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1、软软- -可塑地层浅埋大跨断面地铁可塑地层浅埋大跨断面地铁 车站综合施工技术车站综合施工技术 软软- -可塑地层浅埋大跨断面地铁可塑地层浅埋大跨断面地铁 车站综合施工技术车站综合施工技术 二二00六年五月六年五月 中国铁建中国铁建 1、车站平、纵、横断面图和地质条件、周围环境简介 天坛东门站位于天坛东路与体育馆路丁字路口南侧，车站主体与天坛东路走向 一致，站址周围主要有天坛公园、天坛体育宾馆、国家体委招待所、崇文区少 年宫、109中学、天坛东里住宅区等建筑物。 8 99 8 天坛东门站全长191m, 为地下双层岛式车站，主体为三拱两柱双层结构，开挖 宽度23.776m，开挖高度15.066m，
2、主体结构采用中洞暗挖CRD法施工，采用降水和超 前支护等辅助工法，以保证车站在无水的条件下进行施工。车站区域地下管线较多， 影响范围内的有以下几种地下管线：雨污水管、自来水管、电力管道、电信管道、煤 气管道、热力管道、人防通道。车站段管线埋深多集中在地下1.05.5米范围，走向 与线路纵向近似平行。天坛东门站位于永定河冲积扇南部地带，地层由上至下以杂填 土、粉土层、粉细砂2层、中粗砂3层、粉质粘土、细中砂2层为主，局部夹 透镜体。车站平面及横断面图如图1所示。 在开挖天坛东门站主体中洞前，施工管棚进行超前地质勘探、车站掌子面开挖时涌泥 及初支喷砼表面渗漏水的情况来看，车站开挖掌子面所处地层含水
3、量丰富，围岩类型 为类围岩,该地层明显具有“高压缩性、高灵敏度、强度低”的特点，极易产生蠕动 现象，开挖后自稳能力极差，易坍塌，地面沉降难以控制，施工困难。原因分析如下： 从地表管线分析，在车站开挖轮廓上方存在污水管、雨水管、废弃的人防管道、 电力管沟及各种不明管线，且沿线降水井水均排至污雨水管中，如上述管线已破坏极 可能导致管内流水或降雨水渗透至地层中，长期浸泡，致使地层中的粉细砂土层呈饱 和状态，为软流塑状地层。 从地质条件看，车站开挖拱顶上方地层自下而上依次为粉土、粉细砂、粉土、杂 填土，由于较为致密的粉土层可认为是隔水层，上层滞水及降水很容易通过粉细砂层 至粉土层，由于管棚钻设过程中存
4、在仰角，长期浸泡致使管棚钻机钻进的上层地层呈 饱和状态，为软流塑状地层。由于雨污水管渗漏，上层滞水短期内无法疏干，大部分 地层处于饱水状态,属于软-可塑状地层。 2、总体施工方案简介 车站主体结构采用暗挖法中洞中隔壁法施工，主体隧道的开 挖步序主要为两大块，即把车站断面分为一个大中洞（里面包 含车站主体中跨的拱部、中层板、底板，两根钢管柱、两根底 纵梁及中纵梁、两根顶纵梁的大部分）和两个小侧洞（里面包 含车站主体两侧跨的二次衬砌、中层板以及顶纵梁的小部分） ，先施工大中洞（开挖、支护，施作梁、板、柱以及二次衬砌 ），然后施工两侧洞（对称开挖、支护，施作板、二次衬砌， 凿掉中洞临时支护，封闭二次
5、衬砌）。如附图所示。车站施工 重点控制地表沉降、管线保护，采取不同的施工方法，以小导 管或大管棚超前支护、注浆加固地层为主要手段，及时施作支 护体系。 ( ) 注 入 封 闭 浆 液 ( ) 注 浆 ( ) 插 入 套 管 ( ) 钻 孔 图3 注浆施工流程图 3、关键技术重难点 31 软可塑状地层加固，地下水处理方案 311 拱部管棚+密排小导管施工方案： 拱部采用超前大管棚加小导管劈裂注浆进行超前支护，注浆工艺采用计算机自 动控制土层分段注浆工艺，该工艺以从法国地基建筑公司(SoletancheBachy) 引进注浆自动控制监测系统为核心,通过计算机实时、动态控制和调整注浆过程中 的压力与
6、流量，能有效地完成注浆加固施工，实现注浆的高质量、高效率和高可 靠性。 注浆施工过程如图3所示，主要包括以下步骤： 成孔：根据设计要求成孔，要求定位准确，避免由于钻孔误差造成末端两孔 相通（图3a）。 插入注浆管：成孔插入PVC成品套管或者用钢管加工的注浆套管 （图3b），一般采用钻机钻孔套管跟进的方法，中空注浆芯管紧随注浆管以 及安装好的止浆塞（规则节长），一同置于注浆孔内密封； 施做止浆墙：在工作面挂网喷砼，形成不小于3050cm的止浆墙； 注入封闭泥浆：当钻孔达到设计要求后，利用管口或者后退式注浆法在孔 内注入封闭泥浆（图3c）； 注浆：待封闭泥浆初凝后，插入注浆芯管，启动SPICE系统
7、，按设计要求设 置最大压力、注浆总量等参数，进行分段注浆（图3d）； 根据SPIEC记录数据分析注浆效果，对不满足设计要求的进行补注浆； 结束注浆。 （3）施工机具（见表1） 施工机具表表1 名 称 注浆 机 浆液 搅拌机 传感 器 流量 计 注浆 活塞 注 浆 管 笔记 本计 算机 型 号 PH-15UBJ-4 数 量 22 1 12 11 （4）工艺特点 计算机实时、精确控制 配备先进的注浆自动控制系统SINNUS，可以利用计算机对注浆过程进 行实时控制，即时掌控过程中的任何细小变化，实时加以调整，使注浆 过程更加安全可靠。 注浆过程数据实时记录与反映 SPICE可以实时记录施工过程中采集
8、的注心压力和流量等数据，以图形 直观反映注浆过程与效果；同时方便工程回顾，积累工程经验，提高注 浆技术水平，也使注浆工程的隐蔽性透明化，为有效监理提供了可能性 。设备先进，性能优越 配备从法国地基建筑公司（Soletanche Bachy）引进的高性能的PH-15 注浆泵以及相配套的性能良好的栓塞，可以实现分步、多次注浆，能有 效提高注浆工程的质量、效率和可靠性。 适用范围广 适用于砂土层和粘土层的注浆加固，对于砂土层，一般选区用小压力 、大流量的渗透注浆方法，对于粘土层，选区用高压力、低流量的劈裂 注浆方法。当活塞内的压强将管壁上所套的橡皮圈压开时，浆液才从已 经开好的小孔内以极高的压强喷出
9、，从而对土体产生巨大压力差达到劈 裂效果，即使是极小渗透性的土体也可被浆液劈裂形成网状浆脉和透镜 体从而得到加固。加固效果如图4所示。 图4 天坛东门站中洞超前支护加固效果图 312 加强降水，查明漏水管线及地下水补给来源进行堵漏： 根据目前的降水方案，降水井均设置在天坛东路的辅道上，车站结构 两侧降水井间距达到38m，尤其是天坛东路东侧降水井，据结构东侧外 缘开挖线距离达11m，且两侧降水井均设计为两渗一抽，直接影响了对 车站中洞的降水效果，因此为疏干车站开挖拱顶的上层滞水，应采取 以下措施： 加强降水力度，由原来的两渗一抽全部改为降水井，加大抽水量。 由于目前施工的结构两侧的降水井间距较大
10、，可在中洞开挖拱顶上 方，即双向车道隔离带附近重新打设降水井，缩短两侧降水井的横向 间距，进一步疏干拱顶的上层滞水。 可在开挖前沿车站开挖中洞两侧打设渗水井，以使管线渗漏水或地 表降水能顺渗水井经过粉质粘土层（隔水层）甚至下面砂层中，保证 开挖面拱顶的安全。 请物探及管线产权单位等部门共同对该段地表的各类管线进行检查， 是否存在积水或渗漏水现象，并对已废弃的管线进行回填密实，破坏 的管线进行修补，确保该段管线没有大量渗漏水。 32 由风道交叉口采用明环暗梁方案开口进车站施工 天坛东门站交叉口（16.166m（高）*9.352m（跨度）开口进入车站（ 15.166m（高）*23.8m（跨度）及折
11、返线主体交接段是一个受力极为复 杂的特殊结构。 原设计交叉口方案为：在东南风道交叉口段施工至堵头墙后，分段拆除 格栅竖撑 ，浇筑交叉口段车站主体底板及底纵梁，然后分部拆除横撑、 竖撑，施作钢管柱、中层板、中纵梁、顶纵梁及边墙、拱部等，待交叉口 段车站主体结构施工完成后，破除格栅钢架进行车站中洞及折返线正洞施 工 东南风道交叉口进车站及折返线正洞施工本着确保安全、快速施工、经 济合理的指导思想，在车站及折返线正洞开挖破除交叉口段格栅之前，首 先在交叉口段施作车站开洞横向（垂直于车站主体方向，东西向，以下同 ）加强环框、折返线开洞加强环框及四道交叉口段纵向（平行于车站主体 方向，南北向，以下同）加
12、强环框，各加强环框与交叉口段格栅、横隔壁 相连接，在车站及折返线段正洞开挖及交叉口衬砌破除横、竖撑之后仍然 形成纵向及环向封闭整体，保证交叉口段的结构稳定。如图5，图6、图7 所示。变更方案有以下特点： 安全系数高，稳固。 横向加强环及纵向加强环不仅能够保证车站、折返线开挖时的安全，另外 在施作交叉口主体结构时仍有纵向加强环形成封闭整体，安全系数较高 ，比较稳固。 施工方便、施作速度快，对加快工期有利。 交叉口段的加强环部分采用车站及折返线的格栅钢架，便于提前加工，架 立速度快，可有效缩短加强环施作时间，另外在钢筋施作完成后，可直 接挂模，喷射砼，形成加强环。因此加强环施作时间约为20天即可完
13、成 。 加强环框的环向格栅与交叉口横撑焊联在一起，基本相平，出碴进料 运输方便，且运输通道比施作交叉口段主体结构方案多，有利于组织快 速施工。 与施工交叉口段主体二衬方案相比较，施工加强环框方案可利用原开 挖风道时的人员、机械、设备，节省资源调配费用。 采用该加强环方案后，在经过破口进入车站及折返线时，地表沉降仅为 28.5mm，结构未出现变形或裂缝现象,保证了施工、交通及地面管线构筑 物的安全。 23876 线 路 中 线 16166 线 路 中 线 1400 40003000300030003166 1876 2257 2823 施作加强环框方案施作加强环框方案 3.3 车站东南风道下穿电
14、力管沟、污水管道段断面过渡至交叉口断面施 工 东南风道挑高段（过污水管道、电力管沟）结构断面11.33m（高） *6.3m（跨度）变换为与主体结构交叉口断面16.166m（高）*9.352m （跨度），经过拱部抬高、两侧外扩、底部下挖由原电力管沟段的3个 断面渐变成10个断面（如图8所示 东南风道挑高段开挖断面对照图）， 该挑高段上方垂直距离1.57m有1000污水管道横穿，污水管流量较大。 施工中采用“小分块、短台阶、多循环、快封闭”的原则，由于本段既要挑 高又要外扩，且挑高与外扩的尺寸不成比例，由原过电力管沟段的3个断 面变成10个断面(如图9所示)：其中原部渐变为1、2、3、4部，原部
15、渐变为5、7部，原部渐变为6、8、9、10部。 考虑到施工实际，该段施工挑高按45度角左右一次挑高，采用密排管棚+ 密排导管+密排格栅+40cm网喷砼的施工方案，管棚施工由于打设角度较 大（4560），间距较密（20cm），施工难度较大，必须严格控制 每根管棚的仰角及外插角，严防管棚侵入开挖净空，并且必须保证超前 支护的注浆效果。 9352 300 500 4600 - 1008008002000 300 1400 16166 线 中 道 风 800 2782 3800 300 350 10000 R2500 113 路路 500 （轨面处） 线 中 600 12000（人防段） 12000（
16、人防段） 4200300 1100400 （轨面处） 线 中 1973 - 1400 线 2950 2861 人防 管内底高33.0 污水 管内底高+34.51 直径 1000 口径 20002000 电力 管内底高31.45 口径 15002000 500 300 6200 800 1200 500 1230 线 东南风道挑高段及交叉口段结构图 施工平面及纵剖面图施工平面及纵剖面图 8000 22176 线 路 中 线 7088 30000 113 15751 30000 线 路 中 线 15905 8624 7088 16166 8470 线 路 中 线 25308 12000（人防段） 12000（人防段） 10450 13000 风 道 中 线 3061 转弯段 变形缝 线 路 中 线 钢 板 钢 板 钢 板 钢 板 钢 板 转弯段 16166 9752 16732 50005000 图8图8 东南风道挑高前后格栅断面对照及过渡图东南风道挑高前后格栅断面对照及过渡图 电力管沟段断面电力管沟段
