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地铁五号线xx站暗挖隧道施工方案1工程概况北京地铁五号线xx站位于xx内大街与xx北大街、xx内大街相交的十字路口东侧，南北向布置。下穿交通繁忙的xx内大街，上跨一号线王（府井）～东（单）区间，车站总长204.4m，车站中心里程k7+781.51。车站两端是明挖框架结构，地下一层为站厅层，地下二层为站台层，两端部明挖长度分别约为69.2m和71.4m，开挖宽度为23.08m，覆土厚度2.3m。车站中部为单拱两柱三跨暗挖隧道结构，单层站台层，暗挖段长度为63.8m，开挖宽度为23.9m，最小覆土厚度5.5m。如图1、图2所示。车站暗挖隧道初支底部距xx～xx区间隧道支护顶部的土层厚度仅0.5m，暗挖隧道西侧边缘距下方的区间隧道隔断门东侧变形缝仅2.98m，暗挖隧道东侧边缘距一号线xx站西端变形缝为5.29m。如图3所示。站区地处北京永定河冲洪积扇轴部，地势平坦，微有起伏，地面标高在44.27m～45.50m之间，车站范围内地层主要为：表层为人工填土，厚度为3m～6m，其下为第四纪全新世地层，厚度为15m～20m，之下为晚新世地层，暗挖隧道穿越的地层自上而下主要有：人工填土、粉土、粘质粉土、圆砾层、粘土层、中粗砂层，其顶板位于粉土层，底板位于圆砾层，结构主体上半部分主要处于粉土层。没有断层活动迹象，地震基本烈度为8度。站区地下水有三层，第一层为上层滞水，位于地面下3.7m～7.6m范围，水位不稳定，受地层结构，大气降水和管线渗漏水影响而变化；第二层为潜水，位于地面以下16.50m～20.10m之间。主要分布在粉细砂层、圆砾层中；第三层为承压水，水头埋深在19.8m～22.19m,含水层为圆砾层以下的土层。车站暗挖隧道结构主要受上层滞水和潜水影响。2工程特点及难点2.1工程特点由地铁五号线xx站暗挖隧道所处的地理位置和结构形式以及工程地质和水文地质情况，决定了本工程不同于其它工程监理的特点。①地处市中心的交通要道，行车繁忙，确保交通行车安全十分重要。北京地铁五号线是北京市重点工程，也是2008年第27届奥运会配套工程，xx站暗挖隧道从交通繁忙的xx内大街下穿过，存在施工中出现坍塌引发交通事故的巨大风险，故要求在xx站暗挖隧道施工中务必确保安全，做到万无一失。②暗挖隧道的结构形式决定了施工过程中维护隧道结构稳定性的难度和重要性。五号线xx站暗挖隧道初支结构是单拱大跨度，断面尺寸大，形状扁平，覆土浅薄，开挖初支步序繁多，各初支步序之间结构力学模式转换复杂，增加了维护隧道结构稳定性的难度，隐含有衬砌结构出现纵向环向裂缝的风险，稍有不策，将酿成大祸。因此维护隧道结构的稳定性尤为重要。③卸载以后对一号线区间隧道的影响不可轻视。五号线xx站暗挖隧道从一号线区间隧道上方跨过，底部开挖以后，既有区间隧道的覆土厚度仅为0.5m，而且下方区间隧道在五号线xx站暗挖隧道的东西侧附近有一条变形缝。区间隧道处于地下承压水位中，在暗挖隧道开挖卸载以后，将产生向上推力，有可能引起区间隧道防水层破裂，对一号线行车产生大的影响，此风险级别较高。因此，区间隧道因卸载以后产生的危害应引起高度重视。监理工程师论坛④工期紧迫，增加了施工组织的难度。五号线xx站市政、电力、电信及地面建筑物和设施繁多、复杂，许多设施的拆迁、改移、保护影响主线上的进度。为了确保工期，务必在施工过程中精心组织、合理安排，把确保安全质量放在首位，并确保建设工期。2.2工程难点根据xx站暗挖隧道工程特点，施工中存在的风险决定了本站在施工中存在如下难点：①需严格控制地面沉降，以确保xx内大街道路结构不遭破坏，同时确保行车交通安全。设计要求，地表允许最大沉降值30mm。②既有地铁一号线在车站暗挖隧道开挖卸载以后，要确保一号线隧道及轨道隆起变形控制在20mm以内。③大跨度扁平隧道在施工过程中，务必维护隧道结构的稳定性，确保隧道结构衬砌无纵向和环向裂缝。3施工方案比选根据地铁五号线xx站暗挖隧道工程的特点和施工中的难点，确定施工方案，既要考虑克服施工中的难题，将风险降低到最小，又要考虑工期需要和节省投资，因此，在决策时务必十分谨慎，本暗挖隧道先后经历了几个施工方案的比选，最终确定按“中柱法”施工。3.1中洞法中洞法为初步设计推荐方案，中洞法将暗挖隧道的施工步序简单地描述为先中洞后侧洞施工，即先将隧道的中部含两柱开挖初支衬砌完毕，以后再进行两侧侧洞开挖初支和衬砌。中洞初支分成6块，衬砌分4部完成；侧洞初支分成6块，两边各三块，对称施工，衬砌分侧洞底板和拱墙2部施工。参见图5。3.2侧洞法侧洞法为施工图设计推荐方案。侧洞法将暗挖隧道的施工步序简单描述为先侧洞后中洞。即：先将隧道的两侧含柱洞开挖初支衬砌完毕，然后再进行中洞的开挖初支衬砌施工。侧洞初支分12块对称施工，衬砌分4部。中洞初支分3块从上往下施工，衬砌分2部施工，先顶拱后底板。参见图6。3.3中柱法中柱法为专家调研推荐方案，中柱法将暗挖隧道的施工步序简单描述为先中柱后中洞再侧洞施工。即：先将隧道的两柱洞开挖初支衬砌完成，然后进行中洞初支衬砌施工。中柱初支分6块对称施工，衬砌分底梁和中柱天梁2部完成。中洞初支分上中下3块，衬砌上下2部施工，侧洞初支分成6块对称施工，衬砌分侧洞底板和拱墙2部施工，中柱法实际是由中洞法演变而成的施工方法。参见图7。3.4方案比较三种施工方案的比较参见表1。表1施工方案比选表Tab.1Comparisonofdifferentconstructionschemes项目中洞法侧洞法中柱法主要特点1．中洞先行，建立起梁、柱支撑体系，然后施作侧洞。2．分块多，工序多，多次扰动，地面沉降大。3．废弃工程量大，造价高。1．有5个洞室，两个侧洞先行，然后施作中洞。2．分块多，工序多，多次扰动，地面沉降适中。3．废弃工程量大，造价高。1．有5个洞室，两个柱洞先行，快速建立起梁柱支撑体系，然后中洞扣拱可较早形成中间相对稳定的结构。2．分块多，工序多，沉降较小。3．废弃工程量最大，造价高。适用范围1．适用于少水的软岩或土质地层。2．适用于单层或高度不大的双层中小跨度隧道。1．适用于少水的软岩或土质地层。2．适用于大跨度地下工程。1．适用于上穿或下穿重要建筑物的隧道工程。2．适用于大跨度地下工程。防水质量柱顶防水工程施作困难。柱顶防水工程施作难度较大。柱顶防水工程施作难度较大。施工难度对空间较大的地下结构，施工难度大对空间较大的地下结构，施工难度大天梁的施工空间较小，难度大。施工速度施工场地小，工序多次转换，进度慢。施工场地小，工序多次转换，进度慢。施工场地小，工序多次转换，进度慢。沉降及抗浮较大，防止既有线上浮速度较慢。稍大，不能快速防止既有线上浮。稍小，能快速防止既有线上浮。废弃工程量工序多次转换，废弃工程量较小，约22.3m3/延米。工序多次转换，废弃工程量大，约25m3/延米。工序多次转换，废弃工程量大，约25m3/延米。造价高高高类似工程已完工的日本东叶高速线习志野台隧道，国家计委停车场。已完工的北京地铁“复八线”西单站。北京地铁五号线东四站暗挖段优越性一般一般较优越通过上述三种工法比较，各有其优缺点，也都有一定的不足，“侧洞法”是修建大跨隧道常用的方法，由于初次揭露的是两个侧洞，跨度小，且左右同步施工，对地表扰动较小，安全性较强，但侧洞法在中洞施工时，隧道侧洞所承受的偏压不利于隧道结构的稳定性，甚至可能引起二次衬砌开裂。“中洞法”采用“CRD”工法，按照“小分块、短台阶、早成环、环套环”的原则，稳扎稳打，步步为营，施工安全度高，但是地面沉降及影响范围与“侧洞法”相比要大。“中柱法”本身由中洞法演变而来，在继承了中洞法优点的同时，利用中柱洞二次衬砌形成稳定的支撑体系，可控制地表的沉降，使地层的沉降较小。但由于先期施工的左右柱洞内的底梁、钢管柱、天梁均为独立支撑体系，稳定性难以保证，可以通过在左右天梁之间架设拉压杆形成统一受力体系保证其稳定性。通过地层-结构模拟计算，侧洞法、中洞法和中柱法在结构受力等方面均能满足施工要求，结合站位环境——地处繁华路口、地下管线密集、且要过既有环线等重要地下构筑物，要求控制地层沉降严格，施工须要选用一种较稳妥的方案。综合比较认为，中柱法在具有中洞法优点的同时，利用中洞先形成拱盖，这样就形成了稳定的支撑体系，可控制地表的沉降，使地层的沉降较小，且采用中柱法使二衬及时形成稳定的受力体系，可以保证施工总是在安全的环境中进行着，风险相对较小。因此，选择中柱法作为实施的施工方案。4中柱法在实施中回避风险的重点措施为了回避施工中可能发生的巨大风险，克服施工难点，采取中柱法施工时，在实施过程应采取的重点措施：a.严注浆。自从在北京开始有“浅埋暗挖”工法以来，在施工中遵循“管超前、严注浆、短进尺、强支护、快封闭、勤量测”的十八字方针，重点体现该严格认真的就必须抓落实。严注浆是控制地面沉降的最行之有效的重要手段，其理由如下：①合理的注浆可以提前加固土层，提高围岩自稳能力；②及时的回填注浆可抑制因空隙所引起的土体下沉；③适当的洞内注浆可人为的抬高结构以上土体，使其整体上升；④注浆压力过小可能达不到注浆效果，压力过大又有可能引起地上隆起或者破坏周围结构或周边环境。因此注浆过程中应体现一个“严”字，应从工程地质、水文地质条件及周边环境等方面着手，认真研究工程对象、注浆材料、注浆设备和注浆工法，一旦注浆方案确定，必须严格执行，同时以监控量测确定是否采用抬升注浆。b.严格监控既有线上浮对既有线周边土体进行注浆加固，并对既有线两侧土体进行预应力拉锚，以防止既有线因卸载以后上浮。利用远程监测随时监控既有线结构及轨道上浮情况，以便及时进行处理。c.及时施作拉压杆左右中柱洞内的底梁、顶梁是两个独立系统，当中洞开挖以后，极易滑移变位，务必在中洞上部开挖以后，立即施作顶梁之间的拉压杆，然后再施作中洞顶部的防水及二次衬砌。在顶梁间施作拉压杆以后，在拉压杆安装应力应变计，以监测数据指导施工。5“中柱法”方案实施简况按“中柱法”方案实施以后，在施工中有效地回避了上述风险，并且成功解决了施工中的难点问题。现到举施工过程中某日反馈的各种信息加以说明，表2为2005年7月27日所反馈的施工信息情况。表22005年7月27日工程施工信息情况表Tab.2TableofinformationofconstructionbyJuly27,2005施工部位长度/m完成率/%监测项目数值/mm中柱洞初支58.892%K7+770最大地面沉降值49.0中柱洞衬砌58.892%轨道左线最大上升值8.03中洞初支58.892%轨道右线最大上升值1.77中洞顶板衬砌58.892%既有线结构左线最大上升值7.96中洞底板衬砌38.860.8%既有线结构右线最大上升值2.63侧洞初支33.552.5%--侧洞衬砌1015.7%--按上表工程施工信息所反馈情况，暗挖隧道中柱洞与中洞初支、衬砌已基本完成，侧洞初支已进入既有线正上方，地面交通、洞内施工以及既有线洞内运营均在安全有序的正常运转，安全和工程质量均在可控状态，工程进度能按计划完成，工期也在可控状态。