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1、地铁一次性暗挖换乘车站综合施工技术隧道分公司1 工程概况1.1设计简述黄庄车站位于中关村大街与知春路十字路口，为地铁四号线与十号线的换乘站，由于四号线与十号线车站同期设计、同期施工，为方便乘客换乘，两站设计成十字换乘站。四号线车站位于中关村大街下，呈南北走向；十号线车站位于知春路下，两站在平面上斜交。图1.1-2 四号线车站和十号线车站主体横断面图海淀黄庄十字路口路面交通异常繁忙，中关村大街机动车道及人行步道总宽为40.0m，路口处局部拓宽为50m，道路规划红线宽80.0m，路西侧为宽35m左右的绿地；知春路道路规划红线宽50.0m；中关村大街及知春路均已实现规划，黄庄站四号线车站和十号线车站
2、主体结构形式是顶部为三连拱的两层三跨框架结构，暗挖施工，四号线车站净宽21.5m，岛式站台宽度14m；十号线车站净宽21.6m，侧式站台宽度7.5m。黄庄站平面图见图1.1-1，四号线车站和十号线车站主体横断面图见图1.1-2。车站主体采用暗挖施工，车站主体为三连拱的两层三跨框架结构，由侧墙、梁、板、柱及三连拱等构件组成。纵向采用纵梁体系，中间设有两排800钢管柱，楼板及底板横向形成三跨连续结构。在板和梁、板和墙交界处设置受力斜托，以改善板的受力条件。主体结构侧墙为挖孔灌注桩加内衬墙重合结构，挖孔灌注桩作为施工期间的基坑支护，同时兼作永久结构受力的一部分，桩与内衬墙之间设置防水隔离层。拱顶采用
3、三连拱复合衬砌结构形式，初期支护为钢筋格栅拱、网喷射混凝土结构，二次衬砌为模筑钢筋混凝土结构，初期支护与二次衬砌之间设置防水夹层；二次衬砌采用纵梁体系。1.2周边环境及管线情况1.2.1邻近建筑物黄庄站1、4号风井及4号风道与中发电子大厦（30m高、地上9层、地下2层）基础水平距离仅3.6m，1、4号风井及4号风道施工势必对中发电子大厦造成不利的影响。1、4号风井及4号风道和中发电子大厦位置关系见图1.2.1。1.2.2管线情况黄庄站场区范围内管线密布，大大小小各种管线和地下构筑物多达56条管线，分属18家单位。测区范围仅井盖就有518个。尤其是东西走向的十号线车站，上方有13条管线（涉及上水
4、、燃气、电信、电力、热力、雨水、污水等各种市政管线），两侧还各有一条热力管沟和电力隧道。各种管线现状条件千变万化、千差万别，这些管线是黄庄车站施工最大的风险所在。十号线车站上方管线断面示意图见图1.2.2。1.3设计工法拟定1.3.1地铁车站施工方法简介地铁车站施工方法主要有：明挖法、盖挖法和浅埋暗挖法。明挖法施工要求场地条件空旷，交通流量小，管线少。盖挖法介于明挖法和暗挖法之间，除结构顶板采用明挖施工外，其余均采用暗挖施工。但盖挖法施工与明挖法施工一样，都受到场地条件、管线和交通限制。浅埋暗挖法施工在城市地铁施工中广泛应用，需要场地小，对交通影响小，管线可不改移或悬吊。1.3.2黄庄车站明挖
5、、盖挖施工和暗挖施工方案比选中关村大街与知春路下管线均较多，中关村大街下管线基本位于道路两侧，埋深较深；而知春路整条道路下均有管线，共有上水、燃气、电信、电力、热力隧道、电力隧道等多条管线和构筑物，这些管线均沿车站纵向布置，若采用明挖或盖挖施工，结构顶板埋深不能太深，管线必须改移，而知春路管线没有改移位置。另外十号线车站长度为156m，管线进行这么长距离悬吊难度太大，故十号线车站无法采用明挖或盖挖施工。四号线从十号线下方通过，十号线车站的埋深决定了四号线埋深较大，为6.85m（暗挖结构拱顶埋深）；如果四号线车站双层部分要采用明挖或盖挖施工，车站须设计成地下三层，受地下管线的限制，四号线与十号线
6、车站关系已定。且车站长度受两条线共用厅的限制，已压缩到最小，即使车站须设计成地下三层，也要这么长。故地下一层只能作为商业开发或自行车库使用，车站南北两端独立空间作为商业开发意义不大，若作为自行车库使用，车库的出入口无处放置，此外，双层车站已进入路口，现状道路交通十分拥挤，四号线车站双层部分要全部采用明挖或盖挖施工，对现状交通的干扰较大。因此，针对黄庄站特殊的管线和交通条件，只宜选择浅埋暗挖法施工。黄庄站四号线与十号线均为地下两层三跨拱形结构。根据国内外浅埋暗挖车站施工经验，除“PBA法”外，目前，常用的施工方法有“眼镜法”、“中洞法”、“侧洞法”等。“眼镜法”适用于断面宽度较大的单层结构，不宜
7、采用；“侧洞法”是修建大跨隧道的常用方法，但由于首先开挖两个跨度较大的侧洞，对地层干扰次数多，地表沉降大，施工风险亦较大；而“中洞法” 的中洞可以一次形成永久结构高度，无须体系转换，中洞施工采用CRD工法，较安全可靠且地面沉降可控制在设计要求范围内。“眼镜法”、“中洞法”、“侧洞法”都存在以下缺点：施工工序繁多，结构断面不经济且凿除量大、作业空间条件差、工程质量较难保证。而且黄庄站为十字换乘站，采用中洞法形成结构的侧墙为曲墙，换乘节点难以处理。为解决上述方法存在的这些问题，施工方案采用一种新的浅埋暗挖工法：“暗挖逆作法”。暗挖逆作法：暗挖逆作法源于盖挖逆作法与施工优化的PBA工法的有机结合。其
8、基本思想是通过暗挖形成结构的上层顶盖，采用逆作完成下层开挖及各层墙、板内衬。“暗挖逆作法”形成双层车站结构的墙体为直墙结构，换乘节点亦成为双层直墙结构与单层暗挖拱形断面相交，使节点区结构更趋合理，安全性更高。车站施工步序示意图见图1.3。1.4地质条件十号线车站和四号线地质纵剖面图分别见图1.4-1、图1.4-2。1.5主要工程量土方开挖25.7万方，回填3万方，砼12.6万方，钢材3万吨，建筑面积2万5千平方米。1.6主要工程特点地下管线密布，地上交通繁忙，地质条件差，周边环境复杂，结构设计多样，群洞效应显著，规模巨大，工序频繁转换，工期紧迫，被专家称为“结构最为复杂、工期最为紧迫、规模巨大
9、”的、一次性建成的暗挖地铁换乘车站。1.7施工工期及造价自2003年12月27日至2006年12月15日，中标价2.673亿元。2黄庄站综合施工技术研究针对黄庄站“地下管线密布，地上交通繁忙，地质条件差，周边环境复杂，结构设计多样，群洞效应显著，规模巨大，工序频繁转换，工期紧迫”的特点，结合施工实际，项目部从进场之初就着手进行施工筹划和方案研究，并在施工中不断优化施工方案，确定在施工中进行地铁换乘车站群洞开挖复杂结构综合施工技术研究，其主要内容包括：地层异常区探测及处理施工技术浅埋暗挖地铁车站管线群中126m长、159大管棚独头施作技术管线安全性评价、实测跟踪及监控量测综合分析施工技术目前黄庄
10、站四号线车站南、北两端侧三连拱衬砌施工完成，地下一层侧墙及中楼板衬砌施工完成，正在进行地下二层土体开挖。十号线车站主体两侧拱衬砌施工完成，正在进行中拱开挖支护施工。综合施工技术研究也已取得如下进展：地铁换乘车站群洞开挖复杂结构综合施工技术研究已经取得阶段性成果。159大管棚126m独头钻进一次性打设成功，精度控制在3以内，被专家称为“国内领先，行业一流”。黄庄车站施工期间管线安全性评价在国内率先采用实测跟踪技术，已取得突破性进展。地层异常区探测及处理施工技术、管线群中施工技术等在北京地铁在施的四号线、十号线、奥运支线、机场线中，被北京轨道交通建设管理公司树为典型，上述施工技术在四条地铁线路建设
11、中推广，并于2006年4月12日在黄庄站召开了四条线建设、监理、设计和施工单位参加的现场观摩会。3地层异常区探测及处理施工技术根据设计提供有关资料及现场调查结果，黄庄车站施工范围内地下管线众多，管线分布复杂，管线埋深1.0 8.8 m，各种市政管线尤其是上水管、雨水管及污水管等管线绝大多数存在渗漏现象，渗漏管线周边土体长期被水浸泡软化，而且由于翻修道路、管线施工等不同程度的造成土体扰动，形成空洞、松散、富水等地质异常区，上述地质异常区对地下结构施工安全造成很大威胁，施工风险极大。3.1空洞探测为查明黄庄站施工场区范围内特殊的地质情况，了解车站暗挖结构上方地层实际情况，消除地层异常带来的隐患，我
12、们在施工前邀请北京交通大学采用探地雷达设备进行了地层探测，探测工作使用美国劳雷工业公司物探部生产的SIR2000探地雷达系统，属SIR系列的最新级别，设备为便携式，包括主机、天线（适用于不同探测深度和精度的天线，15MHz-1.5GHz）、电缆、蓄电池等，同时还配有数据处理专用软件。该仪器能够提供一种安全、快速的勘察方法，不需要开挖，也不会造成对建筑物的破坏，已广泛应用于岩土工程勘察等方面，在城市地下管线探测中也有广泛应用。分别采用800MHz和400 MHz天线对地层情况探测，同时部分地段补充100MHz天线探测，测线总计423条，测线总长度9224.2m。探测以勘察钻孔揭示的地层情况为标准
13、，进行地球物理参数标定和该地层典型地层单元雷达信号标志的确定。经过对探测数据的处理和综合分析，获得场地内特殊地质（洞穴、局部富水区等）分布状况的相关数据资料，通过物探地质综合解释、分析认为，黄庄站场地12m以上地层存在部分松散区较多，主要是部分回填和杂填土欠密实，部分地段存在由于地层含水状况变化导致的富水区，主要有地质条件变化导致的上层滞水，部分管线渗漏导致的局部富水区等。另外部分地段分布有土层分布不均匀出现的土洞和既有松散区加空洞等特殊地质情况。3.2探测结果整理分析根据北京地铁黄庄车站地质异常区探测情况综合报告探测结果，经整理后统一进行分区编号，综合成果见黄庄车站地层异常分析汇总表（表3.
14、2）和异常区平面布置图（图3.2）。地铁黄庄车站地层异常分析汇总表 表3.2检测区域异常区 编号里程平面范围（m2）影响深度(m)异常现象特性I区LI-1K20+383.2K20+394.711.55.61.02.5位于600mm的自来水管线区，土层含水量高异常，土体结构不均匀LI-2K20+410.9K20+432.321.46.50.53.5位于600mm的自来水、电信、雨水（砼）和污水（砼）等管线密集分布区，地层结构不连续，土层松散或土质结构不均LI-3K20+444.9K20+457.112.210.00.54土层松散或土质结构不均，土层含水量高异常（可能洞穴）LI-4K20+435.
15、6K20+446.310.76.50.53.5位于600mm的自来水、电信、雨水（砼）和污水（砼）等管线密集分布区，地层结构不连续，土层松散或土质结构不均（可能洞穴）LI-5K20+389.7K20+402.212.54.01.56雨水、污水管线影响区，地层结构不连续，土层松散或土质结构不均（可能洞穴）LI-6K20+389.3K20+398.49.13.40.53.5地下反射异常（可能洞穴）LI-7K20+424.5K20+432.46.111.81.06地下反射异常（可能洞穴）LI-8K20+399.6K20+402.23.47.52.57上层滞水区LI-9K20+435.6K20+446.310.76.50.53.5位于600mm的自来水、电信、雨水（砼）和污水（砼）等管线密集分布区，地层结构不连续，土层松散或土质结构不均LI-10K20+382.1K20+379.45.12.14.06.0上层滞水区LI-11K20+376.3K20+387.413.35.52.07.5水管渗漏富水区区L-1K20+529.7K20+549.
