩直径1.8m，桩长18.0、20.0m，采用桩底压浆工艺提高桩基承载力。桩基在施工导洞内施工，通长配置钢筋，近桩顶埋设钢管柱定位器与钢管柱连接。

1.2 工程地质

省政府站地貌单元属岗阜状平原，地面高程在143.51m～144.57m之间，地形较为平坦，现状地面主要为水泥路面，局部为市政绿化用地。

根据地勘报告，本场地钻探深度范围（60m）的地基土主要由人工填土和一般第四纪沉积土组成。洞桩施工深度范围内地层主要为⑥2层细中砂、⑥3层粗砂、⑥4层粗砂、⑥5层粉质黏土、⑦1层粉质黏土、⑦2层粗砂层。

导洞顶部基本位于粉质粘土，导洞局部处于粉砂层，该段地层无不良地质作用，围岩缺少自稳性，土体易发生松散坍塌，应对薄弱区围岩施作预加固和临时支撑措施。

1.3 周边环境

车站周围政府机关、企事业单位密集，车、人流量大。本车站沿中山路敷设，车站主体结构位于中山路与中宣街交叉口，与中宣街呈十字形交叉，站址区为黑龙江省行政中心所在地。站址中心以西中山路南北两侧分别为黑龙江省人民政府办公大楼以及黑龙江省国家安全厅办公大楼。站址中心以东中山路南北两侧主要为市政绿化用地以及中小学，中山路南侧为风华小学，中山路北侧为风华中学。

1.4 工程特点

（1）本工程地理位置较为特殊，车站位于哈尔滨市中心，周边政府机关、企事业单位密集，车、人流量大，对施工质量和安全文明施工要求高。

（2）本工程为东北地区第一次采用新型“PBA”工法进行洞桩施工，施工经验少。

（3）本施工段地层复杂，地下水位高、水量大，易塌孔，施工难度大。

（4）洞桩施工过程中与北段小导洞初支开挖平行作业、边桩与中桩同时作业、成孔与构件（钢筋笼、钢管柱、钢护筒）洞内运输及安装平行作业，需做好施工组织筹划工作，保证各项工作的有序进行。

2 工法选择

2.1 工法比较

地铁车站的目前施工方法有明挖法、盖挖法、暗挖法等主要工法，在大中城市人口密集地段现普遍采用暗挖法施工。传统“PBA”工法分8导洞、6导洞和4导洞施工，随着我国轨道事业不断发展，4导洞施工法越来越普遍。但常见的地铁暗挖项目中地面沉降及抽取大量地下水造成的危害和资源浪费很多。

传统“PBA”洞桩法4导洞施工依然存在以下缺点：

（1）大直径中桩的整体进度缓慢；

（2）定位器处桩体的结合质量很难验证；

（3）在钢护筒内，人工凿除超灌混凝土，而后安装定位器。孔内作业环境恶劣、安装进度缓慢。

新型“PBA”洞桩法采用第四代KYZ-180型全液压履带式反循环钻机配以TY-180型震动冲击钻具，对大粒径砂卵石地层钻进具有超高的效率。首先钻机对位钻进，通过竖井下方泥浆分离设备把钻渣和泥浆分离，将钻渣抽排至地面竖井外部垃圾池并运至场外，分离出的泥浆回流泥浆地。泥浆池内配置大功率变频泥浆泵，将泥浆通过管道抽回到钻孔内，从而形成循环。

在完成钻孔工作后钻机履带自行挪位，多功能钢管柱安装机挪至桩孔位置并进行精确对位，通过一键调平装置进行水平竖向对位，并锁死各动作机构，开始采用孔口对接方式分节吊装安放钢筋笼及钢管柱，安装完毕后，下放导管，利用地面混凝土泵进行水下混凝土灌注作业。新型多功能钢管柱安装机在钢管柱夹持器及钢管柱底部均设置高精度倾角传感器，对钢管柱安装姿态进行监测，以保证钢管柱安装精度。单层导洞大直径钻孔桩及钢管柱安装一体化施工对于暗挖车站，“PBA”工法是一种全面的提升，不仅节约大量的材料、人工。而且大大缩短工期，保证了工程质量。为地铁及地下空间建设提供新的思路。通过新工法施工，经过实践检验，地表实测沉降数据累计沉降值达到了影响的沉降控制要求。

2.2 工法原理

“PBA”洞桩法的施工原理是将传统的地面框架结构施工方法和地下空间暗挖法进行相互结合，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、顶拱共同构成桩、梁、拱(PBA即为桩(iPle)、梁(eBam)、拱(Acr)三个英文字母的简称)支撑框架体系，用以承受外部荷载，然后在顶拱和边桩的保护下，逐层向下开挖土体，施作内部结构，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承载体系。

2.3 功法特点

（1）采用新型“PBA”洞桩法进行施工，对地面和影响较小，适用于因地面环境无法进行明挖施工的地下结构工程。

（2）传统“PBA”洞桩法多采用多层四导洞或者六导洞进行施工，引起的地面沉降变形相对较大，新型“PBA”洞桩法采用单层四导洞进行施工，地面沉降小，对保护地下构筑物(桥桩、管线等)和周边建筑物的安全也更有利，施工速度快，工程质量高。

（3）传统“PBA”洞桩法钢管柱下放是分节安装，分节下放并且需要定位器进行钢管柱位置调整。新型“PBA”洞桩法通过多功能钢管柱调垂机进行钢管柱整体下放，由高精度倾角传感器进行微调，精度更高，桩基质量更有保证。

（4）取消人工挖孔和孔内钢管柱定位安装，均采用高精度多功能套管调垂设备进行钢管柱安装，改善工人作业环境，保证了施工安全。

（5）采用新型“PBA”洞桩法进行施工，不仅采用单层四导洞施工，而且大大减少了降水周期，中柱与柱下桩基一体施工，省去了传统柱下桩基护壁环节。以上均大大节省了工程开支，更为经济有效。

3 桩基施工方法及工艺

根据工程特点，结合实际情况，边桩采用按跳四钻一顺序钻孔施工，中桩采用顺序钻孔方式施工。

边桩及中桩洞内机械成孔施工顺序如图所示：

图一 边桩及中桩洞内机械成孔施工顺序示意图

4 施工重难点分析

4.1 施工重难点

（1）本施工段地下水位高，且地下水水量大，中桩施工桩径为1.8～2.0m，且打设深度深，坍孔风险大。边桩间距小，塌孔需注意对临近边桩的影响。

（2）边桩及中桩施工过程中孔口防护是安全管控的重点。

（3）本施工段地层复杂、边桩及中桩施工深度范围内主要地层为砂层，且机械成桩施工工艺复杂，需采取措施控制沉渣厚度，保证成桩质量。

4.2 应对措施

（1）针对坍孔的主要措施

洞桩施工采用人工挖孔护壁做为钻进护筒，护筒分3节，首节深度0.8m，其余深度1.0m，钻进前先向孔内注入由膨润土配置的新鲜泥浆，使其高于孔外水位；遇砂层时，适当加大泥浆密度，慢速钻进，并根据泥浆成分的变化作出相应的处理措施；成孔完成后尽快下放钢筋笼，并及时浇筑混凝土；遇严重坍孔，用粘土回填，待孔壁稳定后采用低速钻进。

（2）针对孔口问题的主要措施

为保证洞内边桩及中桩孔口安全，采用钢筋篦子防护，边桩篦子尺寸1200 mm×1200mm，配筋C25@150，中桩篦子尺寸为两块，单块尺寸2200 mm×1200mm，配筋C25@150，孔口作业完成后及时覆盖，同时在隧道侧壁悬挂警示标示，安置警示灯。

（3）针对沉渣问题的主要措施

钢筋笼放置前及钢护筒放置前，分别测量桩长，若沉渣量过多不能满足设计要求时，则采用二次清孔及筒钻捞渣方式，保证装成满足设计要求。

5 结语

随着我国经济建设不断发展，人口急剧增加， 各大城市均在优先发展地下轨道交通。地铁车站一般位于城市中心地区，施工受交通繁忙、建筑物众多、施工场地狭小、地下管线错综复杂的制约，“PBA”洞桩法施工正发挥其优势并在不断普及和发展。在哈尔滨轨道交通二号线省政府站运用了新型的“PBA”洞桩法进行施工，深入开展“机械化换人，自动化减人”工作，进行新技术机械化施工，解决了因工程地质及水文条件及周边环境的制约，攻克了工程中的难点与关键技术，保证了施工期间车站的地上交通和居民生活的正常运转，为今后地下轨道交通工程施工提供参考。