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1、桩柱支承法修建浅埋暗挖大跨度地铁车站工法 一、前言修建浅埋暗挖大跨度地铁车站选择合理、安全、可靠的施工方法至关重要。在修建北京地铁“复八”线王府井车站时，遇到了砂类土层、地下水丰富等不良因素，如果采用“眼镜法”施工，极易因流砂引起洞体沉降量过大甚至造成坍塌，为此我们首次采用了桩柱支承法。桩柱支承法是利用水位线以上的地层开设小导洞，在小导洞内施工钻孔桩，然后经过一系列的受力转换进行其他部位的施工，因此也称为“洞桩法” 。二、工法特点1充分利用无水的地层进行有水部位地层的作业，避免因长期降水引起的费用增大和地表沉降，有利于保护地下水资源。2依靠钻孔桩作支护，稳妥、安全，确保沉降量控制在 30mm
2、以内，避免“眼镜法”大洞群、多方位、多层次开挖引起地面沉降量过大的缺陷。3可减少混凝土的拆除工程量(较“眼镜法”减少 15) ，造价适中，经济合理。4有较大的施工空间，可利用机械开挖，增加平行作业工作面，有利于提高工效，加快施工进度。5可以做到结构外侧防水层全封闭，消除渗漏隐患。三、适用范围 1单拱跨度大于 9m 及多拱大跨度暗挖地下通道、车站、停车场、商场及类似工程。2地表沉降量控制较严、防渗漏要求较高的暗挖地下工程。3砂类土、淤泥质土、地下水位高等不良地层的施工。4水位线以上有开设小导洞的地层空间。四、桩柱支承法施工原理桩柱支承法由王府井地铁车站所处的特殊地理环境所促成：砂类土质，主体结构
3、有 9m 在水位线以下，不利于“眼镜法”施工；“ 眼镜法”施工在长期的开挖过程中，进行大面积、深层次的降水，费用高昂，且不利于周围建筑物的稳定，也不利于保护水资源；如果采用“盖挖法” ，长安街上不允许设围挡。如此就产生了把“盖挖法”的原理迁往地下的设想，即在小导洞内施工钻孔桩，在钻孔桩上做上弧初期支护( 上弧初期支护类似变异后的“盖挖法”顶盖) ，由 钻孔桩来承受上弧荷载并抵抗侧壁压力，如此形成类似“盖挖法”的操作空间 ，施工 过程中用类似“眼镜法” 的原理进行受力转换。这样把两种工法结合起来运用，既吸取了“ 盖挖法”桩柱受力承重好、能开展大空间开挖的优点，克服其破坏路面及地下建筑物的缺点，又
4、吸取了“眼镜法”防水层能全封 闭的优点，克服其多洞室、易坍塌的缺点。由设想到进一步的分析、计算，逐步完善后形成了桩柱支承法这一工法。五、桩柱支承法施工程序及施工要点1施工程序施工从总体上可分为竖井、横通道及车站主体两大部分( 不包括出入口、风道)，在施工顺序上有一部分是穿插进 行的，见图 1。(1)竖井、横通道部分。竖井、横通道是为车站主体施工服务而设置的临时结构(主体结构完工后，一部分要破除、回填 )，其作用：一是为人员、机械、材料、出土提供施工通道；二是为小导洞、上弧掘进等车站主体施工提供作业面。其设置需要考虑设备、净空、施工运距、工期、效益、 环境等综合因素(在有条件时，可结合出入口、风
5、道的 设置综合考虑，综合利用)，以王府井站为例做法分三步：1)竖 井施工 竖井净空宽 5.5m，长 12.4m，深 18m。采用钻孔桩、锚喷混凝土护壁，龙门提升架出土，模注钢筋混凝土衬砌( 预留横通道开口位置)，井口设加强环，逆作法施工。井口及井内 设出土提升架、电葫芦、步梯及风、水、电、通 风、下料等管 线。2)横通道施工 横通道净空宽 9m，高 7m，长 50m。在机横通道位置破除护壁桩后，打小导管注水玻璃浆固结地层，采用中隔壁四步法开挖，格栅网喷混凝土支护，初期支护施工完毕后破除中隔壁、临时仰拱( 此时横通道仅做初期支护部分)，至此，可 进行车站主体部分小 导洞、钻孔桩、桩顶纵梁施工。3
6、)横通道与正洞立体交叉结构施工 此处拱顶共做三次结构：横通道初期支护；立体交叉结构；车站主体防水、二衬。横通道的作用是为了施工小导洞、钻孔桩、 桩顶纵梁。立体交叉 结构是为上弧开口及车站主体施工受力转换而设置的特殊临时结构，它依靠钻孔桩、桩顶纵梁为基础进行支撑(见图 2)。立体结构施工完毕后即可进行正洞主体部分的上弧掘进。(2)车站主体部分。车站主体施工按自上而下(开挖、支护) 、自下而上(防水、二衬)的顺序进行，共归纳为九个步骤(见图 3)。1)施工小导洞。在横通道侧壁按小导洞净 空尺寸(小导洞宽 4m，高 5m，端部加长 4m 以利于钻孔桩施工)开口破除初期支护，洞口周边设钢筋混凝土加强环
7、进行加固。小导洞；施工采用小导管注浆加固地层、上下台阶法开挖，格栅网喷混凝土支护。2)施工 钻孔桩。采用“洞桩法” 施工，周 边钻 孔桩中 0.6m，深 17.6m，间距 1.0m；中桩 1.25m，深 26m，间距 3.0m；中桩定位避开中层板横梁位置。3)施工 桩顶纵梁( 中桩处桩顶纵梁底部应高出中层板面不小于 0.3m，以利中层板施工)。桩顶纵梁上部预埋格栅(应考虑上弧管棚法施工抬高段的角度)，施工小导洞范围内的上弧初期支护，边导洞外侧回填，中导洞两拱脚之间设钢支撑。4)上弧掘进。在此之前施工横通道与正洞立体交叉 结构，以开创作业面。上弧掘进根据地质条件采用管棚法或小导管注浆法开挖，格栅
8、网喷支护，要严格控制地表沉降。5)土方开挖。提前进行地表井点降水，洞内剩余地下水采取抽、堵、排综合治理措施。用挖掘机开挖，锚杆、网 喷混凝土支护，矿斗车轨道运输，上坡处采用卷扬机牵引。在上弧拱脚处设第一道钢支撑( 钢支撑底部高出中层板 1.2m，以利于中层板施工)，在第一道钢支撑与基底之间设第二道钢支撑。6)基底封闭。对基底采用打管注浆、绑扎 钢筋、灌注混凝土进行封闭。7)防水板、二衬施工。结构外侧施做 ECB 柔性防水层，从下至上分别施工底板、边墙、下 层钢管柱、中 层板、上层钢管柱、芯梁、 边拱。在施工边墙之前，第二道钢支撑割掉 1.0m，边墙施工完毕后恢复第二道钢支撑。在中层板施工完毕后
9、，拆除第一道、第二道钢支撑。底板、中层板遇中桩处进行预留。8)中孔上弧掘进。采用小导管注浆后进行开挖，格 栅网喷混凝土支护。架设中孔钢支撑，破除初期支沪及中桩，要严格控制地表沉降。9)施作中拱防水和二衬。方法同边拱。拆除中孔 钢支撑，进行底板、中层板堵补，施工站台墙、站台板、步梯，完成全部主体工程。2施工要点(1)“洞桩 法”施工(仅以中桩为例)。施工程序：在原导洞底板混凝土上开口埋设护筒钻机就位钻孔斗清孔验收下钢筋笼及导管灌注水下混凝土。桩位置如图 4。1)开口及埋设护筒。经专业测量人员施测 定位并放出护桩后用风镐破除原导洞底部钢筋混凝土，开挖尺寸合格后埋入钢护筒( 护筒 491.4m，厚1
10、0mm，长 1.5m)，护筒外回填粘土、分层夯实， 护筒高出地面 10cm。也可以采用 15cm 厚现浇混凝土护筒，这样护筒可以连续施工，以提高施工进度，避免钢护筒拔不上来。2)钻 机就位。钻孔顺序为隔孔施钻，防止邻孔新灌混凝土受强力振动而破坏。钻头要严格对位，其对中误差要求小于 10mm。钻架支撑要牢固，不允许摆动、偏斜。钻机选用 6222 改进型冲击反循环钻机，钻头为专用配套笼式钻头。3)钻 孔。钻孔前，应将护筒内泥浆调至适当稠度，开孔 时钻头对准孔中心，采用紧大绳、小冲程、不 间断冲击，以确保开孔垂直、 圆顺，待 钻头冲击平稳后再加大冲程，连续冲凿。造孔作业时，严格操作，经常检查、测孔，
11、按规定取样；及时补水、投泥，保持泥浆面标高及适当的稠度，以防出现掉钻、卡钻、塌孔、斜孔等故障。4)护 壁泥浆及钻碴处理。造孔用泥浆采用孔内填粘土，利用冲 击钻头的往复冲击作用进行造浆。反循环钻头中间设有 12cm抽浆管，并配套砂石泵，边钻孔边抽泥浆，抽出的含碴泥浆采用 JHB100 改进型泥浆净化处理机进行分离，净化后立即返回孔内，不间断循环，废碴集中排出洞外。5)清孔。钻孔深度达设计标高后，立即进 行清孔，清孔采用与钻机配套的抽浆管、砂石泵将孔底淤积物直接抽至泥浆净化处理机进行分离净化，泥浆稠度为 1.05、粘度为 19S、含砂率小于 4、沉碴厚度小于 30cm 后为清孔合格。6)钢 筋笼的
12、制作与安装。钢筋笼在地面按每 节 3.3m 长加工，主筋接头错开 50，错开长度 35d(d 为钢筋直径)。下钢筋笼时，采用钻架吊装，上、下节钢筋接头密贴后，焊接 10d(焊缝按规范要求 )。接头所有钢筋焊接完毕，经现场技术人员检查合格后，再继续下一循环的操作。7)下 导管、浇注水下混凝土。各节导管的 连接应牢固、紧密，导管放入孔内必须垂直，导管底标高控制在距桩底 0.4m 处。混凝土用拌合机拌合，输送泵配合输送管将混凝土送入料斗。首盘应拌合一定数量的高强度等级砂浆，以免堵塞混凝土输送管。第一次灌注混凝土数量应经计算，确保钻孔桩内的混凝土埋住导管下口 0.3m 以上。灌注采用球内胎法排除导管内
13、泥水。浇注过程中应经常测量混凝土面的标高，使导管保持埋入混凝土深度 0.81.5m，核对混凝土面的上升速度与实际浇注混凝土量是否一致。浇注应连续施工，不得中断，发现问题及时分析原因，采取相应的措施。最后一斗混凝土应有足够的压力和数量，使其挤出表面泥浆及含泥混凝土，露出新混凝土。浇注结束后，及 时取出钢护筒，清除桩顶表面泥浆。(2)车站主体与出入口、风道交叉处结构施工。出入口、风道结构宽度为 1012m。在施工南、北 导洞内桩顶纵梁、预埋格栅、导洞回填时，要考虑车站主体与出入口、风道交叉处的施工方法。1)设 交叉处结构的目的是：在出入口、风道拆迁不到位、 车站主体未进行防水、二衬的情况下，从车站
14、内向外开挖出入口、风道；减少不必要的导洞内回填、破除。假如在二衬上部做一次平顶支护结构：一是导洞上部净空尺寸不够；二是结构伸进上弧拱部近三分之一，不安全；三是跨度大，耗费资金太大，所以还是施作交叉结构为好。2)需要考虑的因素：防水板必须全封闭；保证正洞上弧拱脚有牢固的支承点；出入口、风道开挖后，车站支护结构稳定，不引起位移。3)施工方法( 以出入口为例) 。采用平板跨越法施工，即在施工顶板纵梁、预埋格栅、导洞回填时，预留出入口结构宽度( 仅在预留处桩顶做 0.3m 高的纵梁)，提前施工出入口二衬顶板，靠二衬顶 板来支承上部荷载。在导洞外侧出入口外轮廓线打管注浆以利下步开挖。顶板两端各加长 2m
15、，坐落在两端的桩顶纵梁支座上，板底跨度内适当设钢支撑。顶板与拱、边墙接茬处预留甩筋。顶板外侧周边及支座处采用 EVA 柔性防水卷材全封闭，接茬处预留 0.51.0m 宽。顶板防水层上部内侧预埋短格栅、外侧绑扎1.01.0m 圈梁钢筋、回填 C20 混凝土，通过 短格栅来连接并支承上弧拱脚的压力，通过圈梁钢筋混凝土将开挖出入口后上弧产生的侧压力传递到支座上，以保持结构的稳定。待车站主体防水、二衬及出入口开挖完毕后施工出入口底板、边墙。施工顺序：导洞外侧打小导管、注浆；施工桩顶纵梁及支座；支座及支座以上做防水层、保护层；施工底板钢支撑：立模板、安设顶板外侧止水带；绑扎及预埋钢筋；灌注顶板混凝土；顶
16、板上部做防水层、保护层；顶板预埋短格栅、绑扎圈梁钢筋；顶板上部回填 C20 混凝土，采用输送泵输入；车站主体防水、二衬施工及出入口开挖；施工出入口底板及边墙防水、二衬，详见图 5。(3)土方开挖施工。土方开挖施工重点解决以下问题：1)井点降水。在车站两侧(长安街两侧绿地内)设滤井、抽水井，井深30m，直径 0.6m，间距 15m。滤井、抽水井交错布置，滤井内设滤管、填碎石，抽水井内设滤管、潜水泵。另外每隔 100150m 设一回灌井，井深以穿透地层深处的隔水层为原则，隔水层以下设滤管，隔水层以上设普通混凝土管。滤水井周边的地下水集中渗入降水层，通过抽水井集中抽出后排入回灌井内，压入地下深层(见图 6)，以利保护水资源。 2)开挖。采用挖掘机分两步进行开挖，顺 序由西向东，采用矿斗车运输，设斜坡道卷扬机牵引。边挖边进行边墙支护、架立钢支撑。在开挖过程中，地层中有部分剩余地下水顺边墙流出，处理方法：挖
