暗挖施工工艺交流pba冶金矿山地质工程科技专业资料 74页

一、 PBA 暗挖车站施工技术概述 PBA （ Pile 柱、 Beam 梁、 Arch 拱）工法又称为“洞桩法” , 工法的主要原理为利用小导洞和桩体支护技术在对底层不产生大的扰动的情况下，在地下形成梁、柱、拱的纵向支撑体系，支撑体系形成后，即可进行全面的纵横向框架空间支撑体系，在支撑体系的保护下可安全的分层、分段开挖，它的特点是把成熟的施工工法（小导洞、边桩、纵横梁、扣拱）进行有序组合，形成的一种新的工法。 PBA 暗挖法逆作法施工工艺特点： 优点 : （ 1 ）通过导洞、边桩、钢管柱、临时中隔壁将暗挖车站初支双连拱分割为约 3m 跨度的若干个小断面洞室（一般为 6 个以上），并加强支护，施工安全和沉降量控制大大提高。 （ 2 ）初支扣拱完成后，进行二衬扣拱施工工序，拱部较早的形成了稳定受力体系，在结构安全提高的同时，沉降量也得到有效的控制。 （ 3 ）较其他大跨度暗挖施工工艺（如中洞法、 CRD 法），拆除部分较少，结构受力转换更合理，安全性、经济性较高。 （ 4 ）边桩采用挖孔灌注桩围护结构，增强了整体暗挖初期支护体系侧面和顶部的受力能力，从而提高对顶部管线、建筑物和周边建筑物的保护能力。 缺点 : （ 1 ）工序转换复杂，各个工序的衔接和组织要求较高，工期较长。 （ 2 ）将大跨度结构分割为小断面的洞室是把“双刃剑”，如在暗挖施工过程中对各个过程的连接接控制不到位或方法不当会增加塌方的危险、二次或多次沉降较大的问题。 （ 3 ）结构施工缝较多，防水及施工缝处理要求高，处理不当易形成渗漏。 1 、工程概况 沈阳地铁二号线 SG9 标位于沈阳市青年大街与西滨河路交叉口处，工程包含一站一区间，青年公园车站采用明挖与 PBA 暗挖法施工，主体结构为双层双跨 12m 岛式站台车站，主体结构总长 169.1m ，设 3 个出入口、两处风亭、一部直升电梯、一个疏散通道。青年公园站～工业展览馆站区间长度为 1122.7m ，采用盾构法施工。 合同总造价为 18931.3 万元 , 扣除预留金费用外，有效合同价为 17284.47 万元。 2007 年 12 月 3 日中标， 2008 年 4 月 15 日开工。 二、项目概况 车站暗挖段 车站明挖段 2 号出入口 1 号风道 3 号出入口 1 号出入口 2 号风道 疏散通道 1 号竖井 DZ 导洞 青年公园车站平面图 青 — 工盾构区间 车站 明挖段 2 号风道 1 号出入口 车站暗挖段 一号竖井 竖 井 1 # 暗 挖 风 道 3# 暗挖出入口 3m 车站暗挖主体 2# 出入口 1# 风道 2 、地质情况 场地地基土主要由第四系全新统和更新统粘性土、砂类土及碎石类土组成。地层划分主要考虑成因、时代以及岩性，划分依据根据野外原始编录、土工试验结果，同时参照原位测试指标的变化。自上而下依次描述如下： 主要为沙层、卵石层，内聚力为 —0 。 层位 岩性 厚度（ m ） 层底埋深（ m ） 层底标高（ m ） ① 杂填土 0.20 ～ 8.00 0.20 ～ 8.00 37.34 ～ 42.05 ②-2 粉细砂 1.50 ～ 2.00 1.50 ～ 2.00 36.51 ～ 36.81 ③-1 粉质粘土 1.30 1.80 40.33 ③-3 中粗砂 0.60 ～ 4.50 3.00 ～ 6.40 35.70 ～ 39.55 ③-4 砾砂 7.00 ～ 17.80 12.50 ～ 20.80 20.85 ～ 33.74 ③-4-1 粉质粘土 0.30 ～ 0.80 9.50 ～ 11.80 30.70 ～ 33.04 ③-4-3 中粗砂 1.40 12.00 30.48 ③-4-5 圆砾 1.20 ～ 5.80 6.00 ～ 10.50 30.11 ～ 36.35 ④-4 砾砂 2.70 15.70 26.32 ⑤-1 粉质粘土 0.30 ～ 2.00 15.30 ～ 21.00 20.55 ～ 33.44 ⑤-3 中粗砂 0.30 ～ 5.70 15.00 ～ 21.50 20.59 ～ 27.74 ⑤-4 砾砂 14.20 ～ 25.50 34.00 ～ 42.50 -0.80 ～ 8.71 ⑤-4-1 粉质粘土 0.60 2.70 15.23 ⑤-4-3 中粗砂 1.00 ～ 2.10 20.00 ～ 30.20 12.03 ～ 18.51 ⑦-1 泥砾 4.60 ～ 12.00 40.60 ～ 49.00 -6.87 ～ 1.72 ⑦-2 泥砾 最大揭露厚度（ m ） 层顶埋深（ m ） 层顶标高（ m ） 11.80 40.60 ～ 49.00 -6.87 ～ 1.72 3 、水文地质情况 车站明挖段处于南运河的青年湖内，水位标高约 40.00 ，湖底岩性 0 ～ 4.5m 主要为淤泥混砂类土。湖水水位一年有两次突升，一次在 5 月初因大伙房水库大量放水；另一次出现在 7 月末至 8 月初的主汛期，此时达到最高水位； 9 月下旬至翌年 4 月末，水位最低。 地下水位在勘察期间水位埋深 5.50m ～ 12.08m ，因地上水位变化的影响，地下水位年变幅约 2 米。 青年湖为南运河的中间一段，水域面积约 0.5km2 ，经查地下水与湖水垂向不连通，但湖水有侧向渗漏。 4 、项目风险源管理 车站暗挖段和 1 号风道位于青年大街正下方，地下管线复杂，需通过的压力管线共计 8 条，是项目的主要风险源控制点。项目针对管线安全防治措施，召开专家评审会议，按照专家意见落对风险源管线措施进行落实，已全部安全通过。 管道 类型 管道 名称 管径 (mm) 距暗挖 拱顶 距离（ m) 材质 修建 年代 流量 备注 1 雨、污水 HS DN1750 1750 3.16 混凝土 1999 0.5m 3 /s 2 雨、污水 HS DN1200 1200 3.51 混凝土 1980 0.2m 3 /s 3 雨、污水 HS DN700 700 4.95 混凝土 1960 4 雨、污水 HS DN1200 1200 4.71 混凝土 1955 6 雨、污水 HS DN700 700 3.1 混凝土 1960 0.25m 3 /s 7 燃气 MQ DN300 ( 低压） 300 3.82 铸铁 1970 8 燃气 MQ DN300 ( 中压） 300 5.55 铸铁 1970 9 自来水 JS DN200 200 5.9 铸铁 1970 沈阳地铁二号线青年公园站风险源管线 雨污水、压力管线平面图 1 号 DN1750 雨、污水管线 2 号 DN1200 雨、污水管线 3 号 DN700 雨、污水管线 4 号 DN1200 雨、污水管线 5 号 DN700 雨、污水管线 6 号低压燃气 7 号中压燃气 8 号自来水 车站暗挖段地下管线剖面图 1.6 米 4.7 米 4 号 φ1200 雨污管线 5.9 米 8 号 φ200 自来水 1.5 米 车站暗挖段上导洞拱顶线 7 号 φ300 煤气 5.5 米 1.4 米 5.3 米 4.7 米 青年大街站方向 工业展览馆站方向 1.5 米 1.6 米 3 号 Φ700 雨污管线 2 米 2 号 Φ1200 雨污管线 青年大街 3 米 1 号 Φ1750 雨污管线 三、分部分项工程施工技术交流 一）、降水施工 沙砾层渗透系数达到 85m/d( 最大位置为 120 m/d ) 。现场观察情况：停水一小时，现场水位上升；抽水一小时，水位下降。深井点对沙砾层降水效果显著！ 1 、 原降水设计方案简介（ 4160 延米）。 沈阳地铁二号线青年公园车站原降水设计参考了沈阳地铁一号线的 “小井深、小间距” 降水设计理念，青年公园车站主体和附属降水共设计 130 眼降水井，降水井间距 6 ～ 7 米，平均井深 32 米 2 、 实际降水设计方案简介（ 2394 延米） 沈阳地铁二号线青年公园车站由于地理位置和地质条件不同于沈阳地铁一号线，经过经济技术方案比选和专家论证，在实际降水设计中采用“大间距、深井井点降水”的设计理念，将降水井数量减少至 57 眼，降水井间距 15 ～ 20 米，平均井深 42 米。实际降水设计方案避免了占用青年大街主干道施工降水井和排水管线，减少了降水井数量和降水施工成本，达到了设计要求的降水水位控制在结构下 1m 的要求，保证了青年公园车站明挖和 PBA 暗挖施工的顺利实施。 二）、导洞施工（暗挖施工） 暗挖施工“十八字”施工原则：管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测！ 遵守原则，不拘泥于原则！根据现场地质情况确定暗挖参数！ 1 、浆液选择 小导管注浆材料及配合比根据调查不同地质情况和要求主要采用以下几种： （ 1 ）改性水玻璃浆：配合比为硫酸：水玻璃 =1∶1.8 ～ 1∶2.2 ， PH=3.1 ～ 3.5 。主要适用于无水的粉细砂层。 青年公园暗挖地层主要以中粗砂和砂砾为主，由于改性水玻璃浆液价格较高，虽然可以满足注浆效果，但性价比低。同时，改性水玻璃浆液操作要求高，有一定的安全风险。 （ 2 ）纯水泥浆：原材料为掺入 10% 微膨胀剂的普通水泥，水灰比 0.45 ～ 0.6 。主要适用于中粗砂层和砂卵石层。 经过试验后证明，水泥浆液在水灰比为 1:0.5 的配合比下，注浆半径能够满足要求，固结体强度满足超前支护要求，但由于其凝固时间较长，影响暗挖施工工序时间，可作为马头门施工双排小导管注浆浆液。 （ 3 ）水泥 - 水玻璃双液浆：水泥采用 Po32.5R 普通硅酸盐水泥，水玻璃为 35°Be' 。水泥浆液与水玻璃体积比为 1∶1 。主要适用于细砂、粉砂、粉土层及带水的砂层。 经过试验后证明，水泥浆液在水灰比为 1:0.8 ，水泥浆与水玻璃体积比为 1 ： 1 的配合比下，水泥 - 水玻璃双液浆扩散半径为 160mm ，注浆半径能够满足要求，固结体强度满足超前支护要求，但由于凝固时间较短，施工中要注意注浆时间的控制，防止堵管，水泥 - 水玻璃双液浆能够在砂层含水的状态下施工，可做为超前小导管注浆浆液。 （ 4 ）水泥 - 液体固砂剂双液浆：水泥采用 Po32.5R 普通硅酸盐水泥，水泥浆液与固沙液体积比为 1∶1~3:1 。主要适用于中粗砂层、砂砾层、砂卵石层及带水的砂层。 经过试验后证明，水泥浆液在水灰比为 1:1 ，水泥浆与液体固砂剂体积比为 3 ： 1 的配合比下，水泥 - 液体固砂剂双液浆扩散半径为 165mm ，注浆半径能够满足要求，固结体强度满足超前支护要求，使用牛角泵注浆操作方便、 30 秒即可完成注浆，且浆液能够在砂层含水的状态下施工，可做为超前小导管注浆浆液。 水泥 - 固沙液双液浆较水泥 - 水玻璃双液浆具有单价低，施工机具简单，操作方便、注浆时间短的优点，同时和水泥 - 水玻璃双液浆同样具备砂层含水的状态下施工的特点。因此选择水泥 - 液体固砂剂双液浆作为暗挖施工超前注浆浆液。 4 、青年公园车站主要施工工序 该方法利用车站明挖段和 1# 竖井 DZ 横通道平行施工上下层小导洞，在上层小导洞内施工钻孔灌注桩和钢管柱，边桩作为车站围护结构临时挡土结构， 然后施工初支扣拱和二衬扣拱，边桩、钢管柱初支、拱和二衬扣拱共同组成车站拱部的支撑体系，然后在拱桩柱支护结构下开挖车站主体空间，自上而下施作车站楼板、柱和侧墙等永久结构。 附车站暗挖段施工顺序图： 3 、车站暗挖段 PBA 逆作法施工顺序 第一步：施工导洞开挖、支护。导洞开挖时先开挖下部导洞一段 距离后，再开挖上部导洞，先开挖边导洞再开挖中导洞。每个施工口施工到结构分界里程线就开始下导洞之间横通道施作。 车站暗挖 A 型临时导洞开挖 第三步：施工边导洞内主体拱部格栅钢架拱脚，纵向间距 0.5m ，并立模回填边导洞内拱架及其背后空隙。根据监测结果，当下导洞初支强度达到要求后，进行中导洞中人工挖孔。 第四步：施工钢管柱及回填灰土。上部中导洞内施作顶纵梁，回填中导洞内顶纵梁背后空隙。 第五步：主体 ①部分断面拱部超前小导管注浆加固地层，开挖并施作永久及临时支护； ① 部分土体开挖支护时，应相互拉开一定距离，间距不小于 8-10m 。 第七步：拆除永久结构断面范围内剩余导洞结构，向下开挖土体至中板下一定距离，铺设边墙防水层，及时施工站厅板及边墙，站厅层封闭成环，预留边墙钢筋。 第六步：待主拱初支达到设计强度后，拆除中隔壁，拆除永久结构断面范围内局部导洞格栅钢架，导洞格栅纵向拆除长度应根据监控量测严格控制 , 不应大于 10m 。铺设拱部防水层，浇筑拱部二衬。 第八步：继续开挖土体到基底标高 , 拆除永久结构断面范围内剩余下导洞结构，桩间喷混凝土，回填横条基与底板间空隙，施作底板垫层及底板、侧墙防水层。浇筑底板及部分边墙 , 预留边墙钢筋。 第九步：待底板达到设计强度，铺设侧墙防水层，浇筑侧墙混凝土与上层边墙相接，结构封闭。施作车站内部结构，车站土建施工完成。 三、扣拱和主体结构施工方案总体部署 初支扣拱 3 个作业面同时进行，车站明挖段为一个作业面，由车站明挖段向北侧进行初衬扣拱施工。 DZ 横通道为两个作业面，分别向南北两侧进行初衬扣拱施工。 DZ 横通道 车站明挖段 四、初支扣拱施工方案 1 、初支扣拱施工顺序 初支扣拱分为三部分完成，边桩冠梁、顶纵梁施工完成后进行第一步扣拱施工，即上边导洞内和冠梁连接部分初支扣拱施工，完成后进行边导洞回填混凝土施工，然后进行第二步扣拱施工，当第二步临时中隔壁成型 8—10m 后，可进行第三步扣拱施工，直至扣拱施工完成。 ① ② ③ 5600 3300 2 、初支扣拱马头门施工 1 ）、车站明挖段初支扣拱马头门施工 第一步初支扣拱完成后进行第二、三步扣拱马头门施工，按照设计图纸尺寸用红漆画出开挖轮廓线 , 凿除格栅和双排小导管位置车站明挖段横通道初支混凝土，然后打设双排 φ32×3.25 超前小导管，长度 3 米，外插角为 2°, 环向间距为 300mm ，喷射 10cm 混凝土封闭后注 1:1 水泥浆后割除格栅位置钢筋嵌入第二步第一榀钢格栅，安装临时中隔壁和临时仰拱，前三榀钢格栅按照设计进行密排，当第二步扣拱施工至 8 — 10m 后，按照同样方法进行第三步扣拱马头门施工。进行第二步扣拱施工时要保证在中导洞两侧同时进行，以保证扣拱时对整体暗挖段围护结构的稳定（第三步同第二步）。 2 ）、 1 号竖井 DZ 横通道初支扣拱马头门施工 DZ 横通道初支扣拱马头门施工与车站明挖段横通道处施工工序相同，但在进行第二步扣拱时横通道南北两侧如图所示顺序进行。第二步初支扣拱施工各导洞施工步距保证在 8 — 10m ，，当第二步所有导洞完成 8-10m 后进行第三步初支扣拱马头门施工。 1 号风道 ① ② ③ ① ② ③ ① ② ③ ① ② ③ 顶 纵 梁 马头门破除示意图 五、初衬扣拱与出入口、 1 号风道接口施工方案 出入口及 1 号风道位置与车站扣拱接口处设置临时附加暗梁，扣拱钢筋直接锚入其中，临时附加暗梁位于临时附加暗梁 1 上方，空隙区域采用 C20 混凝土填充，保证初衬扣拱的稳定性。 临时附加暗梁（ 1000*1500 ） 加强梁 1(1100*700) 导洞边线 导洞边线 出 入 口 2 、北端墙扣拱接口施工方案 六、主体结构施工方案 1 、顶板施工 先施工中跨拱部二衬，再施工边跨。采取纵向分段施工，每段 7.5m 。拱部衬砌模板支撑系统如下：定制曲面模板（肋板宽 5cm ，面板厚 4mm ） + 型钢（ 22 号工字钢）拱架龙骨 + 钢管（ Φ48×3.5 ）脚手架。为防止混凝土灌注对顶纵梁形成偏压，在顶纵梁下部侧面提前预埋钢板设置拉杆和加塞钢楔块。灌注口设在拱部，端头堵头板埋设回填注浆管兼作排气管，混凝土采用高性能免振商品混凝土，对称浇注以免偏压。 型钢骨架 定型钢模 + 脚手架支撑 在施工二衬扣拱过程中，对初衬临时中隔壁进行跳段拆除，每段拆除距离为 7.5 米，拆除过程中加强监控量测工作，如监测数据超过境界值，则立即停止拆除工作， 分析原因，采取加固措施后继续进行施工。 ② ① ③ ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ④ ④ ⑤ ⑥ ⑤ ⑥ ③ ② ① 2 、土方施工 土方开挖原则：“竖向分层、纵向分段、中间拉槽、随挖随喷”。 a 、根据本工程的特点及土质情况，土方开挖拟采用单斗反铲挖土机和人工结合的开挖方法。 b 、挖土时选用 1 台小型反铲挖掘机。 c 、基坑开挖程序及原则：测量放线→按线分层开挖→喷锚支护→修整边坡→基底整平→留足预留土层→人工清理预留土层（中板位置）。 d 、土方纵向约 20 米进行分段开挖，保证中板的分段施工距离。 e 、土方开挖工作面分为 3 个工作面，其中车站明挖段一个工作面， DZ 导洞两个工作面。 3 、中板施工 中板采用地模施工。 中板及中纵梁采用土模，方法是先挖土至中板底下 12cm 左右，并控制挖土标高误差小于 2cm ，整平压实后浇注 C10 混凝土垫层，在找平层上放线，按中纵梁的位置挖出梁的土模，靠土侧砌 12cm 厚砖墙。在土模表面刷脱模剂 1 ～ 2 遍。土模示意图。 侧墙位置按主筋连接接头要求长度尺寸局部挖深，一般多挖 1m 左右的深土然后用砂回填，侧墙的竖向主筋向下插入砂坑槽内，满足下层侧墙竖向主筋机械连接尺寸要求。在施工下层侧墙时，其竖向主筋与上层预留插筋对齐采用机械接头连接，使得上下层钢筋始终保持垂直一致。 4 、 侧墙施工 （ 1 ）墙板模板固定，预先在基础地板面留设短工钢作为模板支撑支承点。衬砌模板采用钢模板、型钢背衬及型钢支撑的组合体系边墙钢模板采用 P6015 。次钢楞（横龙骨）采用［ 100×50×3.0 冷弯槽钢，间距 0.5m ，主钢楞（竖龙骨）采用 2 ［ 100×50×3.0 冷弯槽钢对焊制成，间距 0.5m 。斜撑采用 2 ［ 12 槽钢对焊制成。 （ 2 ）模板施工时，在侧向堵头模板顶设灌注口，并埋设回填注浆管兼作排气管，注浆嘴竖贴上层混凝土底面与墙的竖筋焊牢固定。混凝土采用商品混凝土。对于逆筑法混凝土浇注形成的 “ 反缝 ” ，采取在接缝处加塑料注浆管，待混凝土浇注完成未终凝前注水泥浆填充；另外待二次浇注混凝土达到设计强度后，利用已埋设注浆管，进行以环氧树脂为主要成分的高压注浆，使上下混凝土粘结成整体。经高压注浆后，浆液不仅注满水平施工缝隙，而且从上下层混凝土的裂隙毛细孔冒出来，则表明注浆处理成功。 七、 防水工程施工 1 、顶板及中板防水接头的保护 结构采用厚度为 2mm 的 ECB 防水板进行全包防水处理，缓冲层材料采用单位重量为 400g/m2 的无纺布。 2 、顶纵梁防水接头施工方案 顶 纵 梁 沙袋填充 C20 回填砼 模板 防水预留 0.5 米接头 防水施工的经验介绍： 必要条件：防水施工时按照规范要求进行防水施工。 1 、尽量在防水施工工序中减少防水接头。 2 、防水的成品保护。 3 、预留防水接头的保护。 2 号风道底板防水 暗挖段站台层侧墙防水 本项目的实施，为我单位在地铁施工特别是暗挖施工中积累了丰富的经验，开拓了新的领域，锻炼了施工技术队伍，为提高企业的知名度和占领地铁市场份额奠定了基础。