新型钻机在“PBA”洞桩法中的应用

摘  要：研究发现冲击钻施工震动大，反循环钻在卵石层适用性差，旋挖钻外型尺寸大，该类问题一直困扰北京地铁采用PBA工法的暗挖车站施工。传统解决方式是开挖上下双层导洞，但该方式有许多不足，当地下水位高时，下层导洞的开挖支护与沉降难以控制;底纵梁较窄，在软弱地层，难以保证承载力;逆作开挖落底时，侧壁桩会出现水平位移，需增加横通道和横梁;降水周期长，水资源浪費严重;人工挖孔安全性差。因此急需一种适应卵砾等复杂地层、外型尺寸小的钻机。本文借助北京地铁16号线二里沟站机械成孔的成功案例，介绍一种新型反循环钻机应用，并为类似工程建设提供经验。

关键词：北京地铁;PBA工法;反循环钻机;水资源

中图分类号：U231.3   文献标识码：A    文章编号：2096-6903（2019）04-0000-00

1工程概况

北京地铁16号线二里沟站为侧式全暗挖车站，全长338m，两端为采用PBA工法的双层三柱四跨结构，中部上跨6号线为采用CRD工法的单层单柱双跨结构。双层四跨段宽29.4m，高18.66m，覆土8.6m;单层两跨段宽19.8m，高9.67m（8.07m）。

双层三柱四跨段设置围护桩和基础桩，围护桩直径1.0m，桩长21.91～26.91m，桩中心间距1.6m，共394根，基础桩直径1.8m，桩中心间距7m，桩长10.5～14m，共102根。桩施工均在地下净空只有4m×5m（宽×高）的导洞内进行。成桩地层主要为砂卵石。如图1所示。

2钻机选型

目前应用较多的钻机有冲击钻、回转钻和旋挖钻，其中回转钻又分为正循环和反循环两种。

本工程是在覆土厚度不足10m，4m×5m净空的导洞内进行的，因此选择钻机的主要原则是体积小、重量轻、震动小、护壁好、成孔质量高。结合各种钻机的特性，优先选择反循环钻。

3工程重难点

（1）成桩地层绝大部分为卵石，在保证钻进速度，在控制钻孔垂直度的同时要节约用水。

（2）排桩间距较小，要控制钻孔过程中塌孔及减小塌孔对临近边桩造成的影响。

（3）地层复杂、成桩深度长，且机械成桩施工工艺复杂，控制沉渣厚度，保证成桩质量，确保桩基满足承载要求。

（4）洞内机械成孔类似工程经验少，要保证成孔工效，确保工序时间。

4钻机的改进

反循环钻在卵砾石层钻进较为困难，北京地铁大多处于砂卵石地层，因此正式施工前进行试桩以验证其可行性。根据试桩的经验采用TY-2200型普通泵吸式反循环钻机，耗时7天成孔一根，因此无法保证施工。分析原因主要是钻机主泵和钻杆通径小，大料径卵石经常卡钻;钻机功率小产生扭矩不足;钻头不具备破碎能力，孔底积聚大粒径卵石后需更换钻头抓除;卵石层孔隙率大，泥浆流失严重，泥膜难成，用水量巨大。

针对以上问题委托厂家研制新的设备及钻具。KYZ10～150型第四代履带式液压大功率泵吸式反循环钻机应用而生，并研制其配套钻具。其中液压钻具可对大粒径卵石层进行液压高频振动，冲击破碎漂石。钻机行进状态尺寸为5930×2300×2700mm，工作状态尺寸为5930×2300×4100mm;整机重16t，可分解组合;主泵通径300mm;钻杆规格325×12×1000mm;主泵功率132KW，最大排量820m/h;最大钻深150m，钻孔直径600～3000mm;履带式自行走。新钻机成孔时间由原来的7d缩短为7h，完全可满足施工要求。如图2所示。

5成孔施工工艺

5.1成孔施工流程图（图3）

5.2施工顺序

围护桩桩心间距1.6m，为保证结构安全，采用跳二钻一的顺序进行施工，基础桩桩心间距7m，采用顺序施工。

5.3导坑施工

测定桩位后，按照施工顺序在导洞底板人工挖孔做导坑护壁。围护桩导坑内径为1100mm，底板锁扣圈外径1500mm，护壁厚度为100mm;基础桩导坑内径为2050mm，底板锁口圈外径为2560mm。导坑护壁分节施工，每节高1m。导坑深度为进入粉质粘土层20cm。第一节护壁与底板锁口圈同时浇筑，增强稳固性。

围护桩和基础桩底板锁口圈环形钢筋采用直径25螺纹钢，内、中、外三道，每道上下两根，围护桩内、中、外环直径为1200mm、1330mm、1460mm;基础桩内、中、外环直径为2150mm、2290mm、2460mm。环形钢筋与导洞底板格栅钢筋焊接牢固。护壁环向钢筋为φ8@200mm，搭接长度35d;竖向钢筋为φ8@200mm，端部应打入土面以下250mm，搭接长度35d。

坑内作业时，上面必须有人监护。土方及时运离孔口，砼围圈上不得放置工具、站人。作业人员必须头戴安全帽、身系安全带。设置防砸板，以防落物伤人。施工中随时检查垂直运输设备的完好情况和孔壁情况。挖孔人员撤离时必须用硬质盖板将孔口封闭。

5.4泥浆制备

（1）钻孔桩采用泥浆护壁施工，配备泥浆循环系统。泥浆储浆池、循环池、废碴池等均放在导洞内，若渗漏情况严重则采用钢箱放置，确保泥浆不污染周围环境。根据本工程地质情况，选用优质粘土造浆，必要时掺入适量蒙脱石含量高的膨润土外加剂及锯沫。

（2）泥浆控制指标。

1）泥浆控制指标：比重1.10～1.15，粘度18～25s，含砂率<3%，胶体率>95%，失水量<30ml/30min。

泥浆配比为水：膨润土：火碱：CMC=1000：250：5：3（质量比）。

2）钻进中定时采集泥浆样品，测定性能指标，不间断给孔内补充一定稠度的泥浆，保持水头压力。

（3）排出的泥漿首先汇集在泥浆池，通过净化设备将泥浆过滤后重新使用，废渣运到竖井调走。

5.5钻进

钻进前先向孔内注入泥浆，启动砂石泵，待循环正常后，开动钻机慢速回转下放钻头;开始钻进时，应轻压慢转，稳定后，可逐渐加大转速，调整钻压，使钻头吸口不产生堵水。观察进尺和砂石泵排渣情况，排量减少或出水中含渣量较多时，应控制钻进速度。加接钻杆时，将钻具提离孔底20cm左右，维持冲洗液循环1～2min，清洗孔底并将管道内的钻渣携出排净，然后停泵加接钻杆。

钻进时孔内出现坍孔、涌砂等异常情况，立即将钻具提离孔底，控制泵量，保持冲洗液循环，吸除坍落物和涌砂;同时向孔内输送性能符合要求的泥浆，保持水头压力以抵制继续涌砂和坍孔，恢复钻进后，泵排量不宜过大以防吸坍孔壁。到达设计标高后，将钻头留在原处继续旋转数圈，避免孔底缩孔。

6结语

KYZ10～150型反循环钻机借助先进的液压钻具，以4～5h成孔一根围护桩，7～8h成孔一根基础桩的速度，用不到半年的时间保质保量的完成了全部围护桩及基础桩作业。为整个车站的施工进度打下坚实的基础。同时降水周期减少75%，节约了大量水资源。

参考文献

[1]杨雄.PBA洞桩法在地铁车站施工中的应用[J].世界有色金属，2017（01）：46-47.

[2]王学理.“PBA”洞桩法在地铁暗挖车站中的应用[J].现代城市轨道交通，2006（01）：35-37+43+8.

收稿日期：2019-07-10

作者简介：薛宝磊（1984—），男，河北廊坊人，本科，工程师，从事地铁工程施工技术方面研究工作。

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