地铁明挖法车站施工技术

地铁明挖法车站施工技术二0一六年一月提纲1、地铁工程简介与分类2、明挖法车站围护结构施工3、明挖法基坑降水施工4、明挖法车站基坑开挖与支护施工5、明挖法车站防水施工6、明挖法车站主体结构施工一、地铁工程简介与分类1.地铁工程发展前景随着城市现代化进程的加快，解决现代大城市交通问题的根本出路在于建立一个以轨道交通系统为骨干，以道路交通为主体，多种交通方式相结合的综合交通系统。轨道交通具有运载量大、速度快、污染小、安全准时等优点，在我国，城市轨道交通真正受到重视和快速发展始于20世纪90年代以后。随着我国综合国力的不断增强，地铁和轻轨交通工程建设已呈现出快速发展的势头，各大城市均提出把轨道交通作为城市交通的骨干，反复修订城市轨道交通线网规划。目前除西藏等偏远省份省会外，大多省会城市及部分经济较发达二线城市正在进行大规模修建。2.地铁车站与区间的分类2.1地铁车站与区间相对地面的位置分为：地下车站或区间、浅埋车站或区间、地面车站或区间、高架车站或区间。地铁车站根据营运性质分类为：中间站：仅供乘客上下车的车站区域站：设在两种不同行车密度交界处的车站，站内设有折返线和设备换乘站：设于两条及两条以上线路交叉点上的车站枢纽站：该站可分出另一条线路的车站终点站：设在线路两端的车站2.2地铁车站根据营运性质分类营运性质分类示意2.3地铁车站站台形式分类地铁车站站台形式分类示意岛式站台侧式站台岛、侧混合式站台2.4地铁施工的显著特点（1）线路上方大多市政管线密布，尤其是地下通信光缆、高压电缆、天然气管道、给、排水管对施工影响较大，施工前必须做好管线调查，避免施工期间破坏，在采用明挖或盖挖施工时前期管线调查尤为重要；（2）城市地铁线路多设在市政干道以下，有时需要穿越地下、地上建（构）筑物，诸如河流、立交桥等等，因此施工期间地表建（构）筑物、市政管网的沉降控制是关键；（3）地铁工程涉及专业多，土建工程施工阶段要与设备安装等专业密切配合，准确预埋铁件及预留孔洞是关键；（4）地铁分项工程多，同一区域点多面广、多项作业平行交叉进行，施工环节组织及协调复杂。二、明挖法车站围护结构施工1、明挖车站的施工步骤明挖法施工程序一般可分为以下几步：围护结构施工井点降水基坑第一层开挖设置第一层支撑第n层开挖设置第n层支撑最底层开挖封底、地板砼浇注最下层支撑拆除砼内衬墙浇注自下而上逐步拆支撑顶板砼浇注管线恢复及覆土。明挖车站的施工步骤示意第一道钢支撑步骤二：架设第一道支撑，第二次开挖基坑；围护桩（墙）步骤四：架设第N道支撑，第N次开挖基坑至底；步骤三：架设第二道支撑，第三次开挖基坑；第二道钢支撑第二道钢支撑第N道钢支撑第一道钢支撑第一道钢支撑步骤一：施作围护桩（墙），第一次开挖基坑；步骤五：施做垫层铺设底板防水层，施作结构底板，拆除第N道支撑；第一道钢支撑第一道钢支撑第二道钢支撑步骤六：敷设边墙防水层，施作下层结构边墙、柱和楼板，拆除第二道支撑步骤七：敷设边墙防水层，施作上层结构边墙、柱和顶板，拆除第一道支撑；步骤八：铺设顶板防水层，回填土，施工结束。基坑的围护结构至关重要，根据不同的地质条件，选择合适的围护结构形式，并切实保证围护结构的施工质量，基坑及明挖车站就成功了一半。围护结构可分为排桩围护结构、地下连续墙围护结构、土钉墙围护结构等。围护结构及其支撑体系关系到明挖法实施的成败。常见的内支撑体系有：现浇砼水平面格构（或框架）、圆形钢管、H型钢等。支撑的总体结构形式取决于开挖工作面，根据支撑方向的不同，可将支撑分为对口撑、角撑、斜撑。当内支撑跨度较大时，还需在基坑内设置临时格构柱。2、车站基坑的围护结构排桩式围护结构是地铁基坑开挖施工中经常采用的形式，构成排桩的基本桩单元，可以是钢板桩、挖孔桩、钻孔桩、水泥土搅拌桩或劲性水泥土搅拌桩（ＳＭＷ）等。2.1.1挖孔桩适用于无水或地下水较少的土层中，对有流动性淤泥、流砂和地下水的地区不宜采用。桩的直径不宜小于1.2米。2.1排桩式围护150D15050050～10050050粉细砂层150D15050050～100100050正常地段挖孔桩开挖支护示意挖孔达到设计深度后，应检查和处理孔底，然后立即进行砼封底。吊装钢筋笼时通常采取加设垫块或焊接“耳环”的方法保证钢筋笼的保护层，灌注桩身砼时应一次灌注完毕。钢筋笼吊装钢筋笼桩孔2.1.2钻孔灌注桩施工钻孔灌注桩成孔施工分为干作业和湿作业。干作业成孔施工，一般采用螺旋钻机进行，适用于地下水位低于桩底的一般粘性土、砂土等。1.上盘；2.下盘；3.回转滚轮；4.行车滚轮；5.钢滚轮；6.回转中心；7.行车油缸；8.中盘；9.支盘步履式长螺旋钻机湿作业成孔施工是利用钻机水下钻孔，同时借助泥浆护壁、携渣的成孔施工方法。适用于一般粘性土、淤泥、和淤泥质土、砂性土和碎石类土，尤其适用于地下水位较高的土层，湿作业的成孔机械有冲击钻机、冲挖钻机及正、反循环旋转钻机等。湿作业成孔施工正循环旋转成孔示意图反循环旋转成孔示意图2.1.3水泥搅拌桩施工水泥土搅拌桩是利用水泥、石灰等材料作为固化剂，通过深层搅拌机械，将软土和固化剂（浆液或粉体）强制搅拌，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的桩体。劲性水泥土搅拌桩即SMW工法，它是在水泥土搅拌桩中插入型钢或其他芯材形成的同时具有承力与防渗两种功能的围护结构。搅拌桩施工过程大致为：搅拌桩施工工艺示意地下连续墙单元成墙过程2.1.4地下连续墙施工挖导沟筑导墙挖槽吊放接头管吊放钢筋笼灌注水下砼成墙筑导管挖槽吸泥清底吊放接头及钢筋笼灌注架就位插入导管灌注水下混凝土拔接管头泥浆备制沉淀池旋流器振动筛泥浆排水排浆或脱水处理地下连续墙施工工艺流程地下连续墙工艺流程土钉墙支护是在基坑开挖过程中，将土钉置入原状土体中，并在支护面上喷射钢筋网混凝土面层，通过土钉、土体和喷射砼的共同作用，形成的支护结构。打入式土钉是利用机械将土钉打入土体，打入土钉无需注浆，施工速度快。最常用的土钉材料为变形钢筋、圆钢、角钢及钢管等。喷射砼注浆排气管止浆塞土钉锚筋注浆孔土钉锚筋对中支架钻孔注浆型土钉2.1.5土钉墙施工1、土体开挖2、钻孔、置入土钉3、注浆、挂网喷射砼4、土体继续开挖土钉墙施工流程三、明挖车站基坑降水施工明挖车站基坑降水，由于地质条件的不同，围护结构形式的不同等，其降水计算公式各种各样，建议委托有资质的勘察单位对其进行详细的降水设计。在此以哈尔滨地铁一号线哈东站站基坑降水设计为例，简单介绍哈尔滨富水砂层地质条件基坑降水设计。哈东站站站围护结构断面图杂填土粉质粘土粉细砂中粗砂粉质粘土中粗砂杂填土粉质粘土中、粉砂潜水微承压水承压水车站基坑均处于微承压含水层中，基坑下部存在承压水隔水顶板，车站围护结构深入隔水顶板中，通过施工围护结构，基坑内形成一封闭的地下水含水体系，原微承压含水层承压水头压力消失，整个基坑内赋存静态地下水和下部承压含水层的越流补给，根据各地层的静态出水量和下部承压含水层的越流补给量计算基坑内涌水量。降水井井径为600mm，井管内径300mm，井管为无砂水泥管，全孔能通长下入内径φ300mm水泥砾石滤水管，滤水管外包2层300g/m2无纺布，井深范围内回填3-7mm砾石滤料。通过计算，基坑共设计疏干井17口，井深22m，上部3m用粘土回填封井，之下为滤水管。减压井井深为39m，上部29.00m用粘土填实，下部用3-7mm砾石滤料封井。水泵均采用7.5kw型。回灌井井深22m，上部3m用粘土回填封井，之下为滤水管。SJ2SJ3SJ4SJ5SJ6SJ7SJ8SJ9SJ10SJ11SJ12SJ13SJ14SJ15SJ16SJ17JY8JY9JY10JY11JY12JY13JY14JY1JY2JY3JY4JY5JY6JY7HG1HG4GC1GC6GC7GC2GC8GC9GC3GC4GC10GC5GC11HG5沉淀池HG2HG3沉淀池SJ1mmmm四、基坑开挖与支护施工基坑开挖（1）基坑开挖根据现场条件选择放坡开挖或台阶法，局部采用垂直吊装法，基坑开挖时随时根据监测结果不断进行施工参数的调整和优化，及时架设支撑和施作结构，以减少围护结构变形，确保周边环境稳定。（2）基坑土方开挖遵循“纵向分段、竖向分层（每层约1.5~2m，以方便网喷砼施工）、由上至下、先支后挖”的原则，竖向从上到下分层开挖，纵向形成台阶，横向先挖中间土体，后挖两侧土体。（3）加强对地下水的堵漏处理，基坑内采取开挖排水沟、集水井集中抽排的方法疏干地下水。（4）尽量缩短围护结构暴露的时间，土方开挖满足混凝土结构施工条件后，后续工作立即展开。（5）实行信息化施工，加强施工监测，发现异常情况及处理。（1）放坡拉槽开挖横向先开挖中间土体，后开挖两侧土；在靠近围护结构的位置，预留1m采用人工开挖，避免机械对围护结构产生破坏。每层土方开挖时，先沿断面中部自两侧向中间拉槽，拉槽深度及宽度，以满足挖掘机及土方运输车辆的作业、行走空间要求为原则，两侧各留3.0～5.0m宽操作平台，供桩间网喷、钢支撑施工使用。自两端向中间开挖两侧及拉槽以下剩余土体至坡脚线处；同时，钢支撑架设紧随后退式开挖作业进行。土方运输方向纵向坡脚线槽口线槽底线剩余土体开挖方向中部拉槽钢支撑安装施工方向槽口线槽底线土方运输方向本层开挖线钢支撑安装施工方向地面标高剩余土体开挖方向剩余土体开挖方向15°第一道钢支撑第二道钢支撑平面图纵剖面图后退开挖剩余土体北（1）放坡拉槽开挖西兴站主体基坑放坡拉槽开挖示意图（2）多级放坡开挖及垂直开挖采用挖掘机接力开挖时，设多级坡，坡度1：2，各级坡在每层支撑位置设宽度不小于4m的台阶，兼做作业平台，如下图所示；采用吊车提升时，基坑内分段开挖，分段之间按1：2放坡。多级放坡开挖垂直吊装开挖钢管撑施工钢管法兰盘连接图AA--A剖面图钢管加强螺栓Aδ=12mm钢板12ф22圆孔配ф20L=50螺栓带帽钢支撑施工工艺流程支撑编号→对号运到现场→焊接法兰盘→焊三角形钢板托架→钢围檩就位→钢支撑就位校正→施加预应力→紧固钢楔→拆除液压千斤顶→钢支撑与围檩连接内支撑体系安装施工要点a、在富水砂层地区，第一道支撑多选择采用钢筋混凝土支撑，以保证整个围护结构整体刚度。b、千斤顶预加轴力必须对称同步，以平衡横撑自重下落的可能和初期开挖预放的初应变。拆除时要各钢支撑均匀卸载预应力。c、所有支撑连接处，均应垫紧贴密，直接承压钢板应要铣平，螺栓连接时必须紧固，防止钢管支撑偏心受压。d、端头斜撑处钢围檩及支撑头，必须严格按设计尺寸和角度加工焊接、安装，保证支撑为轴心受力。e、钢管支撑安装的允许偏差应满足设计规定。钢支撑作为基坑支护的常见支护结构，其施工质量非常重要，直接关系到基坑的稳定，及基坑内作业设备和人员的安全，除按照设计要求进行钢支撑拼装及施加轴力外，在施工过程应特别注意以下几点：1、直撑在安装过程中，需注意两端受力端同标高，否则容易造成钢支撑失稳；2、斜撑在安装过程中，应保证斜支座的焊接质量及焊缝长度，施工完成，应有质检人员严格把关；3、基坑阴阳角处钢围檩应严格设置抗剪墩，或确保钢围檩闭合，以防止钢围檩受水平剪力过大而整体脱落。4、采用地连墙做围护的基坑，其钢支撑设置应确保每幅墙体对称受力，或与设计沟通设置钢围檩确保墙体均匀受力。需特别注意斜支座的焊缝长度及质量4ACACE阳角处钢围檩需连续哈尔滨地铁一号线南直路主体围护结构及细部示意图灌注桩旋喷桩案例一497根φ800@1000钻孔桩在围护结构施工过程，经常发生扩孔、塌孔现象，在基坑开挖过程，存在许多大肚桩，造成止水帷幕无法与桩体咬合，起不到止水作用，基坑存在多处漏水点，稍不注意就会发生涌水、涌砂现象。基坑无法开挖到底，最后，在原围护结构外侧重新施工一圈素砼的地下连续墙做止水帷幕，确保了工程的顺利进行。哈东站采用地下连续墙作围护结构，墙间采用柔性接头，除个别墙缝出现渗漏外，整个基坑围护结构止水效果较好，基坑开挖与主体结构施工均较顺利。建议：在富水砂层地质条件下施工明挖车站，基坑围护结构优先选用地下连续墙，且其墙体接头建议采用刚性接头,如果采用柔性接头，需特别注意刷壁的质