暗挖施工工藝交流(PBA)

沈陽地鐵二號線一期土建工程第九合同段洞樁法（PBA）暗挖施工技術(shù)中國中鐵一局一、PBA暗挖車站施工技術(shù)概述PBA（Pile柱、Beam梁、Arch拱）工法又稱為“洞樁法”,工法的主要原理為利用小導(dǎo)洞和樁體支護(hù)技術(shù)在對底層不產(chǎn)生大的擾動的情況下，在地下形成梁、柱、拱的縱向支撐體系，支撐體系形成后，即可進(jìn)行全面的縱橫向框架空間支撐體系，在支撐體系的保護(hù)下可安全的分層、分段開挖，它的特點是把成熟的施工工法（小導(dǎo)洞、邊樁、縱橫梁、扣拱）進(jìn)行有序組合，形成的一種新的工法。PBA暗挖法逆作法施工工藝特點：優(yōu)點:（1）通過導(dǎo)洞、邊樁、鋼管柱、臨時中隔壁將暗挖車站初支雙連拱分割為約3m跨度的若干個小斷面洞室（一般為6個以上），并加強(qiáng)支護(hù)，施工安全和沉降量控制大大提高。（2）初支扣拱完成后，進(jìn)行二襯扣拱施工工序，拱部較早的形成了穩(wěn)定受力體系，在結(jié)構(gòu)安全提高的同時，沉降量也得到有效的控制。（3）較其他大跨度暗挖施工工藝（如中洞法、CRD法），拆除部分較少，結(jié)構(gòu)受力轉(zhuǎn)換更合理，安全性、經(jīng)濟(jì)性較高。（4）邊樁采用挖孔灌注樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了整體暗挖初期支護(hù)體系側(cè)面和頂部的受力能力，從而提高對頂部管線、建筑物和周邊建筑物的保護(hù)能力。缺點:（1）工序轉(zhuǎn)換復(fù)雜，各個工序的銜接和組織要求較高，工期較長。（2）將大跨度結(jié)構(gòu)分割為小斷面的洞室是把“雙刃劍”，如在暗挖施工過程中對各個過程的連接接控制不到位或方法不當(dāng)會增加塌方的危險、二次或多次沉降較大的問題。（3）結(jié)構(gòu)施工縫較多，防水及施工縫處理要求高，處理不當(dāng)易形成滲漏。1、工程概況沈陽地鐵二號線SG9標(biāo)位于沈陽市青年大街與西濱河路交叉口處，工程包含一站一區(qū)間，青年公園車站采用明挖與PBA暗挖法施工，主體結(jié)構(gòu)為雙層雙跨12m島式站臺車站，主體結(jié)構(gòu)總長169.1m，設(shè)3個出入口、兩處風(fēng)亭、一部直升電梯、一個疏散通道。青年公園站～工業(yè)展覽館站區(qū)間長度為1122.7m，采用盾構(gòu)法施工。合同總造價為18931.3萬元,扣除預(yù)留金費(fèi)用外，有效合同價為17284.47萬元。2007年12月3日中標(biāo)，2008年4月15日開工。二、項目概況車站暗挖段車站明挖段2號出入口1號風(fēng)道3號出入口1號出入口2號風(fēng)道疏散通道1號豎井DZ導(dǎo)洞青年公園車站平面圖青—工盾構(gòu)區(qū)間車站明挖段2號風(fēng)道1號出入口車站暗挖段一號豎井豎井1#暗挖風(fēng)道3#暗挖出入口3m車站暗挖主體2#出入口1#風(fēng)道2、地質(zhì)情況場地地基土主要由第四系全新統(tǒng)和更新統(tǒng)粘性土、砂類土及碎石類土組成。地層劃分主要考慮成因、時代以及巖性，劃分依據(jù)根據(jù)野外原始編錄、土工試驗結(jié)果，同時參照原位測試指標(biāo)的變化。自上而下依次描述如下：主要為沙層、卵石層，內(nèi)聚力為—0。層位巖性厚度（m）層底埋深（m）層底標(biāo)高（m）①雜填土0.20～8.000.20～8.0037.34～42.05②-2粉細(xì)砂1.50～2.001.50～2.0036.51～36.81③-1粉質(zhì)粘土1.301.8040.33③-3中粗砂0.60～4.503.00～6.4035.70～39.55③-4礫砂7.00～17.8012.50～20.8020.85～33.74③-4-1粉質(zhì)粘土0.30～0.809.50～11.8030.70～33.04③-4-3中粗砂1.4012.0030.48③-4-5圓礫1.20～5.806.00～10.5030.11～36.35④-4礫砂2.7015.7026.32⑤-1粉質(zhì)粘土0.30～2.0015.30～21.0020.55～33.44⑤-3中粗砂0.30～5.7015.00～21.5020.59～27.74⑤-4礫砂14.20～25.5034.00～42.50-0.80～8.71⑤-4-1粉質(zhì)粘土0.602.7015.23⑤-4-3中粗砂1.00～2.1020.00～30.2012.03～18.51⑦-1泥礫4.60～12.0040.60～49.00-6.87～1.72⑦-2泥礫最大揭露厚度（m）層頂埋深（m）層頂標(biāo)高（m）11.8040.60～49.00-6.87～1.723、水文地質(zhì)情況車站明挖段處于南運(yùn)河的青年湖內(nèi)，水位標(biāo)高約40.00，湖底巖性0～4.5m主要為淤泥混砂類土。湖水水位一年有兩次突升，一次在5月初因大伙房水庫大量放水；另一次出現(xiàn)在7月末至8月初的主汛期，此時達(dá)到最高水位；9月下旬至翌年4月末，水位最低。地下水位在勘察期間水位埋深5.50m～12.08m，因地上水位變化的影響，地下水位年變幅約2米。青年湖為南運(yùn)河的中間一段，水域面積約0.5km2，經(jīng)查地下水與湖水垂向不連通，但湖水有側(cè)向滲漏。4、項目風(fēng)險源管理車站暗挖段和1號風(fēng)道位于青年大街正下方，地下管線復(fù)雜，需通過的壓力管線共計8條，是項目的主要風(fēng)險源控制點。項目針對管線安全防治措施，召開專家評審會議，按照專家意見落對風(fēng)險源管線措施進(jìn)行落實，已全部安全通過。管道類型管道名稱管徑(mm)距暗挖拱頂距離（m)材質(zhì)修建年代流量備注1雨、污水HSDN175017503.16混凝土19990.5m3/s2雨、污水HSDN120012003.51混凝土19800.2m3/s3雨、污水HSDN7007004.95混凝土19604雨、污水HSDN120012004.71混凝土19556雨、污水HSDN7007003.1混凝土19600.25m3/s7燃?xì)釳QDN300(低壓）3003.82鑄鐵19708燃?xì)釳QDN300(中壓）3005.55鑄鐵19709自來水JSDN2002005.9鑄鐵1970沈陽地鐵二號線青年公園站風(fēng)險源管線雨污水、壓力管線平面圖1號DN1750雨、污水管線2號DN1200雨、污水管線3號DN700雨、污水管線4號DN1200雨、污水管線5號DN700雨、污水管線6號低壓燃?xì)?號中壓燃?xì)?號自來水車站暗挖段地下管線剖面圖1.6米4.7米4號φ1200雨污管線5.9米8號φ200自來水1.5米車站暗挖段上導(dǎo)洞拱頂線7號φ300煤氣5.5米1.4米5.3米4.7米青年大街站方向工業(yè)展覽館站方向1.5米1.6米3號Φ700雨污管線2米2號Φ1200雨污管線青年大街3米1號Φ1750雨污管線三、分部分項工程施工技術(shù)交流一）、降水施工沙礫層滲透系數(shù)達(dá)到85m/d(最大位置為120m/d)。現(xiàn)場觀察情況：停水一小時，現(xiàn)場水位上升；抽水一小時，水位下降。深井點對沙礫層降水效果顯著！1、原降水設(shè)計方案簡介（4160延米）。沈陽地鐵二號線青年公園車站原降水設(shè)計參考了沈陽地鐵一號線的“小井深、小間距”降水設(shè)計理念，青年公園車站主體和附屬降水共設(shè)計130眼降水井，降水井間距6～7米，平均井深32米2、實際降水設(shè)計方案簡介（2394延米）沈陽地鐵二號線青年公園車站由于地理位置和地質(zhì)條件不同于沈陽地鐵一號線，經(jīng)過經(jīng)濟(jì)技術(shù)方案比選和專家論證，在實際降水設(shè)計中采用“大間距、深井井點降水”的設(shè)計理念，將降水井?dāng)?shù)量減少至57眼，降水井間距15～20米，平均井深42米。實際降水設(shè)計方案避免了占用青年大街主干道施工降水井和排水管線，減少了降水井?dāng)?shù)量和降水施工成本，達(dá)到了設(shè)計要求的降水水位控制在結(jié)構(gòu)下1m的要求，保證了青年公園車站明挖和PBA暗挖施工的順利實施。二）、導(dǎo)洞施工（暗挖施工）暗挖施工“十八字”施工原則：管超前、嚴(yán)注漿、短開挖、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測！遵守原則，不拘泥于原則！根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)情況確定暗挖參數(shù)！1、漿液選擇小導(dǎo)管注漿材料及配合比根據(jù)調(diào)查不同地質(zhì)情況和要求主要采用以下幾種：（1）改性水玻璃漿：配合比為硫酸：水玻璃=1∶1.8～1∶2.2，PH=3.1～3.5。主要適用于無水的粉細(xì)砂層。青年公園暗挖地層主要以中粗砂和砂礫為主，由于改性水玻璃漿液價格較高，雖然可以滿足注漿效果，但性價比低。同時，改性水玻璃漿液操作要求高，有一定的安全風(fēng)險。（2）純水泥漿：原材料為摻入10%微膨脹劑的普通水泥，水灰比0.45～0.6。主要適用于中粗砂層和砂卵石層。經(jīng)過試驗后證明，水泥漿液在水灰比為1:0.5的配合比下，注漿半徑能夠滿足要求，固結(jié)體強(qiáng)度滿足超前支護(hù)要求，但由于其凝固時間較長，影響暗挖施工工序時間，可作為馬頭門施工雙排小導(dǎo)管注漿漿液。（3）水泥-水玻璃雙液漿：水泥采用Po32.5R普通硅酸鹽水泥，水玻璃為35°Be'。水泥漿液與水玻璃體積比為1∶1。主要適用于細(xì)砂、粉砂、粉土層及帶水的砂層。經(jīng)過試驗后證明，水泥漿液在水灰比為1:0.8，水泥漿與水玻璃體積比為1：1的配合比下，水泥-水玻璃雙液漿擴(kuò)散半徑為160mm，注漿半徑能夠滿足要求，固結(jié)體強(qiáng)度滿足超前支護(hù)要求，但由于凝固時間較短，施工中要注意注漿時間的控制，防止堵管，水泥-水玻璃雙液漿能夠在砂層含水的狀態(tài)下施工，可做為超前小導(dǎo)管注漿漿液。（4）水泥-液體固砂劑雙液漿：水泥采用Po32.5R普通硅酸鹽水泥，水泥漿液與固沙液體積比為1∶1~3:1。主要適用于中粗砂層、砂礫層、砂卵石層及帶水的砂層。

經(jīng)過試驗后證明，水泥漿液在水灰比為1:1，水泥漿與液體固砂劑體積比為3：1的配合比下，水泥-液體固砂劑雙液漿擴(kuò)散半徑為165mm，注漿半徑能夠滿足要求，固結(jié)體強(qiáng)度滿足超前支護(hù)要求，使用牛角泵注漿操作方便、30秒即可完成注漿，且漿液能夠在砂層含水的狀態(tài)下施工，可做為超前小導(dǎo)管注漿漿液。

水泥-固沙液雙液漿較水泥-水玻璃雙液漿具有單價低，施工機(jī)具簡單，操作方便、注漿時間短的優(yōu)點，同時和水泥-水玻璃雙液漿同樣具備砂層含水的狀態(tài)下施工的特點。因此選擇水泥-液體固砂劑雙液漿作為暗挖施工超前注漿漿液。4、青年公園車站主要施工工序該方法利用車站明挖段和1#豎井DZ橫通道平行施工上下層小導(dǎo)洞，在上層小導(dǎo)洞內(nèi)施工鉆孔灌注樁和鋼管柱，邊樁作為車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)臨時擋土結(jié)構(gòu)，然后施工初支扣拱和二襯扣拱，邊樁、鋼管柱初支、拱和二襯扣拱共同組成車站拱部的支撐體系，然后在拱樁柱支護(hù)結(jié)構(gòu)下開挖車站主體空間，自上而下施作車站樓板、柱和側(cè)墻等永久結(jié)構(gòu)。附車站暗挖段施工順序圖：3、車站暗挖段PBA逆作法施工順序第一步：施工導(dǎo)洞開挖、支護(hù)。導(dǎo)洞開挖時先開挖下部導(dǎo)洞一段距離后，再開挖上部導(dǎo)洞，先開挖邊導(dǎo)洞再開挖中導(dǎo)洞。每個施工口施工到結(jié)構(gòu)分界里程線就開始下導(dǎo)洞之間橫通道施作。車站暗挖A型臨時導(dǎo)洞開挖第三步：施工邊導(dǎo)洞內(nèi)主體拱部格柵鋼架拱腳，縱向間距0.5m，并立?；靥钸厡?dǎo)洞內(nèi)拱架及其背后空隙。根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，當(dāng)下導(dǎo)洞初支強(qiáng)度達(dá)到要求后，進(jìn)行中導(dǎo)洞中人工挖孔。

第四步：施工鋼管柱及回填灰土。上部中導(dǎo)洞內(nèi)施作頂縱梁，回填中導(dǎo)洞內(nèi)頂縱梁背后空隙。

第五步：主體①部分?jǐn)嗝婀安砍靶?dǎo)管注漿加固地層，開挖并施作永久及臨時支護(hù)；①部分土體開挖支護(hù)時，應(yīng)相互拉開一定距離，間距不小于8-10m。

第七步：拆除永久結(jié)構(gòu)斷面范圍內(nèi)剩余導(dǎo)洞結(jié)構(gòu)，向下開挖土體至中板下一定距離，鋪設(shè)邊墻防水層，及時施工站廳板及邊墻，站廳層封閉成環(huán)，預(yù)留邊墻鋼筋。

第六步：待主拱初支達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后，拆除中隔壁，拆除永久結(jié)構(gòu)斷面范圍內(nèi)局部導(dǎo)洞格柵鋼架，導(dǎo)洞格柵縱向拆除長度應(yīng)根據(jù)監(jiān)控量測嚴(yán)格控制,不應(yīng)大于10m。鋪設(shè)拱部防水層，澆筑拱部二襯。

第八步：繼續(xù)開挖土體到基底標(biāo)高,拆除永久結(jié)構(gòu)斷面范圍內(nèi)剩余下導(dǎo)洞結(jié)構(gòu)，樁間噴混凝土，回填橫條基與底板間空隙，施作底板墊層及底板、側(cè)墻防水層。澆筑底板及部分邊墻,預(yù)留邊墻鋼筋。

第九步：待底板達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度，鋪設(shè)側(cè)墻防水層，澆筑側(cè)墻混凝土與上層邊墻相接，結(jié)構(gòu)封閉。施作車站內(nèi)部結(jié)構(gòu)，車站土建施工完成。

三、扣拱和主體結(jié)構(gòu)施工方案總體部署

初支扣拱3個作業(yè)面同時進(jìn)行，車站明挖段為一個作業(yè)面，由車站明挖段向北側(cè)進(jìn)行初襯扣拱施工。DZ橫通道為兩個作業(yè)面，分別向南北兩側(cè)進(jìn)行初襯扣拱施工。DZ橫通道車站明挖段四、初支扣拱施工方案

1、初支扣拱施工順序初支扣拱分為三部分完成，邊樁冠梁、頂縱梁施工完成后進(jìn)行第一步扣拱施工，即上邊導(dǎo)洞內(nèi)和冠梁連接部分初支扣拱施工，完成后進(jìn)行邊導(dǎo)洞回填混凝土施工，然后進(jìn)行第二步扣拱施工，當(dāng)?shù)诙脚R時中隔壁成型8—10m后，可進(jìn)行第三步扣拱施工，直至扣拱施工完成。①②③560033002、初支扣拱馬頭門施工1）、車站明挖段初支扣拱馬頭門施工第一步初支扣拱完成后進(jìn)行第二、三步扣拱馬頭門施工，按照設(shè)計圖紙尺寸用紅漆畫出開挖輪廓線,鑿除格柵和雙排小導(dǎo)管位置車站明挖段橫通道初支混凝土，然后打設(shè)雙排φ32×3.25超前小導(dǎo)管，長度3米，外插角為2°,環(huán)向間距為300mm，噴射10cm混凝土封閉后注1:1水泥漿后割除格柵位置鋼筋嵌入第二步第一榀鋼格柵，安裝臨時中隔壁和臨時仰拱，前三榀鋼格柵按照設(shè)計進(jìn)行密排，當(dāng)?shù)诙娇酃笆┕ぶ?—10m后，按照同樣方法進(jìn)行第三步扣拱馬頭門施工。進(jìn)行第二步扣拱施工時要保證在中導(dǎo)洞兩側(cè)同時進(jìn)行，以保證扣拱時對整體暗挖段圍護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定（第三步同第二步）。2）、1號豎井DZ橫通道初支扣拱馬頭門施工DZ橫通道初支扣拱馬頭門施工與車站明挖段橫通道處施工工序相同，但在進(jìn)行第二步扣拱時橫通道南北兩側(cè)如圖所示順序進(jìn)行。第二步初支扣拱施工各導(dǎo)洞施工步距保證在8—10m，，當(dāng)?shù)诙剿袑?dǎo)洞完成8-10m后進(jìn)行第三步初支扣拱馬頭門施工。1號風(fēng)道①②③①②③①②③①②③頂縱梁馬頭門破除示意圖五、初襯扣拱與出入口、1號風(fēng)道接口施工方案出入口及1號風(fēng)道位置與車站扣拱接口處設(shè)置臨時附加暗梁，扣拱鋼筋直接錨入其中，臨時附加暗梁位于臨時附加暗梁1上方，空隙區(qū)域采用C20混凝土填充，保證初襯扣拱的穩(wěn)定性。

臨時附加暗梁（1000*1500）加強(qiáng)梁1(1100*700)導(dǎo)洞邊線導(dǎo)洞邊線出入口2、北端墻扣拱接口施工方案六、主體結(jié)構(gòu)施工方案1、頂板施工先施工中跨拱部二襯，再施工邊跨。采取縱向分段施工，每段7.5m。拱部襯砌模板支撐系統(tǒng)如下：定制曲面模板（肋板寬5cm，面板厚4mm）+型鋼（22號工字鋼）拱架龍骨+鋼管（Φ48×3.5）腳手架。為防止混凝土灌注對頂縱梁形成偏壓，在頂縱梁下部側(cè)面提前預(yù)埋鋼板設(shè)置拉桿和加塞鋼楔塊。灌注口設(shè)在拱部，端頭堵頭板埋設(shè)回填注漿管兼作排氣管，混凝土采用高性能免振商品混凝土，對稱澆注以免偏壓。型鋼骨架定型鋼模+腳手架支撐在施工二襯扣拱過程中，對初襯臨時中隔壁進(jìn)行跳段拆除，每段拆除距離為7.5米，拆除過程中加強(qiáng)監(jiān)控量測工作，如監(jiān)測數(shù)據(jù)超過境界值，則立即停止拆除工作，分析原因，采取加固措施后繼續(xù)進(jìn)行施工。②①③①②③④⑤⑥④④⑤⑥⑤⑥③②①2、土方施工土方開挖原則：“豎向分層、縱向分段、中間拉槽、隨挖隨噴”。a、根據(jù)本工程的特點及土質(zhì)情況，土方開挖擬采用單斗反鏟挖土機(jī)和人工結(jié)合的開挖方法。b、挖土?xí)r選用1臺小型反鏟挖掘機(jī)。c、基坑開挖程序及原則：測量放線→按線分層開挖→噴錨支護(hù)→修整邊坡→基底整平→留足預(yù)留土層→人工清理預(yù)留土層（中板位置）。d、土方縱向約20米進(jìn)行分段開挖，保證中板的分段施工距離。e、土方開挖工作面分為3個工作面，其中車站明挖段一個工作面，DZ導(dǎo)洞兩個工作面。3、中板施工中板采用地模施工。中板及中縱梁采用土模，方法是先挖土至中板底下12cm左右，并控制挖土標(biāo)高誤差小于2cm，整平壓實后澆注C10混凝土墊層，在找平層上放線，按中縱梁的位置挖出梁的土模，靠土側(cè)砌12cm厚磚墻。在土模表面刷脫模劑1～2遍。土模示意圖。側(cè)墻位置按主筋連接接頭要求長度尺寸局部挖深，一般多挖1m左右的深土然后用砂回填，側(cè)墻的豎向主筋向下插入砂坑槽內(nèi)，滿足下層