214杨宪洞柱法施工在城市地铁施工中的应用.docx

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214杨宪洞柱法施工在城市地铁施工中的应用

洞柱法施工在城市地铁施工中的应用

中铁隧道集团二处有限公司杨宪

摘要：

以北京地铁15号线安立路站暗挖段初支施工为例，介绍浅埋暗挖洞柱法的施工技术，探讨洞柱法的施工关键和技术难点，并提出相应解决措施。

关健词：

地铁车站浅埋暗挖洞柱法

1引言

随着地铁施工技术的不断进步，地下工程界不断创新，提出许多浅埋暗挖施工方法，其中洞柱法就是很有代表性的一种工法。

该方法以底层预加固（处理）为前提，以锚、网喷支护为基础，充分发挥加固后的地层与初支体系共同受力，承受外部荷载，以监控量测手段指导施工，控制初支结构的拱顶沉降和收敛，确保开挖洞室和地面建筑物的安全。

与明挖法和盖挖法相比，浅埋暗挖发的最大优点是避免了大量拆迁、改建工作，减少了对周围环境的粉尘污染和噪声影像。

在城市中心地区，由于地面交通不允许长期中断，地面建筑物众多，地面施工场地狭小，不易改移，因此在地址条件允许情况下，将优先考虑采用浅埋暗挖法施工地铁车站。

2工程概况

本站中心里程K10+390.50，结构总长312.7.00m，其中暗挖段长70.1m，暗挖段最大开挖尺寸22.231×9.517m，分15个洞室开挖，钢管柱规格为φ700×20mm，钢管柱钢管法兰连接采用高强度螺栓承压型连接，高强螺栓的性能等级为10.9级，钢管柱内混凝土强度等级为C55。

暗挖段顶板覆土为10.4m，为单层三连拱结构。

车站暗挖段上方有φ1350污水管、φ1350雨水管、φ2000上水管、φ500燃气、φ150液化气、φ400上水管、φ600上水管、φ700中水管、φ2000废弃上水管、3400×2200雨水方沟、4200×2400雨水方沟、电力、通信、总参、总装通信线。

本站暗挖主体结构底板底面位于粉质粘土⑥层，暗挖主体结构拱顶位于粉细砂层④3层，拱顶距离④3层与③1层交界面0.1m~0.8m，暗挖主体结构自上而下穿越粉细砂④3层、粉质粘土④层、粉质粘土⑥层、粉土⑥2层、粘土⑥1层、粉质粘土⑥层。

3施工方法

初期支护的施工严格按照“管超前、严注浆、短进尺、强支护、快封闭、勤量测”的十八字方针指导施工，在监控量测中注意快速反馈。

安立路站结暗挖段长70.1m，顶板覆土为10.4m，为单层三连拱结构。

车站暗挖段施工采用东西两侧进洞的方式进行施工，东西两侧明挖结构第一组结构施工完成后方可破除围护桩进行导洞初支施工。

车站暗挖段的开挖采用“洞柱法”施工，该方法将整个断面开挖横向分为：

侧洞、有柱的柱洞和中洞共5个洞，共计15部。

整个车站暗挖段初支和二衬工序转换频繁，中洞开洞需要把中导洞内二衬结构施工完成，侧洞进洞需要把中洞内二衬结构施工完成。

暗挖段各个洞室进洞之前，需要在掌子面实施深孔注浆加固地层，覆盖粉细砂层。

然后采用台阶法施工中导洞1、2、3洞室初期支护，在中导洞1、2、3洞室内施做超前小导管注浆加固与4、5、6洞室之间土体。

中导洞施工完成后，在3、6导洞内施做底纵梁结构，底纵梁施工完成并混凝土强度满足设计和规范要求后，在1、4号洞室内往下吊运钢管柱，钢管柱定位后绑扎柱芯钢筋并浇筑混凝土。

钢管柱施工完成后在1、4号洞室内纵向分段施工天梁。

天梁混凝土强度达到设计要求后，进行中导洞7洞初支扣拱，初支扣拱完成后纵向分段施工二衬扣拱。

然后施工中洞8、9洞室的初期支护，中洞贯通后纵向分段施工底板衬砌，在天梁与天梁之间、天梁与中导洞之间安装钢支撑拉杆。

整个中间体系施工完成后，按照设计要求施工10~15洞室的初期支护，贯通后纵向分段施工侧洞衬砌，实现暗挖段主体结构贯通。

图1-1安立路站暗挖段施工工艺流程。

图3-1安立路站暗挖段施工工艺流程

3.1深孔注浆

车站暗挖段结构顶部均有较厚粉细砂层，自稳能力很差，易发生塌落现象，因此施工时加强对掌子面观察、做好超前支护、防止流砂。

对这些土层采用深孔注浆加固地层，注浆范围应覆盖整个粉细砂层。

如发现未覆盖粉细砂层时应加密注浆管，保证注浆效果，并应加强注浆效果的检测。

注浆范围详见图3-2阴影部位。

图3-2深孔注浆范围示意图

车站暗挖段深孔注浆加固范围分两部分，第一部分加固开挖轮廓线以外2.5m~3m范围，第二部分加固上台阶掌子面核心土以外区域。

深孔注浆试验段施工过程中，以上注浆加固范围不能保证初支施工安全时，适当加大注浆范围，上台阶整个断面进行注浆加固。

3.2超前地质预报

采用超前探管结合地质素描的勘探方法进行超前地质预报。

（1）在开挖过程中采用每5m做一地质素描图，形成电子文档并打印存档；当每一分部工程完成时，根据每5m所作的地质素描图，绘制地质纵断面图，地质纵断面形成电子文档并打印存档；

（2）区间隧道在下穿管线影响范围前暂停施工，自掌子面向拱顶和两侧打设6m长超前探水管，探测掌子面前方是否有水囊及地层含水量情况，每5m一个循环，用于指导施工。

如超前探孔表明前方存在水囊，则采取引排及注浆填充措施。

如地层含水量较大，应进一步采取地质探测措施，确定前方含水量较大的原因。

（3）超前探孔探测面前方不同位置地质情况，通过对铲头带出的土壤结构和包含物的辨别，判断前方地质情况和有无地下结构物情况；根据水文地质情况及地面调查判断附近污水管、雨水管、给水管有无漏水现象及渗漏水的大小等。

3.3小导管注浆施工

小导管超前注浆加固技术是浅埋暗挖隧道在软弱围岩施工中比较普遍的超前支护措施之一，小通过注浆工艺改善了土体的自稳能力，此技术对于隧道开挖防坍防塌、控制围岩变形及地表沉降有明显的作用。

（1）超前小导管

在深孔注浆按设计方案实施后，如仍不能保证管线及路面的安全，可采用小导管进行补强。

根据经验初步拟定为φ42×3.5mm热轧钢管，环向间距为200mm，管壁每隔100～200mm交错钻眼，眼孔直径6～8mm。

管头制作成尖头并封死，管尾末端焊接铁箍、且末端起500mm不用钻眼。

具体实施阶段根据实际情况适时组织现场确认。

（2）小导管加固中洞土体

车站暗挖段中导洞1、2、3洞室初期支护施工完成后，在1、2、3号洞室内往4、5、6号洞室打设超前小导管，小导管间距为400×400梅花型布置，小导管采用φ42×3.5mm，长2～3m。

详见图3-3所示。

图3-3中洞土体加固示意图

3.4土方开挖

3.4.1土方开挖施工

（1）柱洞土方开挖施工

车站暗挖段柱洞各洞室均采用台阶法环形开挖施工，开挖断面分上下两个台阶进行开挖，开挖每循环进尺为0.5m，台阶长度不小于5m，上台阶开挖留核心土，其正面投影面积不少于上台阶开挖面积的一半，纵向长度以2m为宜。

上台阶人工开挖，每一开挖循环长度不大于0.50m，下台阶根据实际情况选择机械或人工开挖。

开挖施工1号洞室先行，上下层导洞错开距离不小于5m，洞室4落后洞室3不小于5m。

图3-5中导洞初支开挖断面图

（2）中洞土方开挖施工

车站暗挖段中洞采用台阶法开挖施工，开挖断面分上下两个台阶进行开挖，开挖每循环进尺为0.5m，台阶长度不小于5m，上台阶开挖留核心土，其正面投影面积不少于上台阶开挖面积的一半，纵向长度以2m为宜。

上台阶人工开挖，每一开挖循环长度不大于0.50m，下台阶根据实际情况选择机械或人工开挖。

中洞格栅跟南北两侧中导洞格栅预留钢板相接，开挖过程中首先把连接板位置清理干净后方可开挖其它部位土体。

洞室9落后洞室8不小于3m。

图3-6中洞初支开挖断面图

（3）侧洞土方开挖施工

车站暗挖段侧洞采用台阶法开挖施工，开挖断面分上下两个台阶进行开挖，开挖每循环进尺为0.5m，台阶长度不小于5m，上台阶开挖留核心土，其正面投影面积不少于上台阶开挖面积的一半，纵向长度以2m为宜。

上台阶人工开挖，每一开挖循环长度不大于0.50m，下台阶根据实际情况选择机械或人工开挖。

侧洞格栅跟中导洞格栅预留钢板相接，开挖过程中首先把连接板位置清理干净后方可开挖其它部位土体。

开挖时上下层导洞前后落开不小于3~5m，两侧洞室对称开挖。

图3-7侧洞初支开挖断面图

3.4.2格栅钢架架立

待开挖轮廓修正合格后，及时铺设结构外层钢筋网片，进行格栅钢架架立，格栅钢架架立过程中需注意的事项如下：

（1）必须保证初支拱部高程，严格按照测量控制线进行拱顶标高控制。

（2）格栅钢架过程中必须严格控制隧道初支净空，保证隧道二衬结构的厚度。

（3）格栅钢架架立必须保证同榀格栅钢架里程同步，步距差不大于10mm。

严格按照测量放样同步里程控制同步里程。

（4）挂线绳实测格栅钢架架立后的垂直度，在不满足验收标准时及时进行调整直至满足要求。

（5）钢格栅连接螺栓紧固时应保证连接板密贴。

钢格栅连接除采用节点板螺栓固定外，还需在现场施工帮焊筋，帮焊筋数量、直径同格栅主筋，与主筋附着单面焊接10d。

（6）锁脚锚管采用φ42钢管，长3.0m。

每步开挖均应及时布设锁脚锚管，并注浆加固地层。

由于车站主体结构单层段分次开挖，因此在相应位置预埋后期剩余的格栅钢架连接钢板，采用四面围焊加固节点。

格栅连接节点必须按等强度加工、安装，以确保格栅钢架环的整体性，围焊无法实施时，则设置帮焊钢筋补强，帮焊筋与主筋同规格，与主筋间采用单面搭接焊，搭接长度10d。

3.5喷砼支护施工

格栅钢架架立及相关配套施工完成后及时进行喷砼支护。

为了降低粉尘，减少回弹量，提高喷射砼的质量，喷射砼采用潮喷法。

车站暗挖段喷射混凝土为C25，厚度为300mm和350mm，喷砼作业前，检查开挖断面尺寸，清除所有的松动岩石，并使岩面保持一定湿度，混合料应随拌随喷，喷射作业分段、分片、分层，由下而上，对称依次进行，拱部一次喷射厚度5～6cm，边墙一次喷射厚度7～10cm，分层喷射的间隔时间一般为15～20min。

喷射混凝土时先喷射钢拱架与基面之间的空隙。

喷射作业时先供风，再上料；喷射作业结束时先停料再停机、后关风。

为使施工搭接方便，每层下部30cm暂不喷射，并做45°的斜面形状。

每次喷混凝土完毕后，及时检查厚度，若厚度不够需进行补喷达到设计厚度，禁止将回弹料做为喷射料使用。

3.6初支背后回填注浆

初支背后回填注浆以初支与围岩的密贴为原则，浆液采用无收缩水泥浆液并根据地层及现场情况确定。

初支背后回填注浆主要起两个作用：

充填初支背后孔隙和对局部渗漏水出起止水作用。

车站暗挖段初期支护施工时上层导洞拱顶预埋φ42×3.25mm钢花管,每环3~5根，纵向间距3.0m。

注浆管采用φ42钢管制作，一端加工成圆锥形，注浆管长度0.8m，外露0.3m。

注浆管采用预埋法，将注浆管固定在钢拱架上，随钢拱架一起喷射混凝土时将注浆管固定，初期支护闭合成一定长度后,及时进行回填注浆。

扣拱与导洞之间拱顶形成三角区域很容易形成空洞，首先加强超前支护注浆，特别是三角区域注浆，并在三角区域埋设回填注浆管，开挖完成后及时进行回填注浆加固。

4监控量测

车站暗挖段拱顶为粉细砂，施工时易发突发性的涌泥、坍塌等不良地质问题。

工点范围内地下水丰富，承压水头高，地基土渗透系数大，地下水对地下工程施工及周围环境将产生不利影响，同时在施工影响范围内有多座重要建（构）筑物和地下管线，增加了施工难度，为确保地面建筑物，地下管线及施工本身安全，及时掌握暗挖区间结的稳定状态，和施工对周围环境的影响，需对施工全过程进行全面的监控。

为确保施工期间暗挖支护结构、周边建（构）筑物、地下管线、道路和其它设施的安全及正常使用，施工期间必须加强监控量测，做到信息化施工。

同时，通过施工监控量测掌握围岩、支护结构、场区周围建（构）筑物的动态，并及时分析、预测和反馈信息，以指导施工，必要时修改设计，确保工期和施工安全，并为以后工程做技术储备。

根据车站主体结构工程影响分区及工程安全等级，监测范围主要包括强烈影响区及显著影响区，不包括一般影响区。

施工期间若发生异常情况，如严重的涌水、涌砂、漏水、支护结构或邻近建（构）筑物或地下管线严重变形等，监测范围应适当加大。

从监测结果看：

整个施工过程中，马头门破除对其上方的土体扰动较大，而其余部位的施工，对地表影响相对较小。

安立路站施工时检测结果：

地表沉降值2~24mm，特殊点29mm；初支结构的拱顶沉降2~16mm，收敛值1~7mm.车站施工的沉降值在允许范围之内.

5体会与建议

（1）从北京地铁15号线安立路站暗挖段施工情况来看，由于车站结构所处的地质环境差，围岩自稳能力极差，加之上方管线较多，地面交通繁忙。

因此，在施工过程中对土体进行预加固十分重要。

对于沉降要求不高，地质较好部位，可以选用超前小导管方法；对于受力情况复杂，沉降要求较高的特殊部位，应考虑深孔注浆加小导管加固的方法。

（2）及时反馈监控量测信息，施工中成功的应用动态的技术管理和信息管理，能够起到良好的效果。

参考文献：

1.施仲衡：

《地下铁道设计与施工》西安，陕西科技出版社，1997

2.麻永华，贺善宁：

《建筑物下浅埋暗挖隧道施工技术研究》隧道/地下工程，2004（12）

3.钟桂彤：

《铁路隧道》北京，中国铁道出版社，2000