暗挖地铁车站导洞内机械成桩泥浆处理

郝进京，韩灵灵

(1. 国家铁路局工程质量监督中心，北京 100891；2. 中铁十六局集团地铁工程有限公司，北京 100124)



暗挖地铁车站导洞内机械成桩泥浆处理

郝进京1，韩灵灵2

(1. 国家铁路局工程质量监督中心，北京 100891；2. 中铁十六局集团地铁工程有限公司，北京 100124)

暗挖地铁车站导洞内机械施工围护桩因受洞内空间条件约束，场地狭小，施工机械受限制，不利于泥浆的循环和处理，施工环境恶劣，严重影响周边环境状况。为解决狭小空间内机械成桩泥浆循环及处理难题，北京地铁八号线美术馆站工程采用大功率扬程泵将泥浆抽排至地面进行处理，有效解决了泥浆洞内循环问题，创造了良好的施工条件，同时保护工程周边环境不受施工影响。

导洞；机械成桩；泥浆循环处理；环境保护

洞桩法暗挖地铁车站施工原理是在利用导洞内边桩、冠梁及顶拱共同构成的外部结构支撑体系，承受施工过程中的外部荷载，在边桩和顶拱的保护下，按逆作法进行开挖、衬砌，最终形成由外层边桩及顶拱初期支护和内层二次衬砌组成的永久承载体系[1]。边桩作为传力结构起着承受主体荷载的作用，在狭小的导洞内，施工机械边桩受空间限制，施工难度大，施工环境恶劣，泥浆处理困难，对周边环境影响大。采用大功率泵将泥浆抽到地面进行循环，可有效解决洞内泥浆处理问题，减轻施工环境影响。

1 工程概况

中国美术馆站是北京市地铁八号线二期工程的终点站，位于美术馆东街、王府井大街、五四大街、东四西大街四条街十字交叉路口处，沿美术馆东街-王府井大街南北向布置。受地下管线限制，车站采用暗挖双层单跨无柱结构，覆土厚度约为8.48m,底板埋深约为24.68m，站台交错布置，车站总长281.5m。考虑施工地质条件、施工安全、混凝土回填量及设备选用等方面的因素，设计导洞净空尺寸为4 600mm×4 800mm(宽×高)。美术馆站围护结构采用直径1 000mm、间距1 500mm的边桩，嵌固深度为6m，有效长度为16.78m。美术馆站结构剖面图见图1。

图1 美术馆站结构剖面图

美术馆站场地质由上而下依次为：房渣土、粉土、粉砂细砂层、中砂层、粉质粘土层、粘土层、中砂细砂层、砾砂层、卵石圆砾层、卵石层。地下水分四层：第一层为上层滞水，仅部分钻孔揭露；第二层为潜水；第三层为层间潜水；第四层为承压水。本工程从导洞拱部至底板范围地质主要为粉土层、粉质粘土层、中细砂层、砾砂层、卵石圆砾层、卵石层。边桩大部位于卵石圆砾层、卵石层，卵石平均粒径为40mm，最大粒径约为300mm；桩底部有2.3m位于第四层承压水位。

2 边桩施工工艺选择

导洞内作业空间狭小，环境特殊，施工难度相对较大，对成桩施工工艺有特殊要求。拟采用的施工工艺有人工挖孔和机械成孔两种(见表1)。

表1 施工工艺比选

根据本工程地质及水文情况，边桩穿越13.2m厚的卵石圆砾层、卵石层，且桩底部2.3m位于承压水位。方案比选认为：人工挖孔对作业环境要求较高，需先进行降水作业，将地下水位降至桩底以下，不利于环境保护和水土保持，且施工危险系数大。正循环机械成孔工艺泥浆护壁效果好，但成孔对地层要求高，由于卵石粒径较大，成孔进度缓慢，对环境条件要求较高。反循环机械成孔工艺施工难度小，成孔进度快，泥浆护壁效果好，对环境条件要求低。因此，综合考虑施工条件和环境保护等因素，本工程边桩施工工艺选用反循环机械成孔方案。

3 钻机选择

因导洞内空间狭小，一般钻机设备不适用于此作业环境。综合考虑工期、环保、经济和文明施工等因素，选择钻机的原则为：钻杆高度小，满足导洞空间尺寸要求；具有穿越卵石层的能力；受竖井提升能力限制、洞内转场和施工环境要求，设备应小型化、噪音低；受地下管线沉降要求，施工过程中应振动幅度小[2]。根据以上原则，参考同类工程施工经验，从施工效率、移位方便、作业环境等方面比较，采用GSD-50改型液压反循环钻机进行施工，可有效减少施工噪声和振动对周边环境的影响。

4 泥浆循环利用与处理

常规泥浆处理方法是在洞内围堰设置泥浆池、沉淀池、存渣池等泥浆循环系统进行处理。因受狭窄施工场地的限制，导洞内施工钻孔桩泥浆处理难度较大，环境保护要求较高。洞内围堰放置的泥浆池、沉淀池、存渣池等泥浆循环系统常因泥渣排泄不畅，导致施工中断，施工效率很低，现场工况泥泞、杂乱，施工作业环境恶劣，极易发生安全隐患，不能连续施工作业。为了缓解导洞内交通运输压力，防止泥浆大面积污染施工环境[3]，本工程采用大功率扬程泵，将渣浆抽排至地面进行沉淀、泥浆回收再利用，通过管道和泵送抽排形成循环系统，开创了洞内各项钻孔施工新思路，环境保护、文明施工和连续作业达到了新高度。

4.1 自吸式无堵塞排污泵

因钻孔桩大部分位于卵石层，且平均粒径约为40mm。根据卵石粒径及结构深度，选取进口直径80mm，扬程40m的ZW80-25-40型自吸式无堵塞排污泵，将卵石与泥浆一起抽排至地面沉淀，降低洞内渣浆池尺寸和渣浆处理时间，创造良好的施工环境。该排污泵能通过颗粒最大直径为泵口径的60%，使用、移动、安装均方便，性能稳定，减轻了工人的劳动强度，有效保护了施工环境。

4.2 泥浆循环系统

泥浆循环系统由泥浆池、沉淀池、临时存浆箱、排污泵及管道组成。在地面砌筑泥浆池和沉淀池，泥浆池容量为单根桩体积的1.5倍左右，尺寸为6m×4m×0.8m(长×宽×高)；沉淀池尺寸为6m×3m×1m(长×宽×高)；洞内临时存浆箱由机动三轮车改造而成，箱体尺寸为1.8m×1m×0.8m(长×宽×高)。

泥浆比重控制在1.05左右，采用优质膨润土制作，掺量为8%～12%，并掺入少量增粘剂和碳酸钠提高护壁质量，施工过程中经常监测、调整比重、粘度、含砂率等各项指标，以满足泥浆护壁要求。

钻进或砼灌注时，将渣浆排入洞内临时存浆箱，通过排污泵将渣浆抽排至地面沉淀池进行沉淀，卵石及沉渣使用挖机外弃。沉淀后的泥浆可循环利用流入泥浆池，根据测定的泥浆指标，适时调整比重及粘度等性能指标，再经泵抽至孔内，形成循环系统。泥浆循环系统示意图见图2。

图2 泥浆循环系统示意图

合理布置施工现场及施工顺序，对泥浆池、沉淀池等的挖砌做到规范化，达到施工现场及场内道路平整、整洁、畅通。现场废弃泥浆采用二次沉淀法处理，禁止直排至市政排水管网，以免堵塞下水管道。使用密封罐车及时清运出场至指定地点弃渣，避免运输过程中的遗撒现象，有利于环境保护和水土保持，尽可能减少施工对环境的不利影响。

5 结语

暗挖地铁车站导洞内施工钻孔灌注桩工艺存在较大困难，本工程通过选取适用的钻机设备、泥浆循环和处理系统，取得了良好的环境保护效果：机械成孔避免了因降水作业引起的水资源浪费和地表沉降，有效的进行了水土保持；与洞内处理泥浆相比，因投入排污泵及管道等设备大约增加了5万元左右的施工成本，但洞外泥浆循环系统大大改善了作业环境，提高了文明施工程度，保护了工程周边生态环境；与人工挖孔相比，机械成孔减少了工人劳动强度，提高了机械化施工程度，增加了工程的安全度和可靠度，有效保障了工人的职业健康和工作环境。因此，暗挖地铁车站导洞内机械成桩泥浆处理方法的研究，对于类似工程的施工管理及环境保护工作具有一定的借鉴和指导意义。

[1] 马明瑜，王兴杰，李峰. “PBA”洞桩法在地铁车站施工中的应用[J]. 低温建筑技术，2010，142(4)：84-86.

[2] 辜文凯. 有限导洞空间内地铁车站围护桩施工技术[J]. 西部探矿工程，2010(7)：153-156.

[3] 刘超. 暗挖地铁车站洞内钻孔围护桩施工技术[J]. 铁道标准设计，2008(2)：83-87.

Mud Treatment during Pile Construction in Guide Hole for Constructing Subway Station by Underground Excavation

HAO Jinjing1, HAN Lingling2

(1.SupervisionCenterofEngineeringQuality,NationalRailwayAdministrationofthePeople’sRepublicofChina,Beijing100891,China；2.SubwayEngineering，The16thGroupCo.,LtdofChinaRailway,Beijing100124,China)

During subway construction, pile construction in guide hole is confronted with a number of problems such as limited space for the operation of machineries, difficulties in circulation and processing of mud and strong influence on local environment. In order to solve these problems, mud was pumped to above ground for processing using high power pumps during the construction of Subway Station of Beijing Galleries on the Eighth Line of Beijing Subway. This dealt with the mud circulation efficiently, improved the conditions for the subway construction and provided a better environment for the locals.

guide hole； mechanical construction of piles； mud circulation treatment； environment protection

2095-1671(2015)06-0260-03

2015-10-15；

2015-11-18

郝进京(1986—)，男，山东东明人，工程师，从事工程质量安全监督及技术管理工作。

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