地铁车站施工工法

北京地铁五号线08标段张自忠路站浅埋地铁单拱双柱双侧洞法暗挖车站施工工法汇报北京市政建设集团有限责任公司一、工程简介明挖三层结构明挖三层结构暗挖单层结构平安大街平安大街东四北大街五号线08标张自忠路站平面图北五号线08标张自忠路站纵剖面图暗挖法施工68.6mE暗挖段上方既有管线情况三维图本车站为地下岛式车站，车站总长179.8m。平安大街南北两侧为盖挖法施工的三层三跨箱型结构，其基坑采用钻孔灌注桩加钢管内支撑的支护形式，南端结构长55.8m，北端结构长55.4m，两端结构宽均为26.2m。穿越平安大街部分为暗挖侧洞法施工的单层三连拱两柱结构，长68.6m，宽23.76m，采用复合式衬砌。车站附属构筑物共设四个出入口和两个风道，其中西北、西南出入口为暗挖法施工东北、东南出入口为明挖法施工。东北风道为明挖法施工，西南风道为暗挖法施工。该站共设有四个出入口通道及两个风道，总建筑面积13316㎡。轨面线围护桩杂填土粉土粘质粉土粉细砂轨面线卵石粘土粉土粘质粉土中粗砂卵石工程地质情况工程地质概况本车站暗挖段主要穿越粉细砂层、卵石层。盖挖车站结构座落在粘土层上。水文地质概况本车站暗挖段受上层滞水、潜水及承压水影响。上层滞水：主要位于粘质粉土层，水位标高37.22m；潜水：主要位于卵石层中，水位标高26.35m；承压水：主要位于砂卵层中，水位标高21.38m。二、工法简介•北京市政建设集团有限责任公司承建的北京地铁五号线08标段张自忠路站车站工程，在穿越城市主干道平安大街施工时，为了保证工程质量和既有交通干道的安全，研究开发了超浅埋单拱大跨双侧洞法暗挖施工工法，并获得了成功。•在张自忠路工程之前，国内还没有单跨跨度超过20m并采用双侧洞法施工的地铁车站。通过此次施工，形成了对超浅埋单拱大跨双侧洞法暗挖地铁车站施工关键技术的系统认识，并取得了一些重要研究成果：首创了一整套复杂在环境条件下，超浅埋单拱大跨双侧洞法浅埋暗挖地铁车站施工技术；构建了一整套大管棚施工方法，并在工程中成功应用；确立了一套临时支撑拆除与二衬施工力系转换控制技术；全方位实施了地层变位分配控制原理，成功地将采用双侧洞法施工的张自忠路站地铁车站的地表沉降值控制在了45mm以内。1.前言•2.1利用浅埋地铁单拱双柱双侧洞法暗挖车站施工工法，能有效地控制地表沉降量，保护了既有道路及管线的营运安全。使暗挖施工的地铁车站对周边环境影响因素大大降低。•2．2首次采用地层变位分配控制原理，超前、主动层层分解沉降值把预测变形、规划变形、和控制变形汇于一体，在预测变形参数、规划变形参数、控制变形参数的基础上，修正施工与支护参数确保施工安全、快捷。•2．3首次建立了浅埋隧道上覆土层结构模型，据此提出了地层预加固系统的作用机理。构建了一整套超前支护大管棚的施工方法。控制了地层沉降以及管线差异沉降对安全施工有着重要意义。•2．4双侧洞法优点为结构变形量较小，工期相对较短，力系转换明确，节省原材料。2.工法特点3适用范围•在穿越城市主干道及既有地下管线众多、且地层结构复杂环境条件下高跨比小于0.45的地铁车站，以及其它地下工程。•针对浅埋、多管线并存、拱顶含水粉细砂层等复杂土工环境条件，通过系统的理论研究和工程实践，在现有超浅埋暗挖地铁车站施工技术的基础上，首次在国内成功开发并实施了单拱双柱双侧洞暗挖车站施工工法，形成了一整套关键技术，实现了复杂环境条件下侧洞法施工技术的重大突破，从实践上突破了侧洞法施工的传统理念，开发、丰富了浅埋暗挖法施工地铁车站或大断面隧道的应用领域，为北京地区乃至全国的地下工程建设提供了可资借鉴的工程实例。4.工艺原理4.1、大管棚施工1、采用定向钻成孔，钻管跟进的施工工艺。2、主要设备：成孔与钻管跟进采用DD-20定向铺管钻机。采用地质雷达进行钻进定向。3、主要材料：采用Φ159×8钢管，每端打入深度.34m。泥浆采用进口高分子有机聚合物及与之相配的进口材料。卵石中粗砂粘质粉土粉土粘土卵石粉细砂粘质粉土粉土杂填土159大管棚间距500mm成孔后夯管跟进大管棚注浆小导管注浆在进行管棚施工的同时，在管棚间及砂层内打入小导管进行周壁预注浆。小导管选用φ32.5的热轧钢管，t=3.5mm，长度3.0m，外插角10°～12°，每三榀格栅打设一排，环向间距0.5m（无管棚段间距加密为0.3m），管壁每隔100～200交错钻眼，眼孔直径6～8mm。注浆小导管用风钻打入。由于本暗挖段顶部处于粉细砂及中粗砂层中，根据现场试验确定，采用水玻璃浆液，水玻璃浓度30Be，注浆压力控制在0.3MPa。•1、隧道初衬1、3、7导洞穿越粉细砂弱土层带，围岩自稳能力差，无法形成承载拱，一旦开挖造成土体沉降变形，均会向上传递直至地表，确保施工过程中的围岩稳定，以安全施工为目标，采取何种切实可行的方法加固围岩，改良隧道周边的土的力学性能，是本工程的关键点。•2、依据设计，隧道施作之前，首先施工超前支护大管棚这一工序，如何在施工大管棚时，确保土层与管棚外壁之间的缝隙填充密实，回避由于施做大管棚先期引发的沉降，是本工程的重点。•3、依据设计，隧道二衬施作前，应对初衬进行破除，如何在初衬的凿除过程中，以安全生产为目标，确保支护体系的稳定及已施工完的底纵梁、顶纵梁及钢管柱的结构稳定是本工程的重点点。•4、在二衬施工过程中，如何完成对顶纵梁及侧墙的混凝土浇筑，且保证混凝土的实体质量，是本工程的重点点。•关键点措施；1、在开挖过程中，严格遵循“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、早成环、环套环、勤量测”十八字方针，为保证施工的顺利进行，项目部组织初衬验收小组，对初衬施工的每道工序都进行严格的检查。•2、初衬在施工过程中，根据开挖断面的大小、土质的情况在大部分断面开挖过程中，采用台阶法施工。主体暗挖在土方开挖过程中，由于掌子面多处于粉细砂层之中，为了保证掌子面的稳定，在进行土方开挖前，对掌子面采取水玻璃浆液进行加固（甲液浓玻璃：水＝1:3，乙液浓硫酸：水＝1:3，改性水玻璃甲：乙＝3:1，PH值控制在2.5-3Be），以保证开挖中的安全。同时，为了控制对平安大街沉降的影响，根据设计要求，采用每榀打设锁脚锚管的措施，及时对初衬格栅进行加固。根据初衬的施工进度，每隔5m左右对已施做完的初衬进行后背注浆，以保证初衬背后的密实度。通过采取锁脚锚管及背后注浆等措施，从而使主体暗挖的沉降值控制在设计范围内。•3、拱背注浆完成之后用美国劳累公司型号：SIR-2000雷达进行探测。土方开挖及结构施工单层三连拱隧道结构采用侧洞法施工，先施工两端侧洞，采用CRD（交叉中隔壁）法形成。•1、底纵梁模板全部采用钢模板，外面用“几”字形工字钢支架进行加固，其中圆弧段工字钢为预先加工定型支架。工字钢支架每隔1.2m设置一道，采用钢管进行拉结，并用木方子与初衬相支撑。•2、顶纵梁和底纵梁一样，也采用工字钢支架对钢模板进行加固。工字钢支架在支搭过程中，为了保证基础的平整，采用37砖墙进行找平，南北方向布置木方子作为承载的骨架，木方上方搁置工字钢支架，工字钢支架的一侧紧邻初衬，另外一侧采用脚手架进行支护。•3、主体暗挖的断面为三心圆组合成的三拱二柱结构，因此其断面钢模板全部为外加工模板，又因侧墙厚度较大为600～800mm，故全部采用满堂红架子进行支撑。暗挖段底纵梁支模图暗挖段顶纵梁支模图暗挖段曲线墙支模图临时中隔壁拆除方案①间隔拆除下导竖撑Ⅲ、Ⅳ，并施做仰拱混凝土；②间隔拆除上导竖撑I、Ⅱ和横撑V、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ。最小主应力云图衬砌弯矩图塑性区分布图临时中隔壁拆除拆除长度分析驻地监理、项目质检人员对暗挖施工进行过程检查驻地监理、项目质检人员对格栅进行检查操作人员进行格栅安装项目质检人员对安装的格栅进行检查SIR-2000雷达进行探测SIR-2000雷达暗挖段已完成的底纵梁暗挖段已完成的钢管柱暗挖段已完成的顶纵梁暗挖段已完成的车站二衬断面扫描仪型号：BJSD-2对初衬、二衬施作完毕后进行扫描暗挖段防水施工暗挖段已完成的中拱钢筋地铁第一门建成后的车站三、监控量测东西北大街平安大街南基坑北基坑出入口出入口西南风道N10N11A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10A11A12A13A14A15A16A17B16B15B14B13B12B11B10B9B8B7B6B5B4B3B2B1C1C2C3C4C5C6C7C8C9C10C11C12C13C14C15C16D1D2D3D4D5D6D7D8D9D10D11D12D13D14D15E1E2E3E4E5E6E7E8E9E10E11E12E13E14E15E16E17F1F2F3F4F5F6F7F8F9F10F11F12F13F14F15F16F17F18W1DF1DF3DF2W2DF5DF4W1'W2'W3'WC1WC2WC3WC4WC5WC6WC7WB1WB2WB3WB4WB5WB6WB7WA1WA2WA3WA4WA5WA6WA7临时办公楼G1G2G3G4G5G6G7BG1BG2BG3BG4BG5BG6DG1DG2DG3DG4测点平面布置图车站暗挖段监测横断面图地表沉降的规范测点《建筑变形测量规程》二级观测精度及限差要求变形测量等级测点测站高差中误差（mm）视线长度（m）前后视距差（m）视距累计差（m）视线高度（m）两次读数之差（mm）两次高差之差（mm）附合或环线闭合差（mm）二0.5502.03.00.20.50.71.0√nTYJ-20型振弦式土压计JSS30A数显收敛计GJJ-10钢弦式钢筋计、ZXY-Ⅱ型频率接收仪钢筋计的制作与安装施工监测管理基准值序号项目预警值(mm)控制值(mm)位移速率控制(mm/d)车站暗挖段地表沉降40503拱顶沉降40503净空收敛20303管线沉降２/３Uｎ≤6mm－建筑物沉降２/３Uｎ桩基础≤10天然地基≤302位移管理等级管理等级管理位移施工状态ⅢU0＜Un/3可正常施工ⅡUn/3≤U0＜（2Un/3）应加强支护ⅠU0＞（2Un/3）应采取特殊措施监测结果沉降位移是否超Ⅲ级管理沉降位移是否超Ⅰ级管理沉降位移是否超Ⅱ级管理继续施工综合判断暂停施工采取特殊措施是不安全否否否是是安全Ⅲ级监测管理沉降分阶段控制计算值施工步序隧道中心线正上方地表累计下沉量（mm）隧道中心线左侧6m处地表累计下沉量（mm）与最终沉降的百分比各施工步的步百分比1（导洞1开挖支护）-5.82-7.2515.1%15.1%2（导洞2开挖支护）-9.21-14.5227.3%12.2%3（导洞3开挖支护）-15.51-20.2541.2%13.9%4（导洞4开挖支护）-18.36-26.1351.2%10.0%5（导洞5开挖支护）-24.22-30.2462.8%11.6%6（导洞6开挖支护）-28.92-34.0972.7%9.9%7（两侧中拄支护）-33.17-36.0480.0%7.3%8（侧洞二衬）-34.42-38.1083.8%3.8%9（中洞拱部开挖）-35.11-39.5086.2%2.4%10（中洞拱部横撑）-36.25-40.2488.3%2.2%11（中洞2步开挖）-37.18-41.3990.7%2.4%12（中洞拱部二衬）-38.28-42.1492.9%2.2%13（中洞二步横撑）-39.59-43.5796.1%3.2%14（中洞三步开挖）-41.13-44.0598.4%2.4%15（中洞三步二衬）-41.90-44.63100.0%1.6%地表沉降随施工时步变化曲线-50-45-40-35-30-25-20-15-10-5003691215隧道中心线正上方累计下沉量（mm）隧道中心线左侧6m处地表累计下沉量（mm）沉降量（mm）各步数值模拟与实测沉降量比较（车站正上方测点）-60-50-40-30-20-10001234567有限元计算结果隧道中心线正上方地表累计下沉量（mm）监测结果A断面隧道中心线正上方地表累计下沉量（mm）监测结果B断面隧道中心线正上方地表累计下沉量（mm）监测结果C断面隧道中心线正上方地表累计下沉量（mm）监测结