摘  要 结合沈阳地铁一号线沈阳站站暗挖段洞桩施工实例，对洞桩施工技术进行探讨，通过采用改良桩机和研发自动泥浆分离系统进行机械作业，并采取钢筋笼分节直螺纹连接，成功地完成了地铁车站洞桩施工。

关键词 地铁车站 洞桩施工 自动泥浆分离系统 钢筋连接

 

      地铁地下工程中洞桩施工一直是个难题，由于空间狭小，施工环境恶劣，所以机械成孔困难，施工现场污染严重，常规的施工方法既不快速，也不环保; 钢筋笼的加工、运输及安装困难，容易造成塌孔。结合沈阳地铁一号线沈阳站站暗挖段洞桩施工进行了相关研究，成功解决以上难题，为洞桩施工技术进一步推广和应用提供了借鉴。

 

      沈阳地铁一号线沈阳站站位于中华路与胜利大街交口，周边有沈阳饭店、沈铁大旅社和沈阳站均为百年以上砖基保护性建筑。本工程暗挖断采用洞桩( PBA) 工法施工，边导洞长 143 m，埋深约6 m，边桩位于暗挖三连拱段，采用Ф800 mm @1 000 mm钻孔灌注桩，桩长 15．85 ～ 18．15 m 不等。见图 1。

      洞桩施工区域主要处于第四系浑河新扇相( ④) 的第四层④-4 中，为杂填土、粉质黏土、中粗砂、砾砂及圆砾等，地层稳定性较差，详细情况如下:

      砾砂( ④-4) : 黄褐色，主要由石英、长石质组成，混粒结构，级配一般，湿 ～ 饱和，呈密实状态，该层以砾砂为主，夹较多的中、粗砂及圆砾薄层，或呈互层状态; 该层全区分布，层厚 2． 30 ～ 16． 00 m，层底埋深10． 10 ～ 23． 20 m，层底标高 21． 74 ～ 32． 94 m。

      黏土( ④-4-1) : 黄褐色，含有云母急铁质结核或条纹，饱和，软塑 ～ 可塑状态，稍有光滑 ～ 光滑，无摇震反应，干强度高，韧性高。呈透镜体状，层厚0． 00 ～ 4． 60 m，层底标高 28． 34 m。

      中、粗砂( ④-4-3) : 黄褐色，石英 ～ 长石质，级配不良，含 10 ～ 20% 的砾石、卵石，可见最大粒径20 mm，饱和，密实。该层呈透镜体状，层厚 0． 00 ～7． 30 m，层底埋深一般在 15． 1 ～ 23． 20 m，层底标高在 21． 74 ～28． 20 m。

      圆砾( ④-4-5) : 级配不良，砾石呈次棱角 ～ 亚圆形，砾石占 50 ～65%，含约 10 ～20%卵石，一般粒径4 ～ 20 mm，最大粒径 70 mm，中粗砂填充，母岩成分为中、微风化花岗岩等组成，中密。该层呈透镜体状，层厚 0． 00 ～ 4． 40 m，层底埋深一般在 9． 90 ～14． 70 m，层底标高在 28． 09 ～ 33． 49 m。

      洞桩施工区域年降水量约为 750 mm，地表水位距地表 7 m 左右。该区地下水分为两层，上层为第四系孔隙潜水，赋存于④-4 层砾砂中，稳定水位埋深为 8． 00 ～9． 20 m，标高 33． 92 ～ 35． 93 m; 下层水为承压水，赋存于⑤-3 中、粗砂和⑤-4 砾砂层中。地下水局部联通，使承压水头埋深与潜水水位埋深基本相同。含水层渗透性强，渗透系数一般在 50 ～110 m / d 之间，水力坡度约 1‰左右。该场地地下水的补给主要是大气降水、地表人工河渠垂向渗透补给及浑河侧向渗透补给，地下水水位季节性变幅在0． 5 ～ 2． 0 m。

 

      ( 1) 洞内施工需要通过施工竖井转横通道进入边导洞，边导洞为 4 m ×4． 6 m 马蹄形断面，边桩在导洞内偏心 800 mm，施工净高 4． 2 m。机械施工难度大，效率低，泥浆循环及排放难，造成施工环境恶劣。洞桩施工断面见图 2。

      ( 2) 主体结构埋深约 6 m，所处地层主要为富水砂砾石层，水位埋深约 8 m，承压水，含水层渗透性强，地层自稳性差，施工极易形成涌砂、坍塌等不良地质问题。

      ( 3) 钢筋笼受条件限制，分节加工、运输及安装，质量要求高，时间要求紧。

 

      沈阳地铁一号线沈阳站站导洞边桩采用Ф800 mm@ 1 000 mm 钻孔灌注桩，桩长 15． 85 ～ 18． 15 m不等，锚入底板以下 6． 29 ～6． 99 m( 标准段的桩锚入底板下6． 29 m，盾构井的桩锚入底板下 6． 99 m) ，隔桩法施工。洞桩施工平面布置见图 3。为解决上述 3 个施工难点，在此工程洞桩施工中对原有工艺进行了改良，下面就按洞桩施工的工艺顺序进行一一阐述。洞桩施工工艺流程见图 4。

      施工前，清除桩基位置上的杂物，整平场地，沿桩轴线居中砌 1 200 mm 宽、400 mm 高、40 m 长砖砌泥浆池，使机械能顺利进场，且施工中钻机保持稳定。用全站仪测定桩孔位置，并埋设孔位护筒。

      选用优质膨润土造浆，泥浆比重控制在 1． 15 ～1． 3 范围。试验泥浆的全部性能指标，并在钻进中定期检验泥浆比重、黏度、含砂率、胶体率等，填写泥浆试验记录表。泥浆循环使用，废弃泥浆沉淀后运至车辆段进行处理。泥浆的主要成分: ( 1) 膨润土: 国产Ⅱ级钙土; ( 2) 水: 自来水; ( 3) 分散剂: 工业纯碱( Na₂CO₃) 。另外，掺加中黏度羧甲基纤维素( CMC) 增粘剂，以降低失水量，提高泥浆黏度和泥皮能力，改善流变性能和悬浮小岩石颗粒的能力。1 m³新鲜泥浆的成分见表 1，泥浆技术指标见表 2。

      孔口护筒采用钢板卷制，内径比桩径大 15 ～20 cm，长度 1． 5 m。埋设要求准确竖直，护筒顶面中心和护筒底面中心位置与设计偏差小于 2 cm，护筒竖向的倾斜度≤1%。采用人工开挖埋设护筒，护筒外面与原土之间用黏土填满、夯实。

      由于此工程暗挖断采用洞桩施工，导洞为 4 ×4． 6 m 马蹄形断面，有效净高仅为 4． 2 m，施工空间狭小，一般钻机高度均大于导洞净高，无法进入导洞进行洞桩施工。因此，对 GSD-50 型大口径全液压反循环钻机( 工作时外形尺寸 5． 3 m × 2． 07 m ×4． 7 m) 进行了改装，将底座和钻塔外形按比例进行了收缩，底座安装了轨轮便于移动，钻塔的高度由原来的 4． 7 m 降为 3． 5 m，使其能满足导洞内施工限界( 见图 5) 。该钻机已申请国家实用新型专利( 《富水砂层浅埋暗挖地铁车站洞桩机械施工方法》专利号: 201110403221． X) 。

      钻孔采用膨润土造浆护壁，泥浆循环回转法成孔，自行设计泥浆造浆存放、分离、回浆等系统( 见图 6) ，满足了洞内文明施工的要求，大大减小了泥浆对环境的污染程度。较传统泥浆池大大提高了泥浆利用率，实现洞桩绿色施工，并申请国家实用新型专利( 富水砂层浅埋暗挖地铁车站洞桩机械施工用泥浆分离系统》专利号: 201120517478． 3) 。钻进成孔质量标准见表 3。

 

      反循环钻头中间设有Фl2 cm 抽浆管，并配套砂石泵，边钻孔边抽泥浆，抽出的含碴泥浆采用 JHB-100 改进型泥浆净化处理机一级二级除砂分离，净化后返回孔内，不间断循环，废碴集中排出洞外。

      钻孔至设计高程，经过检查，孔深、孔径、孔的偏斜符合要求后，将钻渣抽净。清孔采用换浆法，在钻进至设计深度后，稍稍提起钻头，同时保持原有的泥浆比重进行循环浮碴，随着残存钻碴的不断浮出，孔内泥浆比重和含量不断降低，然后注入清水继续循环置换，随时检查清孔质量; 个别孔底沉渣采用泥浆泵吸出的方式进行清孔。根据富水砂层实际情况，清孔符合下列规定: 孔底 0． 2 ～ 1． 0 m范围内的泥浆相对密度控制在 1． 15 ～1． 25，含砂率≤10%，黏度≤28 s。

      钢筋笼受场地限制，分 5 ～ 6 节制作，长度 3 ～3． 5 m，主筋采用直螺纹加工工艺。直螺纹套筒施工技术要求见表 4。

      主筋在加工过程中，用切割机切掉钢筋头，确保断面垂直，加工采用自制台床，两台车丝机在钢筋两端安装在相同标高，套筒孔口采用插杆板定位，并在钢筋笼制作完成后，在地面试拼装。

      制作安装钢筋笼的顺序: 钢筋下料→钢筋按 3～ 3． 5 m 每段截断( 保证匹配) →套丝→套筒连接→焊接加强箍筋→盘绕箍筋→焊接完成→打开套筒并分节下放钢筋笼→连接套筒套丝( 保证匹配) →分节吊放钢筋笼

      钢筋笼安装时，采用 3． 8 m 高自制井架配手动葫芦吊装安放，为控制钢筋笼上浮，在钢筋笼顶设米字型钢板架固定。钢筋笼制作偏差要求见表 5。

      在上一根桩的钻孔及第一次清孔完成后，移动钻机至下一桩位，开始进行下一根桩的钻孔施工，同时开始进行上一根桩的桩身混凝土灌筑。

      在灌筑混凝土之前进行二次清孔。清孔标准是孔深达到设计要求，孔底泥浆密度≤1． 15，复测沉碴厚度在 100 mm 以内。

      灌筑混凝土采用 C30 商品混凝土，塌落度 180 ～210 mm，用地泵接至孔位浇筑，导管采用Ф219 mm的钢管，混凝土浇筑架用型钢制作，用于支撑悬吊导管，吊挂钢筋笼，上部放置混凝土漏斗，导管底距孔底深度控制在300 ～500 mm。

      先灌入桩尖首批混凝土，确保泥浆从导管中排出，导管下口埋入混凝土不小于1 m 深，初始灌筑量约 1 m³。

      浇筑需连续进行，始终确保导管在混凝土埋深以 2 ～4 m 为宜。利用导管内的混凝土的超压力使混凝土的浇筑面逐渐上升，上升速度不低于 2 m/h，直至高于导洞底标高 0． 5 m。