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洞桩法施工技术
一、 洞桩法施工方法简介
修建浅埋暗挖大跨度地铁车站选择合理、安全、可靠的施工方法至关重要。在修建北京地铁王府井车站时，遇到了砂类土层、地下水丰富等不良因素，首次采用了洞桩法，即是利用水位线以上的地层开设小导洞，在小导洞内施工钻孔桩，然后经过一系列的受力转换来实现三拱两柱结构。
1、 工程实例王府井站简介
北京地铁“复—八”王府井站位于东长安街与王府井大街交叉路口东长安街下面，车站全长为241.40m，净宽24.4m，总高度14.22m，16m岛式站台。覆土层厚6～7m。

2、 施工程序框图
施工从总体上可分为竖井、横通道及车站主体（不含出入口、风道）。

竖井施工
横通道施工
小导洞施工
钻孔桩施工
桩顶纵梁施工
横通道与正洞立体交叉结构施工
上弧掘进施工
土方开挖施工
基底封闭施工
防水衬砌施工
中孔上弧掘进施工
中孔防水衬砌及其它施工

3、 暗挖桩柱法施工步骤
序号
示意图
主要施工步骤说明
1

在车站上半断面的无水地层，分南、中、北开挖桩柱作业导洞，导洞采用小导管注浆固结地层和格栅喷砼。导洞为4米宽，5米高。
2

南北导洞内施工边墙直径为600的护壁桩，间距为1米，中导洞施工直径为1250的中桩柱，间距为3米。
3

施作桩、柱顶纵梁，连接桩、柱顶端，并预埋边、中孔的初期支护格栅。
4

模筑边、中孔预埋格栅砼，导洞内回填砼。在横通道处打设第一排大管棚，开挖边孔上弧，格栅与边、中孔预埋格栅连接，喷射砼。
序号
示意图
主要施工步骤说明
5

上弧开挖完毕后，南、北边孔各下一台挖掘机，进行机械开挖下弧土方，并辅助架设由两根28槽钢组成的第一道钢支撑，间距为3米。
6

继续向下开挖，即时架设由两根50工字钢组成的第二道钢支撑，间距为6米，然后开挖到底，而后进行接地和底板垫层施工。
7

1、 施作底板防水层
2、 进行底板、底梁施工
8

1、 拆除第二道钢支撑
2、 施作边墙防水层及边墙衬砌
3、 第二道钢支撑换撑至边墙处
4、 施作第一节钢管柱及浇注砼

序号
示意图
主要施工步骤说明
9

1、 施作车站中层板及中纵梁
2、 在临时中柱位置，预留孔洞和预留板的搭接钢筋
3、 架设第二节钢管柱及浇注砼
10

1、 施作上边墙防水层和上边墙二次衬砌
2、 施作钢管柱顶纵梁
3、 施作边孔拱部防水层及二次衬砌
11

1、 开挖中孔拱部土体，施作初期支护
2、 破除临时中间柱和中孔顶纵梁
12

1、 施作中孔拱部二次衬砌
2、 施作站台板及整体道床
3、 完成车站全部结构

二、 洞桩法施工的主要施工程序及每道施工程序的施工工艺
1、 竖井及横通道施工：
横通道与正洞立体交叉结构

中孔打4根桩，桩顶设承台，类似4根桩及边墙支承坡屋顶，横通道处留弧型门进料，东南风道处设钢支撑，预留柱、承台后破除。
其优点有4条：施工简单，工期短；破除量小；施工交通、通风条件好；下步工序做中层板边拱比较容易。
2、 小导洞施工
小导洞是为桩柱施工开辟作业面而设，洞净宽4米，净高5米，初期支护0.3米，分南、北、中三孔。
为保证横通道的安全，在开口处设置封闭的钢筋砼加强环，以承受开口处拱顶的土压力。
小导洞采用上下台阶法施工，上、下台阶高均为2.5米，上、下台阶相距3～5米，每次开挖0.5米，架立一榀格栅，上弧掌子面留1米见方的核心土并封闭掌子面。下掌子面按10：1放坡，并封闭掌子面。
Φ42小导管沿导洞上部周边布置，间距3根/米，长2.5米，搭接1米，开挖有效长度为1.5米，小导管周边钻Φ10圆孔并注水玻璃浆液加固地层。
三个小导洞之间要留联通道，根据小导洞的长度、施工围护桩钻机的数量、工期和围护桩砼、钢筋笼的运输线路，一般除横通道和端洞外，小导洞中部至少要留一个以上联通道。
3、 围护桩及顶纵梁施工
施工程序：在原导洞底板砼上开口—埋设护筒—钻机就位—钻孔—清孔验收—下钢筋笼及导管—灌注水下混凝土。
开口及埋设护筒：经专业测量人员施测定位并放出护桩后用风镐破除原导洞底部钢筋砼，开挖尺寸合格后埋入钢护筒（护筒ф=1400mm，δ=10mm，L=1500mm），护筒外回填粘土、分层夯实，护筒高出地面10cm。也可以采用15cm厚现浇砼护筒，这样护筒可以连续施工，以提高施工进度，避免钢护筒拔不上来。
钻机就位：钻机顺序为隔孔施钻，防止邻孔新灌砼受强力振动而破坏。钻头要严格对位，误差要小于10mm。钻架支撑牢固，不允许摆动、产生偏斜。钻机选用62-22改进型冲击反循环钻机，钻头为专用配套笼式钻头。
钻孔：钻孔前，应将护筒内泥浆调至适当稠度，开孔时钻头对准孔中心，采用紧大绳、小冲程、不间断冲击，以确保开孔垂直、圆顺，待钻头冲击平稳后再加大冲程，连续冲凿。造孔作业时，严格操作，经常检查、测孔，按规定取样；及时补水、投泥，保持浆面标高及适当的稠度，以防出现掉钻、卡钻、塌孔、斜孔等故障。
护壁泥浆及钻碴处理：。造孔用泥浆采用孔内填粘土，利用冲击钻头的往复冲击作用进行造浆。反循环钻头中间设有ф120mm抽浆管，并配套砂石泵，边钻边抽泥浆，抽出的含碴泥浆采用JHB-100改进型泥浆净化处理机进行分离，净化后立即返回孔内，不间断循环，废碴集中排除洞外。
清孔：钻孔深度达到设计标高后，立即进行清孔，清孔采用与钻机配套的抽浆管、砂石泵将孔底淤积物直接抽至泥浆净化处理机进行分离净化，泥浆稠度为1.05、粘度为19S、含砂率小于4%、沉渣厚度小于30cm后为清孔合格。
钢筋笼的制作与安装：钢筋笼在地面按每节3.3m长加工，主要接头错开50%。错开长度35d。下钢筋笼时，采用钻架吊装，上、下钢筋接头密贴后，焊接10d（焊缝按规范要求）。接头所有钢筋焊接完毕，经现场技术人员检查合格后，再继续下一循环的操作。
下导管、浇注水下砼：。各节导管的连接应牢固、紧密，导管放入孔内必须垂直，导管底标高控制在距桩底0.4m处。砼采用拌合，输送泵配合输送管直接将砼送入料斗。首盘应拌合一定数量的高标号砂浆，以免堵塞砼输送管。第一次灌注砼数量应经计算，确保钻孔桩内的砼埋住导管下口0.3m以上。灌注采用球内胎法排除导管内泥水。浇注过程中应经常测量砼面的标高，使导管保持埋入砼深度1.5-0.8m，核对砼面的上升速度与实际浇注砼量是否一致。浇注应连续施工，不得中断，发现问题及时分析原因，采取相应的措施。最后取出钢护筒，清除桩顶表面泥浆。
南、北、中孔各安排一个钻孔桩施工队。南、北孔各布置4套钻机，每个队60人，三班倒作业，主要工作内容包括埋设护筒、钻机就位，钻孔，下钢筋笼、灌注砼等，每个队平均每天完成一根桩。中孔布置2套钻机，40人，三班倒作业，平均2天完成一根桩。钻孔桩施工工期270天。
4、 土方开挖施工
上弧采用人工开挖，手推车运输。下弧采用挖掘机分两步进行开挖，顺序由西向东，采用矿斗车运输，设斜坡道卷机牵引。边挖边进行边墙支护、架立钢支撑。在开挖过程中，地层中部分剩余地下水顺边墙流出，处理方法：a）挖深坑抽水；b）在边墙渗水处理ф15mm塑料软管引流，并在该处基底以下设ф50cm深2m滤井；c）渗水量较小处采用网喷砼封堵。
边墙支护：沿边墙设ф14、间距0.7×0.7m钢筋骨架并焊在护壁桩上凿出的主筋上，然后挂ф4、间距0.1×0.1m的钢筋网，喷10cm厚砼进行护壁，以防止桩与桩之间的土体掉落，并为下一步的防水层施作提供整齐的基面。另外，上部每隔3m，下部每隔6m设两排临时钢支撑，钢支撑端部在钻孔上用冲击钻打眼，每处锚两排（4根）ф28钢筋固定钢支撑（支撑截面通过计算确定）。
封端墙施工：车站东、西端宽24.4m，高14.22m，在施工钻孔桩之前，就要考虑封端墙的施工方法。
采用封端桩法施工，即先在端部南北开设小导洞，在小导洞内施工钻孔桩，在桩顶设横梁，横梁与南、中、北桩顶纵梁联成整体。梁上部内侧设30cm厚钢筋砼墙，墙外进行导洞回填。土方开挖后，钻孔桩表面挂网喷5-10cm厚C20砼进行封闭。此法主要由钻孔桩抵抗土体侧压力，由桩顶将侧压力传到横梁，再由横梁传到南、中、北孔桩顶纵梁上，结构安全可靠。
施工顺序：①施工端部小导洞；②施工钻孔桩；③施工横梁；④施工横梁上部封端墙；⑤导洞回填；⑥开挖土方，网喷砼封闭端墙土体；⑦施作端墙防水、二衬，做法同主体。
5、 防水层及二次衬砌施工
结构外侧施做ECB柔性防水层，从下至上分别施工底板、边墙、下层钢管柱、中层板、上层钢管柱、顶纵梁和边拱。在施工边墙之前，第二道钢支撑割掉1米，边墙施工完毕后恢复第二道钢支撑。在中层板施工完毕后，拆除第一道钢支撑。底板、中层板遇到中桩处进行预留。

二次衬砌边墙采用钢三角支撑支撑体系，木胶板模板。上层边墙和拱部采用整体简易钢拱架，异型曲线钢板，一次成型。最后一榀拱架不拆除，确保接缝圆顺。
6、 中孔挑高施工
边拱与中拱交界处位置低，又是二衬的接缝处，其作业面狭窄，施工难度大，特别是破除初期支护时极易损坏防水板，引起渗漏。
施工方法是在该处4m范围内铺两层ECB防水板（施工边拱时预留1.0m宽搭接长度）。在防水板上铺1.0m宽、3mm厚石棉板，在石棉板上铺张0.5m宽、1.2mm厚钢板两块（钢板搭接0.1m，靠近中拱一侧的钢板在上，便于拆除）。在防水板下面砼伸出ф22钢筋接头。在钢筋头上套塑料帽，以防扎破防水板。用此法在初期支护破除时，保护防水板接头。
中孔上弧掘进采用小导管注浆后进行开挖，格栅网喷砼支护。架设中孔钢支撑。破除初期支护及中桩，在中拱与边拱初期支护连接处，两侧埋设注浆管，进行初期支护背后注浆，严格控制地表下沉。

三、 洞桩法施工的主要机具设备
序号
名称
规格型号
数量
序号
名称
规格型号
数量
1
竖井提升架
自制
1座
13
砼输送泵
10m3/h
2台
2
空气压缩机
20m3/min
4台
14
履带式挖掘机
1.0m3
2台
3
喷射砼机
HPZV—5
10台
15
卷扬机
双筒快速3t
2台
4
注浆机
ZJGZ-60
3台
16
轮胎式装载机
1.5m3
1台
5
交流电焊机
30KVA
12台
17
轴流式通风机
30KW
2台
6
钢筋切断机
Φ40mm
6台
18
边墙大模板
12m自制
2套
7
弯筋机
Φ40mm
6台
19
中层板模架
24m自制
3套
8
冲击式钻机
62-22
10台
20
边拱模架
12m自制
4套
9
泥浆净化机
JBH-100
10台
21
中拱模架
12m自制
2套
10
砂石泵
Φ120mm
10台
22
管棚钻机
882型
4套
11
电动多级清水泵
Φ50mm
2台
23
插入式振捣器
2N-50
20台
12
导管、料斗等水下砼设备
自制
3套
24

四、 施工中易出现的问题及处理措施
1、 桩顶纵梁预埋格栅位置控制

小导洞内预埋的格栅是大弧初期支护重要部分，如果预埋的位置不准确，一方面影响到大弧拱部间距，另一方面降低了大弧初期支护承受压能力。采用Φ42钢管控制连接端的位置。沿小导洞方向布置一排Φ42钢管，由于大管棚施工需要大弧断面局部抬高，钢管并不在同一标高上，在小导洞的边墙壁上凿孔埋设钢筋，控制钢管标高，通过经纬仪控制钢管在一个纵断面上，然后分别在钢管和纵梁钢筋上画出每榀格栅断面的位置，与格栅焊接牢固，固定钢格栅。
2、 大弧挑高段控制：

如果大管棚采用分段施工，在小导洞预埋格栅和大弧开挖格栅架设时，都要提前考虑大弧断面分段挑高。在斜面段格栅统一按最大断面加工，中间采用焊接连接。如采用土星系列钻机施工大管棚，挑高可考虑为0.7米。
3、 土方开挖及残留水的处理
上弧土方开挖由于空间限制采用人工开挖，下弧土方开挖采用机械开挖，在竖井和横通道施工时，考虑所需挖掘机净空尺寸。挖掘机采用100吨的吊车下放和提升。两侧大弧各放一台挖掘机，根据地下通风条件，考虑采用有轨和无轨运输。
在土方开挖过程中，如渗水层下面为不渗水层在渗水层中可能有残留水流出，如不渗水层厚度较薄，可考虑挖渗井穿透不渗水层，使残留水通过排水沟流向渗水井，排至渗水层，再由地面降水井排出。如渗水层过厚可采用挖掘机挖集水坑，通过水泵集中排水。
4、 钢管柱架设：
钢管柱架设要控制好两个方面，一是钢管柱的水平位置，另一是钢管柱的垂直度。
钢管柱水平位置预埋钢板通过定位锚固螺杆控制，采用测量仪器定准钢管柱水平位置，通过焊接把预埋钢板固定在底梁钢筋上。
钢管柱垂直度采用两个大力磁性垂球控制两个垂直方向。把两个5米长垂线的大力磁性垂球靠其自身吸铁石吸在钢管柱相互垂直的两面侧壁上，精测垂线与钢管柱的距离，采用两台小型挎顶不断调整钢管柱底端，使垂线上下端距钢管柱的距离相等，即钢管柱垂直与水平面。
5、 中桩破除施工：
采用风镐破除Φ1250中柱，效率极低。可考虑采用风镐凿出中柱钢筋笼的箍筋，气割烧断。然后风枪打眼，装入膨胀剂，进行静态破碎。
6、 车站主体与出入口、风道交叉处结构施工

采用平板跨越法施工，即在施工顶板纵梁、预埋格栅、导洞回填时，将出入口结构宽度预留（仅在预留处桩顶做0.3m高的纵梁），提前施工出入口二衬顶板，靠二衬顶板来支承上部荷载。在导洞外侧出入口外轮廓线打管注浆以利下步开挖。顶板两端各加长2.0m，坐落在两端的桩顶纵梁支座上，板底跨度内适当设钢支撑。顶板与拱、边墙接茬处预留甩筋顶板外侧周边及支座处应采用EVA柔性防水卷材全封闭，接茬处预留0.5-1.0m宽。顶板防水层上部内侧预埋短格栅、外侧绑扎1.0×1.0m圈梁钢筋、回填C20砼，通过短格栅来连接并支承上弧拱脚的压力，通过圈梁钢筋砼将开挖出入口后上弧产生的侧压力传递到支座上，以保持结构的稳定。待车站主体防水、二衬及出入口开挖完毕后施工出入口底板、边墙。
施工顺序：①导洞外侧打小导管、注浆；②施工桩顶纵梁及支座；③支座及支座以上做防水层、保护层；④施工底板钢支撑；⑤立模板、安设顶板外侧止水带；⑥绑扎及预埋钢筋；⑦灌注顶板砼；⑧顶板上部做防水层、保护层；⑨顶板预埋短格栅、绑扎圈梁钢筋；⑩顶板上部回填C20砼，采用输送泵输入；⑾车站主体防水、二衬施工及出入口开挖；⑿施工出入口底板及边墙防水、二衬。
五、 质量安全及监测措施
1、质量控制措施
边桩定位时预留15cm富余量，防止因施工误差侵入二衬砼内。在施工中重点控制桩的垂直度，要求孔底沉渣小于30cm，不坍孔、不断桩、不侵限。成桩后采用浅埋地震反射法进行检测。
上弧控制线拱顶外放7cm ，拱脚外放5cm，防止沉降、变形后侵入二衬砼内。上弧跨度大，承受压力大，要重点控制钢格栅连接质量、喷砼的早期强度、厚度、拱顶密实度，要求尺寸准确，表面平整，不允许前一榀格栅砼未凝固时开挖第二榀，防止拱部受压变形。
初期支护期间严格进行监控量测，重点控制地表沉降、净空收敛、拱顶沉降，将总沉降量控制在30mm以内。
做好施工防水以及结构防水层施工，对于初衬后的渗漏水，采取打管注浆、埋管引流、抹防水砂浆、挖渗井的办法综合治理。防水板施工焊缝要牢固、密贴，不得出现烧伤、砂眼、悬空等不良现象，同时要进行冲气试验，加压0.1MPa一分钟内无压降即为合格。底部防水板要做5cm厚豆石砼保护层，砼接茬处要铺设钢板进行防护。
二衬净空外放5cm，站台板、中层板标高控制在+0-1cm范围内，防止侵限，砼分段灌注长度、底板、中层板24m，边墙、边拱、中拱12m。拱顶预留注浆管作为排气、注浆用。二衬重点控制砼强度、表面平整度，不允许出现空洞错台、蜂窝麻面现象。
2、安全措施
洞内要保持良好照明，导洞内必须使用安全电压，防止漏电伤人。
施工竖井、中层板、运输通道周边必须设防护栏杆，防止意外摔落伤人。
凡是下井人员必须佩戴安全帽，高空作业必须栓安全绳，设安全网。
现场各种材料应堆放整齐，特别是结构上突出的钢筋，铁丝应清理整齐，以防人员碰伤。
提升土方、坚井下料时，井下必须有值班调度与井上司机保持联系，防止信号不清意外伤人。
非电工、非司机严禁动用各种机电设备。
钢支撑支点必须牢固可靠，并监控量测，防止支撑掉落伤人。
设2-3名专职安全员，监督、落实各项安全制度，随时检查、消除各种事故隐患。
3、监测措施
钢筋计、砼应变计埋设可以真实的反映钢筋和砼的受力情况。钢筋计埋设在钢筋受拉区，砼应变计砼受压区。

地表下沉、拱顶下沉及周边收敛等常规监测项目都要认真监测，如周边有建筑物也要对其进行下沉和倾斜等到项目的监测，掌握第一时间的监测数据，指导开挖数率、格栅间距、上下台阶间距和注浆情况的控制。