新型鉆機(jī)在“PBA”洞樁法中的應(yīng)用

摘 ?要：研究發(fā)現(xiàn)沖擊鉆施工震動(dòng)大，反循環(huán)鉆在卵石層適用性差，旋挖鉆外型尺寸大，該類(lèi)問(wèn)題一直困擾北京地鐵采用PBA工法的暗挖車(chē)站施工。傳統(tǒng)解決方式是開(kāi)挖上下雙層導(dǎo)洞，但該方式有許多不足，當(dāng)?shù)叵滤桓邥r(shí)，下層導(dǎo)洞的開(kāi)挖支護(hù)與沉降難以控制;底縱梁較窄，在軟弱地層，難以保證承載力;逆作開(kāi)挖落底時(shí)，側(cè)壁樁會(huì)出現(xiàn)水平位移，需增加橫通道和橫梁;降水周期長(zhǎng)，水資源浪費(fèi)嚴(yán)重;人工挖孔安全性差。因此急需一種適應(yīng)卵礫等復(fù)雜地層、外型尺寸小的鉆機(jī)。本文借助北京地鐵16號(hào)線二里溝站機(jī)械成孔的成功案例，介紹一種新型反循環(huán)鉆機(jī)應(yīng)用，并為類(lèi)似工程建設(shè)提供經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：北京地鐵;PBA工法;反循環(huán)鉆機(jī);水資源

中圖分類(lèi)號(hào)：U231.3 ??文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ???文章編號(hào)：2096-6903（2019）04-0000-00

1工程概況

北京地鐵16號(hào)線二里溝站為側(cè)式全暗挖車(chē)站，全長(zhǎng)338m，兩端為采用PBA工法的雙層三柱四跨結(jié)構(gòu)，中部上跨6號(hào)線為采用CRD工法的單層單柱雙跨結(jié)構(gòu)。雙層四跨段寬29.4m，高18.66m，覆土8.6m;單層兩跨段寬19.8m，高9.67m（8.07m）。

雙層三柱四跨段設(shè)置圍護(hù)樁和基礎(chǔ)樁，圍護(hù)樁直徑1.0m，樁長(zhǎng)21.91～26.91m，樁中心間距1.6m，共394根，基礎(chǔ)樁直徑1.8m，樁中心間距7m，樁長(zhǎng)10.5～14m，共102根。樁施工均在地下凈空只有4m×5m（寬×高）的導(dǎo)洞內(nèi)進(jìn)行。成樁地層主要為砂卵石。如圖1所示。

2鉆機(jī)選型

目前應(yīng)用較多的鉆機(jī)有沖擊鉆、回轉(zhuǎn)鉆和旋挖鉆，其中回轉(zhuǎn)鉆又分為正循環(huán)和反循環(huán)兩種。

本工程是在覆土厚度不足10m，4m×5m凈空的導(dǎo)洞內(nèi)進(jìn)行的，因此選擇鉆機(jī)的主要原則是體積小、重量輕、震動(dòng)小、護(hù)壁好、成孔質(zhì)量高。結(jié)合各種鉆機(jī)的特性，優(yōu)先選擇反循環(huán)鉆。

3工程重難點(diǎn)

（1）成樁地層絕大部分為卵石，在保證鉆進(jìn)速度，在控制鉆孔垂直度的同時(shí)要節(jié)約用水。

（2）排樁間距較小，要控制鉆孔過(guò)程中塌孔及減小塌孔對(duì)臨近邊樁造成的影響。

（3）地層復(fù)雜、成樁深度長(zhǎng)，且機(jī)械成樁施工工藝復(fù)雜，控制沉渣厚度，保證成樁質(zhì)量，確保樁基滿足承載要求。

（4）洞內(nèi)機(jī)械成孔類(lèi)似工程經(jīng)驗(yàn)少，要保證成孔工效，確保工序時(shí)間。

4鉆機(jī)的改進(jìn)

反循環(huán)鉆在卵礫石層鉆進(jìn)較為困難，北京地鐵大多處于砂卵石地層，因此正式施工前進(jìn)行試樁以驗(yàn)證其可行性。根據(jù)試樁的經(jīng)驗(yàn)采用TY-2200型普通泵吸式反循環(huán)鉆機(jī)，耗時(shí)7天成孔一根，因此無(wú)法保證施工。分析原因主要是鉆機(jī)主泵和鉆桿通徑小，大料徑卵石經(jīng)?？ㄣ@;鉆機(jī)功率小產(chǎn)生扭矩不足;鉆頭不具備破碎能力，孔底積聚大粒徑卵石后需更換鉆頭抓除;卵石層孔隙率大，泥漿流失嚴(yán)重，泥膜難成，用水量巨大。

針對(duì)以上問(wèn)題委托廠家研制新的設(shè)備及鉆具。KYZ10～150型第四代履帶式液壓大功率泵吸式反循環(huán)鉆機(jī)應(yīng)用而生，并研制其配套鉆具。其中液壓鉆具可對(duì)大粒徑卵石層進(jìn)行液壓高頻振動(dòng)，沖擊破碎漂石。鉆機(jī)行進(jìn)狀態(tài)尺寸為5930×2300×2700mm，工作狀態(tài)尺寸為5930×2300×4100mm;整機(jī)重16t，可分解組合;主泵通徑300mm;鉆桿規(guī)格325×12×1000mm;主泵功率132KW，最大排量820m/h;最大鉆深150m，鉆孔直徑600～3000mm;履帶式自行走。新鉆機(jī)成孔時(shí)間由原來(lái)的7d縮短為7h，完全可滿足施工要求。如圖2所示。

5成孔施工工藝

5.1成孔施工流程圖（圖3）

5.2施工順序

圍護(hù)樁樁心間距1.6m，為保證結(jié)構(gòu)安全，采用跳二鉆一的順序進(jìn)行施工，基礎(chǔ)樁樁心間距7m，采用順序施工。

5.3導(dǎo)坑施工

測(cè)定樁位后，按照施工順序在導(dǎo)洞底板人工挖孔做導(dǎo)坑護(hù)壁。圍護(hù)樁導(dǎo)坑內(nèi)徑為1100mm，底板鎖扣圈外徑1500mm，護(hù)壁厚度為100mm;基礎(chǔ)樁導(dǎo)坑內(nèi)徑為2050mm，底板鎖口圈外徑為2560mm。導(dǎo)坑護(hù)壁分節(jié)施工，每節(jié)高1m。導(dǎo)坑深度為進(jìn)入粉質(zhì)粘土層20cm。第一節(jié)護(hù)壁與底板鎖口圈同時(shí)澆筑，增強(qiáng)穩(wěn)固性。

圍護(hù)樁和基礎(chǔ)樁底板鎖口圈環(huán)形鋼筋采用直徑25螺紋鋼，內(nèi)、中、外三道，每道上下兩根，圍護(hù)樁內(nèi)、中、外環(huán)直徑為1200mm、1330mm、1460mm;基礎(chǔ)樁內(nèi)、中、外環(huán)直徑為2150mm、2290mm、2460mm。環(huán)形鋼筋與導(dǎo)洞底板格柵鋼筋焊接牢固。護(hù)壁環(huán)向鋼筋為φ8@200mm，搭接長(zhǎng)度35d;豎向鋼筋為φ8@200mm，端部應(yīng)打入土面以下250mm，搭接長(zhǎng)度35d。

坑內(nèi)作業(yè)時(shí)，上面必須有人監(jiān)護(hù)。土方及時(shí)運(yùn)離孔口，砼圍圈上不得放置工具、站人。作業(yè)人員必須頭戴安全帽、身系安全帶。設(shè)置防砸板，以防落物傷人。施工中隨時(shí)檢查垂直運(yùn)輸設(shè)備的完好情況和孔壁情況。挖孔人員撤離時(shí)必須用硬質(zhì)蓋板將孔口封閉。

5.4泥漿制備

（1）鉆孔樁采用泥漿護(hù)壁施工，配備泥漿循環(huán)系統(tǒng)。泥漿儲(chǔ)漿池、循環(huán)池、廢碴池等均放在導(dǎo)洞內(nèi)，若滲漏情況嚴(yán)重則采用鋼箱放置，確保泥漿不污染周?chē)h(huán)境。根據(jù)本工程地質(zhì)情況，選用優(yōu)質(zhì)粘土造漿，必要時(shí)摻入適量蒙脫石含量高的膨潤(rùn)土外加劑及鋸沫。

（2）泥漿控制指標(biāo)。

1）泥漿控制指標(biāo)：比重1.10～1.15，粘度18～25s，含砂率<3%，膠體率>95%，失水量<30ml/30min。

泥漿配比為水：膨潤(rùn)土：火堿：CMC=1000：250：5：3（質(zhì)量比）。

2）鉆進(jìn)中定時(shí)采集泥漿樣品，測(cè)定性能指標(biāo)，不間斷給孔內(nèi)補(bǔ)充一定稠度的泥漿，保持水頭壓力。

（3）排出的泥漿首先匯集在泥漿池，通過(guò)凈化設(shè)備將泥漿過(guò)濾后重新使用，廢渣運(yùn)到豎井調(diào)走。

5.5鉆進(jìn)

鉆進(jìn)前先向孔內(nèi)注入泥漿，啟動(dòng)砂石泵，待循環(huán)正常后，開(kāi)動(dòng)鉆機(jī)慢速回轉(zhuǎn)下放鉆頭;開(kāi)始鉆進(jìn)時(shí)，應(yīng)輕壓慢轉(zhuǎn)，穩(wěn)定后，可逐漸加大轉(zhuǎn)速，調(diào)整鉆壓，使鉆頭吸口不產(chǎn)生堵水。觀察進(jìn)尺和砂石泵排渣情況，排量減少或出水中含渣量較多時(shí)，應(yīng)控制鉆進(jìn)速度。加接鉆桿時(shí)，將鉆具提離孔底20cm左右，維持沖洗液循環(huán)1～2min，清洗孔底并將管道內(nèi)的鉆渣攜出排凈，然后停泵加接鉆桿。

鉆進(jìn)時(shí)孔內(nèi)出現(xiàn)坍孔、涌砂等異常情況，立即將鉆具提離孔底，控制泵量，保持沖洗液循環(huán)，吸除坍落物和涌砂;同時(shí)向孔內(nèi)輸送性能符合要求的泥漿，保持水頭壓力以抵制繼續(xù)涌砂和坍孔，恢復(fù)鉆進(jìn)后，泵排量不宜過(guò)大以防吸坍孔壁。到達(dá)設(shè)計(jì)標(biāo)高后，將鉆頭留在原處繼續(xù)旋轉(zhuǎn)數(shù)圈，避免孔底縮孔。

6結(jié)語(yǔ)

KYZ10～150型反循環(huán)鉆機(jī)借助先進(jìn)的液壓鉆具，以4～5h成孔一根圍護(hù)樁，7～8h成孔一根基礎(chǔ)樁的速度，用不到半年的時(shí)間保質(zhì)保量的完成了全部圍護(hù)樁及基礎(chǔ)樁作業(yè)。為整個(gè)車(chē)站的施工進(jìn)度打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。同時(shí)降水周期減少75%，節(jié)約了大量水資源。

參考文獻(xiàn)

[1]楊雄.PBA洞樁法在地鐵車(chē)站施工中的應(yīng)用[J].世界有色金屬，2017（01）：46-47.

[2]王學(xué)理.“PBA”洞樁法在地鐵暗挖車(chē)站中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代城市軌道交通，2006（01）：35-37+43+8.

收稿日期：2019-07-10

作者簡(jiǎn)介：薛寶磊（1984—），男，河北廊坊人，本科，工程師，從事地鐵工程施工技術(shù)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