CN107964971B - 一种采用pba工法施工的地铁车站的降水方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用PBA工法施工的地铁车站的降水方法。其技术方案要点是将地面管井降水为主的降水方案改为地下轻型井点降水为主，地面管井降水为辅的综合降水措施；跟随PBA工法的施工步骤，在每个含水层与隔水层的交界面施工水平井，分步满足PBA工法施工过程中的降水需求。该发明只需要在竖井周围局部范围内施工降水管井，其余车站范围的降水措施均在地下进行，不受地面场地条件的限制，而且由于该方法是在土方开挖作业过程中，分步进行有针对性的施工降水，抽排水量不至于过大，从而节约了地下水资源。

Description

一种采用PBA工法施工的地铁车站的降水方法

技术领域

本发明涉及地铁施工降水工程，特别涉及一种采用PBA工法施工的地铁车站的降水方法。

背景技术

目前，地铁车站的施工中经常采用PBA工法。如图1所示，“PBA”工法的物理意义是：P-桩、B-梁、A-拱，即由边桩11、中桩12、底梁13、顶梁14、顶拱15共同构成初期受力体系，承受施工过程的荷载；其主要思想是将盖挖及分步暗挖法有机结合起来，发挥各自的优势，在顶拱15的保护下可以逐层向下开挖土体，施作二次衬砌，最终形成由初期支护+二次衬砌组合而成的永久承载体系。

结合图2，PBA工法的施工步骤为：竖井21施工——横通道22施工——导洞23施工——在导洞23内施工边桩11、中桩12、底梁13和顶梁14——顶拱15施工——从顶拱15处逐层向下开挖土体施作二次衬砌——车站楼板16、站台等结构施工。

由于地铁车站位于地面25以下较深位置，所以施工过程中需要采取临时降水措施，将地下水降至施工作业面以下。如图3所示，PBA工法施工地铁车站时，主要采用在车站周围布设一圈地面降水管井24的降水方式，但是降水管井方案要求地面25具备足够的施工场地才能实施。目前随着城市建设的发展，新建地铁车站越来越多受到周边桥梁、既有地铁站、建构筑物等的影响，不具备在地面25大面积施工降水管井24的条件。

发明内容

本发明的目的是提供一种采用PBA工法施工的地铁车站的降水方法，使用该方法只需要在竖井周围局部范围内施工降水管井，其余车站范围的降水措施均在地下进行，不受地面场地条件的限制，而且由于该方法是在土方开挖作业过程中，分步进行有针对性的施工降水，抽排水量不至于过大，从而节约了地下水资源。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种采用PBA工法施工的地铁车站的降水方法包括以下施工步骤：

步骤a、在竖井的周围施工降水管井，但因竖井靠近车站一侧布置有横通道，所以该侧不施工降水管井；待降水管井完成并开始抽水后，开始竖井的开挖；

步骤b、竖井开挖至第一含水层的顶面时，在竖井靠近车站方向的侧壁上施工第一竖井斜向降水井，使竖井斜向降水井与竖井附近的降水管井共同构成竖井四周的降水系统，方便竖井的开挖；

步骤c、随着竖井开挖至每个含水层与隔水层的交界面以下时，朝导洞的方向逐层施工竖井水平井；当竖井开挖至每个含水层的顶面时，在竖井靠近车站方向的侧壁上施工竖井斜向降水井；

步骤d、随着竖井的开挖逐层施工横通道水平井，每层横通道水平井完成并开始抽水后，施工位于其上部的横通道；

步骤e、第二层横通道施工完成后，在其远离竖井的端头，朝导洞方向施工第一层横通道端头水平井；在第一层导洞相邻两个导洞的中间施工导洞水平井，该处为第一层导洞水平井；

步骤f、随着第三层横通道的开挖，距离第二层横通道远离竖井的端头3~6m范围内向下开挖盲井；随着盲井的向下开挖，逐层施工横通道端头水平井；第一层导洞水平井完成并开始抽水后，施工第一层导洞；

步骤g、最底层横通道完成后，在第二层导洞相邻两个导洞的中间施工第二层导洞水平井；

步骤h、第二层导洞水平井完成并开始抽水后，施工第二层导洞和PBA工法后续施工步骤；

以上所有水平井施工位置均位于每个含水层和其底下隔水层的交界面处。

通过采用上述技术方案，只需要在竖井周围局部范围内施工降水管井，其余车站范围的降水措施均在地下进行，不受地面场地条件的限制，而且由于该方法是在土方开挖作业过程中，分步进行有针对性的施工降水，抽排水量不至于过大，从而节约了地下水资源。

作为优选地，所述竖井水平井、横通道水平井和横通道端头水平井每层施工一组，每组包括至少三个水平井。

通过采用上述技术方案，克服了单个水平井因含水层与隔水层交界面的凹凸不平而降水效果不佳的问题，不会影响开挖工序的施工。

作为优选地，所述每组竖井水平井、横通道水平井和横通道端头水平井的施工过程中，根据第一个水平井施工所遇地层岩性及其施工完成后的出水量，调整后续施工的水平井的位置。

通过采用上述技术方案，使后续施工的水平井的位置更接近实际交界面。

作为优选地，横通道水平井包括位于横通道框架正下方的中间水平井和两个分别位于横通道框架两侧的斜向水平井；两个斜向水平井朝远离竖井的方向呈外八字形布置。

通过采用上述技术方案，位于横通道框架两侧的斜向水平井不需在横通道施工时拆除，可以长期进行降水作业，且八字形布置方式，增大了斜向水平井与其它横通道水平井的距离，使得综合降水效果更好。

作为优选地，在导洞的施工过程中，局部出现降水效果不足时，在第一层导洞的最外侧两个导洞内施工导洞斜向降水井，导洞斜向降水井的井口位于导洞的外底角。

通过采用上述技术方案，贯通了上下被隔水层分隔的含水层，使原先的水平降水变为立体降水，增强了降水效果。

作为优选地，导洞斜向降水井的井底位于最底部含水层以下。

通过采用上述技术方案，将施工范围内的所有含水层进行联通，综合降水效果更好，方便了后期整个车站范围内土体的开挖。

作为优选地，相邻两个竖井之间的竖井水平井位置相互交错，并在两个相邻竖井之间中部位置形成重叠。

通过采用上述技术方案，对两个相邻竖井之间中部位置的降水进行了加强，避免了因两个竖井水平井的端头没有对接或滤水管的失效等问题造成该范围降水效果达不到施工要求的问题。

作为优选地，相邻两个盲井之间的横通道端头水平井位置相互交错，并在两个盲井之间中部位置形成重叠。

通过采用上述技术方案，对两个盲井之间中部位置的降水进行了加强，避免了因两个横通道端头水平井的端头没有对接或滤水管的失效等问题造成该范围降水效果达不到施工要求的问题。

作为优选地，步骤c中当竖井开挖至每个含水层的顶面时，除了在竖井靠近车站方向的侧壁上施工竖井斜向降水井外，在竖井的其它侧壁上也施工竖井斜向降水井。

通过采用上述技术方案，在降水管井降水效果不足时，仍然能够保证竖井的正常开挖。

作为优选地，步骤f中，当位于盲井底下的横通道水平井无法满足盲井的开挖需求时，在盲井远离竖井方向的侧壁上施工盲井斜向降水井；盲井斜向降水井开口位置为每个含水层的顶面。

通过采用上述技术方案，当横通道水平井无法满足盲井的开挖需求时，仍然能够保证盲井的正常开挖。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1、使用该方法降水，只需要在竖井周围局部范围内施工降水管井，其余车站范围的降水措施均在地下进行，不受地面场地条件的限制；

2、由于该方法是在土方开挖作业过程中，分步进行有针对性的施工降水，抽排水量不至于过大，从而节约了地下水资源；

3、由于降低了总的抽排水量，减小了城市市政管网的排水压力，减小了雷雨天气时对市民出行的影响。

附图说明

图1是PBA工法结构体系示意图；

图2是PBA工法施工步骤图；

图3是降水管井布置图；

图4是步骤a示意图；

图5是步骤b示意图；

图6是步骤c示意图；

图7是步骤d示意图；

图8是步骤d示意图；

图9是步骤e示意图；

图10是步骤f示意图；

图11是步骤g示意图；

图12是步骤h示意图；

图13是步骤i示意图；

图14是步骤j示意图；

图15是斜井平面布置示意图；

图16是竖井水平井和横通道端头水平井平面布置示意图。

图中，11、边桩；12、中桩；13、底梁；14、顶梁；15、顶拱；16、车站楼板；21、竖井；22、横通道；221、第一层横通道；222、第二层横通道；223、第三层横通道；224、第四层横通道；225、第五层横通道；23、导洞；231、第一层导洞；232、第二层导洞；24、降水管井；25、地面；26、竖井斜向降水井；261、第一竖井斜向降水井；262、第二竖井斜向降水井；31、含水层；311、第一含水层；312、第二含水层；313、第三含水层；314、第四含水层；315、第五含水层；32、隔水层；321、第一隔水层；322、第二隔水层；323、第三隔水层；324、第四隔水层；325、第五隔水层；4、竖井水平井；41、第一层竖井水平井；42、第二层竖井水平井；43、第三层竖井水平井；44、第四层竖井水平井；45、第五层竖井水平井； 51、第一层横通道水平井；52、第二层横通道水平井；53、第三层横通道水平井；54、第四层横通道水平井；511、中间水平井；512、斜向水平井；6、横通道端头水平井；61、第一层横通道端头水平井；62、第二层横通道端头水平井；7、导洞水平井；71、第一层导洞水平井；72、第二层导洞水平井；8、盲井；81、盲井斜向降水井；9、导洞斜向降水井。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“底面”和“顶面”、“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

如图5所示，该实施例的竖井21施工范围内包含五个含水层31和五个隔水层32；横通道22有五层，五个含水层31分别是第一含水层311、第二含水层312、第三含水层313、第四含水层314和第五含水层315；五个隔水层32分别是第一隔水层321、第二隔水层322、第三隔水层323、第四隔水层324、第五隔水层325。结合图6，第一层横通道221位于第二含水层312与第二隔水层322交界面以上。此外，该实施例中提到的所有水平井均布置于每个含水层31和其底下隔水层32的交界面。

一种采用PBA工法施工的地铁车站的降水方法，包括以下施工步骤：

步骤a、如图4与图5所示，竖井21开挖之前需在其四周布置降水措施，以保证竖井21开挖过程中不受地下水的影响；由于竖井21的周围地面25一般具备降水管井24的作业空间，而且降水管井24抽水量大降水效果好，所以选择用降水管井24降水；但是因为竖井21朝向车站方向布置有横向通道22，如果在该处布置降水管井24，将会影响横向通道22的施工，所以在竖井21周围的其它地段施工降水管井24,降水管井24完成并开始抽水后，开始竖井21的开挖；竖井21开挖至第一含水层311的顶面时，在竖井21靠近车站方向的侧壁上施工第一竖井斜向降水井261；第一竖井斜向降水井261与竖井21周围的降水管井24共同构成竖井21四周的降水系统，方便竖井21的开挖；当降水管井24降水效果达不到竖井21施工要求时，在竖井21周围的所述其它地段也施工第一竖井斜向降水井261；

步骤b、如图5所示，在竖井21开挖到第一含水层311与第一隔水层321交界面以下1~2m时，在第一含水层311与第一隔水层321交界面朝导洞23（暂未施工）方向施工第一层竖井水平井41；由于地层中每个含水层31和其底下隔水层32的交界面并不是一个真正平面，而是凹凸不平的，所以为了保证抽水效果，第一层竖井水平井41包括至少三个水平井，并且根据第一个水平井施工所遇地层岩性及其施工完成后的出水量，调整后续施工的其它水平井的位置，以使水平井位于更接近实际交界面的位置。

与上述第一层竖井水平井41相似，后文中提到的所有竖井水平井4、横通道水平井和横通道端头水平井6每层施工一组，每组包括至少三个水平井。在每一组水平井的施工过程中，均根据第一个水平井施工所遇地层岩性及其施工完成后的出水量来调整后续施工的同组中其它水平井的位置。

步骤c、如图6与图7所示，继续向下开挖竖井21，竖井21开挖至第二含水层312的顶面时，施工第二竖井斜向降水井262；后序竖井21的开挖中，每当开挖至含水层31的顶面时，施工竖井斜向降水井26并抽水，然后继续向下开挖竖井21，直至竖井21开挖至设计最底部；后文将不再对此工序进行赘述，后序附图中不再对竖井斜向降水井26作标识；

步骤d、如图6所示，当第二竖井斜向降水井262完成并开始抽水后，竖井21继续向下开挖，至第二含水层312与第二隔水层322交界面以下时，施工第二层竖井水平井42；

步骤e、如图6所示，竖井21已经开挖至第一层横通道221底部以下位置，此时，施工第一层横通道水平井51；如图7与图8所示，第一层横通道水平井51包括位于第一层横通道221框架正下方的中间水平井511和分别位于第一层横通道221框架两侧的两个斜向水平井512；两个斜向水平井512朝远离竖井21的方向呈外八字形布置，斜向水平井512与第一层横向通道221的中心线角度为10度；由于斜向水平井512位于第一层横向通道221框架的两侧，不需在横通道施工时拆除，可以长期进行降水作业，而且八字形布置方式，增大了斜向水平井512与第一层横通道水平井51的距离，使得综合降水效果更好。

步骤f、如图9所示，竖井21继续开挖,并施工第三层竖井水平井43和第二层横通道水平井52，同时施工第一层横通道221；第一层横通道221远离竖井21的端头超过最后一个导洞23的距离是5~10m；

步骤g、如图10所示，竖井21继续开挖，并施工第四层竖井水平井44和第三层横通道水平井53，同时施工第二层横通道222；施工第二层横通道222过程中，由于位于第一层横通道221底部的中间水平井511影响了第二层横通道222的开挖，所以中间水平井511（参考图7）；

步骤h、如图11所示，竖井21继续开挖至设计井底位置并进行混凝土封底；施工第五层竖井水平井45和第四层横通道水平井54，同时施工第三层横通道223；在第二层横通道222远离竖井21的端头，朝第一层导洞231方向施工第一层横通道端头水平井61，第一层横通道端头水平井61位于第二含水层312和第二个隔水层322的交界面处；在第二层横通道222内两个相邻第一层导洞231的中间施工第一层导洞水平井71；随着第三层横通道223的开挖，距离第二层横通道222远离竖井21的端头的3~6m范围内向下开挖盲井8; 当位于盲井8底下的横通道水平井无法满足盲井8的开挖需求时，在盲井8远离竖井21方向的侧壁上施工盲井斜向降水井81，第一层盲井斜向降水井81的开口位置为第三含水层313的顶面，底部伸入第三隔水层323的内部；盲井斜向降水井81的平面布置可参考图15；后续施工中，每层盲井斜向降水井81开口位置为每个含水层31的顶面，底部均伸入与含水层31相邻的下部隔水层32中；在盲井8开挖至第三含水层313与第三隔水层323的交界面以下时施工第二层横通道端头水平井62；

步骤i、如图12所示，施工第四层横通道224和第五层横通道225；继续向下开挖盲井8，并在盲井8内逐层施工横通道端头水平井6；第一层导洞水平井71完成后，进行第一层导洞231的施工；

步骤j、如图13所示，在第四层横通道224内施工第二层导洞水平井72；第二层导洞水平井72完成并开始抽水后，开始施工第二层导洞232和PBA工法后续施工步骤；

如图14与图15所示，在导洞23的施工过程中，局部出现降水效果不足时，在第一层导洞231的最外侧两个导洞内施工导洞斜向降水井9，导洞斜向降水井9的井口位于导洞23的外底角。导洞斜向降水井9的井底位于第五含水层315以下。导洞斜向降水井9贯通了上下被隔水层32分隔的含水层31，使原先的水平降水变为立体降水，增强了降水效果，既满足了导洞23的施工需求，也方便了后期整个车站范围内土体的开挖。

如图16所示，在施工过程中，相邻两个竖井21之间的竖井水平井4，位置相互交错，并在两个竖井21之间中部位置形成重叠，重叠长度不小于2m；相邻两个盲井8之间的横通道端头水平井6位置相互交错，并在两个盲井8之间中部位置形成重叠，重叠长度不小于2m。对两个相邻竖井21之间和两个盲井8之间中部位置的降水进行重叠加强，可以避免因两个方向施工的水平井的端头没有对接或滤水管的失效等问题造成该范围降水效果达不到施工要求的问题。

竖井21周围的降水管井24的施工工艺属于现有技术，参照《降水管井技术规范》（GB 20296-2014）进行施工。

以上所有水平井和斜向降水井施工完成后即开始抽水作业，施工时选用双壁钻杆水力正循环施工工艺，步骤如下：

（1）钻机安装

在竖井21内、横通道22和盲井8内搭设钢板平台，将钻机放置于厚10mm的钢板平台上，通过升降钢板平台将钻机升至水平井或斜向降水井施工的高度，然后固定钢板平台。调整钻杆位置与角度，使其正对水平井或斜向降水井的孔位及钻孔延伸方向后，利用钢板平台将钻机固定。

（2）孔口护管安装

水平井或斜向降水井开孔后，在孔口2米长范围内安装套管，套管外与钻孔之间用水泥密封处理，防止流沙和涌水。

（3）钻进

通过正循环法钻进将孔内渣土从双壁钻杆内排出，钻进过程中根据出渣量的情况控制钻进速度。

（4）放入滤水管

钻进到设计深度后停钻，利用高压水力正循环方式将双壁钻杆内的残渣清理干净，然后将滤水管缓缓推进双壁钻杆内部。

（5）起拔双壁钻杆

起拔双壁钻杆前需下入一根顶杆将双壁钻杆内滤水管顶住，然后逐段拔出双壁钻杆，期间要防止将滤水管带出。

（6）井口封堵和安装节门

双壁钻杆拔出后，在井口滤水管和孔口护管间先塞入食用干海带，随后用水泥封堵；由于食用干海带遇水后，立即膨胀，对两根管壁之间的空隙起到了很好的止水效果，方便了水泥封堵的施工；在井口安装水管节门。

（7）用水管将节门与水泵连接，开始抽水。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种采用PBA工法施工的地铁车站的降水方法，其特征在于：包括以下施工步骤：

步骤a、在竖井（21）的周围施工降水管井（24），但因竖井（21）靠近车站一侧布置有横通道（22），所以该侧不施工降水管井（24）；待降水管井（24）完成并开始抽水后，开始竖井（21）的开挖；

步骤b、竖井（21）开挖至第一含水层（311）的顶面时，在竖井（21）靠近车站方向的侧壁上施工第一竖井斜向降水井（261），使竖井斜向降水井（26）与竖井（21）附近的降水管井（24）共同构成竖井（21）四周的降水系统，方便竖井（21）的开挖；

步骤c、随着竖井（21）开挖至每个含水层（31）与隔水层（32）的交界面以下时，朝导洞（23）的方向逐层施工竖井水平井（4）；当竖井（21）开挖至每个含水层（31）的顶面时，在竖井（21）靠近车站方向的侧壁上施工竖井斜向降水井（26）；

步骤d、随着竖井（21）的开挖逐层施工横通道水平井，每层横通道水平井完成并开始抽水后，施工位于其上部的横通道（22）；

步骤e、第二层横通道（222）施工完成后，在其远离竖井（21）的端头，朝导洞（23）方向施工第一层横通道端头水平井（61）；在第一层导洞（231）相邻两个导洞的中间施工导洞水平井（7），该处为第一层导洞水平井（71）；

步骤f、随着第三层横通道（223）的开挖，距离第二层横通道（222）远离竖井（21）的端头3~6m范围内向下开挖盲井（8）；随着盲井（8）的向下开挖，逐层施工横通道端头水平井（6）；第一层导洞水平井（71）完成并开始抽水后，施工第一层导洞（231）；

步骤g、最底层横通道（22）完成后，在第二层导洞（232）相邻两个导洞的中间施工第二层导洞水平井（72）；

步骤h、第二层导洞水平井（72）完成并开始抽水后，施工第二层导洞（232）和PBA工法后续施工步骤；

以上所有水平井施工位置均位于每个含水层（31）和其底下隔水层（32）的交界面处。

2.根据权利要求1所述的一种采用PBA工法施工的地铁车站的降水方法，其特征在于：所述竖井水平井（4）、横通道水平井和横通道端头水平井（6）每层施工一组，每组包括至少三个水平井。

3.根据权利要求2所述的一种采用PBA工法施工的地铁车站的降水方法，其特征在于：所述每组竖井水平井（4）、横通道水平井和横通道端头水平井（6）的施工过程中，根据第一个水平井施工所遇地层岩性及其施工完成后的出水量来调整后续施工的水平井的位置。

4.根据权利要求2所述的一种采用PBA工法施工的地铁车站的降水方法，其特征在于：横通道水平井包括位于横通道（22）框架正下方的中间水平井和两个分别位于横通道（22）框架两侧的斜向水平井；两个斜向水平井朝远离竖井（21）的方向呈外八字形布置。

5.根据权利要求1所述的一种采用PBA工法施工的地铁车站的降水方法，其特征在于：在导洞（23）的施工过程中，局部出现降水效果不足时，在第一层导洞的最外侧两个导洞内施工导洞斜向降水井（9），导洞斜向降水井（9）的井口位于导洞（23）的外底角。

6.根据权利要求5所述的一种采用PBA工法施工的地铁车站的降水方法，其特征在于：导洞斜向降水井（9）的井底位于最底部含水层（31）以下。

7.根据权利要求1所述的一种采用PBA工法施工的地铁车站的降水方法，其特征在于：相邻两个竖井（21）之间的竖井水平井（4）位置相互交错，并在两个相邻竖井（21）之间中部位置形成重叠。

8.根据权利要求1所述的一种采用PBA工法施工的地铁车站的降水方法，其特征在于：相邻两个盲井（8）之间的横通道端头水平井（6）位置相互交错，并在两个盲井（8）之间中部位置形成重叠。

9.根据权利要求1所述的一种采用PBA工法施工的地铁车站的降水方法，其特征在于：步骤c中当竖井（21）开挖至每个含水层（31）的顶面时，除了在竖井（21）靠近车站方向的侧壁上施工竖井斜向降水井（26）外，在竖井（21）的其它侧壁也施工竖井斜向降水井（26）。

10.根据权利要求1所述的一种采用PBA工法施工的地铁车站的降水方法，其特征在于：步骤f中，当位于盲井（8）底下的横通道水平井无法满足盲井（8）的开挖需求时，在盲井（8）远离竖井（21）方向的侧壁上施工盲井斜向降水井（81）；盲井斜向降水井（81）开口位置为每个含水层（31）的顶面。