CN101440708B - Pba浅埋暗挖近距离大断面三洞分离岛式结构施工方法 - Google Patents
Pba浅埋暗挖近距离大断面三洞分离岛式结构施工方法 Download PDFInfo
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Abstract
Description
PBA浅埋暗挖近距离大断面三洞分离岛式结构施工方法
技术领域
[0001] 本发明属于城市地铁车站设计与施工技术范围。特别涉及一种PBA浅埋暗挖近距 离大断面三洞分离岛式结构施工方法。具体说车站主体工程的“近距离大断面三洞分离岛 式结构”的施工，是对浅埋暗挖车站洞桩法施工技术的发展与创新应用，是对车站区域的合 理划分和使用功能的进一步优化，也是对施工技术提出的新的、大胆的挑战。
[0002] 本发明找到并证明了浅埋暗挖近距离大断面三洞分离车站主体结构的最佳施工 步序，验证了洞内钢支撑技术、台阶法技术、土体注浆加固技术等施工技术的应用与创新， 是本发明得以顺利实施的必要保证，群洞效应的危害得以较大程度的消解和控制，洞室结 构变形和地面沉降得以有效控制。本发明标志着城市地铁浅埋暗挖车站的设计与施工水 平，以其实用性、科学性、安全性及高效性，有着较好的推广应用价值，必将在城市地铁建设 中发挥巨大的作用。
背景技术
[0003] 洞桩法技术，是在不具备明挖条件下城市地铁车站设计与施工的首选技术。多年 来，广大科技工作者不断的优化、创新，洞桩法技术的应用日益广泛，对我国城市地铁建设 贡献巨大。但洞桩法技术在浅埋暗挖车站设计与施工中的应用，却一直没有摆脱“多洞室分 部开挖”的理念。由于浅埋暗挖车站大洞室结构较多，距离近、小洞室频繁开口又频繁立体 交叉，在施工中仍然存在围岩遭到频繁扰动、结构与围岩的变形和沉降控制难度大、群洞效 应明显等困扰，使洞桩法施工技术未得到更好的应用，其优势没有发挥出来。
发明内容
[0004] 本发明的目的是提供一种PBA浅埋暗挖近距离大断面三洞分离岛式结构施工方 法，其特征在于：按下列步骤进行：
[0005] (1)对包括左侧洞、中洞和右侧洞的三洞室主体结构端部横通道施工，为中洞、中 洞拱脚小导洞、中洞拱部大管棚和侧洞施工创造条件；
[0006] (2)主体中洞拱脚小导洞施工，以钻孔灌注方法进行洞内围护桩、桩顶冠梁施工， 及洞内模筑中洞两拱脚初支结构施工；
[0007] (3)小导洞开挖30m后，左右侧洞开挖与初支结构施工，左右侧洞和中洞间土体注 浆加固施工，及左右侧洞二衬结构施工；
[0008] (4)左右侧洞二衬结构完成30m，并且在完成中洞两拱脚初支结构模筑后，中洞拱 部中段采用大台阶法全断面一次开挖、初支结构一次成拱，至此，中洞拱部三段初支结构合 拢完成；
[0009] (5)中洞拱部未开挖面平整和硬化，搭设满堂脚手架、木模架及小钢模组合型模 架，施工中洞拱部二衬结构，不含中板；
[0010] (6)中洞拱部二衬结构施工40m后，逐层安装钢支撑、逐层全断面进行中洞下部土 方开挖；中洞下部土方开挖完成40m后，从下向上逐层、逐段拆除钢支撑，进行中洞下部二衬结构即底板、边墙、中板的施工；
[0011] (7)在中洞大洞室结构完成后，再进行中洞和左右侧洞三洞室的横向连通道及外 连通道施工；
[0012] (8) 120m中洞拱部超长大管棚的打设采用“有线仪器定向、一次性跟管钻进”施工工艺。
[0013] 本发明的有益效果就在于解决了城市地铁浅埋暗挖近距离大断面三洞分离岛式 车站主体结构的总体施工步序，钢支撑等多项技术的组合应用与创新，解决了浅埋暗挖高 大断面洞室全断面开挖诸多技术难题，回避了多洞室分部开挖的施工速度慢工期长、对围 岩产生多次扰动结构与地面沉降控制难度大等诸多缺陷，最大限度地降低群洞效应的不利 影响，较好地实现了城市地铁浅埋暗挖近距离多洞室的立体交叉与平行作业。本发明大大 简化了施工工艺，提高了施工进度，施工中群洞效应得以有效控制，对围岩的扰动程度大大 降低，结构与围岩的变形和沉降均得到了较好的控制，保证了施工安全和施工质量，验证了 浅埋暗挖车站近距离多洞室的施工步序的科学性和合理性，较好地拓展了洞桩法施工技术 的应用空间。
附图说明
[0014] 图1为近距离大断面三洞分离岛式结构横断面图。
[0015] 图2为三洞分离岛式主体结构与端部风道位置关系图。
[0016] 图3为浅埋暗挖近距离大断面三洞分离岛式结构施工流程图。
[0017] 图4为洞内钻孔灌注桩施工示意图。
[0018] 图5为中侧洞间土体注浆加固示意图。
[0019] 图6为中洞拱部初支结构施工示意图。6-1为小导洞内模筑中洞边拱初支结构施 工，6-2为中洞拱部中段初支结构施工。
[0020] 图7为中洞拱部二衬结构施工示意图。
[0021] 图8为钢支撑安装与中洞下部结构土方开挖示意图。
[0022] 图9为钢支撑安装与中洞下部结构土方开挖示意图。
[0023] 图中：1-中洞 2-左右侧洞 3-侧洞初支结构 4-侧洞二衬结构 5-中洞围 护桩 6-桩顶冠梁，7-中洞拱部初支结构 8-中洞拱部二衬结构 9-中洞下部二衬结 构 10-端部横通道初支结构，11-风道临时初支结构 13-中洞拱部大管棚 14-护筒 15-现场改装的反循环钻机，16-注浆加固区17-中洞边拱背后充填（与边拱一同浇注） 18-模筑的中洞边拱（初支结构）19-满堂脚手架20-中洞边拱上方砼充填（与拱部中 段初支结构砼一同完成）21-中洞拱部上台阶土方22-中洞拱部第二台阶土方23-中 洞拱部下台阶土方，24-小导洞内临时初支结构。25-中洞拱部土方落底沈-中洞小导洞 内侧初支结构27-木模架28-中洞拱部预埋工字钢29-单轨移动电葫芦30-中洞三 道钢支撑31-分层开挖中部拉槽线，32-二衬结构施工缝33-后浇带（中洞上下部分二 衬结构之间）。
具体实施方式
[0024] 本发明提供一种PBA浅埋暗挖近距离大断面三洞分离岛式结构施工方法。采用的技术方案是：对于城市地铁浅埋暗挖近距离大断面三洞分离岛式结构车站的施工，是通过 中侧洞间土体注浆加固、中洞大管棚、钢支撑技术等技术的组合应用以及CRD法、台阶法等 多项暗挖技术的创新应用，合理地组织中洞、左右两侧洞多工序立体交叉平行作业。依照下 列步骤进行
[0025] (1)主体结构三洞室（左侧洞、中洞、右侧洞）端部横通道施工，为中洞、中洞拱脚 小导洞、中洞拱部大管棚和侧洞施工创造条件。
[0026] (2)主体中洞两拱脚小导洞施工，为洞内围护桩（钻孔灌注）、桩顶冠梁施工创造 条件，并在小导洞内模筑完成中洞两拱脚初支结构（中洞边拱）。
[0027] (3)左右侧洞（轨行洞）开挖与初支结构施工，并在侧洞内实施中侧洞间土体注浆 加固（为中洞下部结构施工创造条件），之后实施侧洞二衬结构施工。
[0028] 说明：小导洞开挖30m后，进行左右侧洞开挖。中洞小导洞暗挖、洞内围护桩及桩 顶冠梁、模筑中洞两拱脚（中洞边拱）初支结构形成流水作业；侧洞暗挖、侧洞和中洞间土 体注浆加固、左右侧洞防水与二衬结构施工形成流水作业，两侧洞若干工序形成平行作业； 上述两条施工流水线形成立体交叉平行作业。左右侧洞二衬结构完成30m并中洞两拱脚初 支结构模筑完成后，进行中洞拱部中段土方开挖。
[0029] (4)中洞拱部中段（大台阶法）全断面一次开挖成拱。在大管棚的掩护下，经过 钢格栅的精心加工与工前拼装检验，以及对中洞初支结构钢格栅连接方式的优化（拱部中 段两节格栅之间螺栓连接、与两边拱格栅之间焊接连接），对中洞拱部中段上台阶土方采取 (大台阶法）全断面一次开挖、初支结构一次成拱，中洞拱部剩余土方分两层（全断面）开 挖，同时将中洞小导洞内侧壁初支结构拆除。
[0030] 说明：至此，中洞拱部三段初支结构合拢完成。
[0031] (5)中洞拱部土方开挖完成后，将未开挖的土层面进行平整和硬化；采用满堂脚 手架、木模架及小钢模组合模架体系施工中洞拱部二衬结构（不含中板），并于中洞拱部设 计安装单轨吊装运行系统。
[0032] 说明：中洞拱部二衬结构施工40m后，进行中洞钢支撑安装和下部土方开挖。中洞 拱部二衬结构与中洞下台阶土方开挖形成立体交叉、平行流水作业。
[0033] (6)逐层安装钢支撑、逐层全断面进行中洞下台阶土方开挖；从下向上逐层、逐段 拆除钢支撑，进行中洞下部二衬结构（底板、边墙、中板）施工。
[0034] 说明：钢支撑安装与中洞下台阶土方开挖，形成纵向、竖向流水作业；钢支撑的拆 除与中洞二衬结构施工，形成纵向、竖向流水作业；两条施工流水线，形成纵向平行流水作 业。中洞结构形成了 “先施作拱部、再施作下部”施工步序。中洞下台阶土方23开挖完成 40m后，可开始二衬结构施工。
[0035] (7)在较大洞室结构完成后，方可进行“近距离大断面三洞室（中洞和两侧洞），， 的横向连通道及外连通道的施工。
[0036] 上述车站主体结构近距离三洞分离洞间距5. 45m。
[0037] 上述中洞开挖宽度14.細，开挖高度15. 5m ；上部为拱形结构，下部为直墙结构。
[0038] 上述洞内钢支撑分布于中洞下部结构范围，纵向间距3m，层间距2. 5〜3. 0m。
[0039] 上述120m超长大管棚的打设采用“有线仪器定向、一次性跟管钻进”施工工艺。
[0040] 上述左右侧洞和中洞间土体注浆加固采用袖阀管后退式注浆工艺。对中粗砂〜卵石层，采用普通水泥单液浆（0.8 ： 1)和普通水泥水玻璃双液浆（1 ： 1)。对粉细砂〜粘土 层，采用特种超细水泥单液浆（1 ： 1)和特种超细水泥水玻璃双液浆（1 ： 1)。
[0041] 上述大跨洞室拱部上方的地下管线和地层空洞、地层松散区的检测采用探地雷达 GPR技术。
[0042] 上述侧洞采用扁平式CRD工法进行土方开挖和初支结构施工。
[0043] 上述大跨洞室拱部初支结构由三段（两拱脚初支结构和中段初支结构）分三步实 施完成。
[0044] 上述大跨洞室拱部中段采用全断面开挖、一次成拱技术，并与两侧边拱初支结构 连接成拱。
[0045] 上述大跨洞室拱部初支结构钢格栅的连接为中段格栅之间螺栓连接、中段格栅与 两拱脚格栅焊接连接。
[0046] 上述大跨中洞下部结构土方全断面开挖，采用“中间拉槽、纵向分段（段长20m)、 竖向分三层（层高:3m士）”实施开挖。
[0047] 上述中洞二衬结构采用满堂脚手架、木模架与定型建筑钢模组合模架体系。
[0048] 上述拱部二衬结构，高度5. 05m, 一次浇注完成；下部二衬结构高度9. 05m,按底 板、边墙、边墙与中板三步浇注完成，拱部与下部二衬结构之间设后浇带高度1.0m，一次浇 注完成。下面结合北京地铁十号线光华路（金台夕照）站的施工予以说明。
[0049] 北京地铁十号线光华路（金台夕照）站主体结构为浅埋暗挖近距离大断面三洞分 离岛式结构。暗挖洞室特征及分布为：中洞初支开挖宽度14. ^!、开挖高度15. 5m，为单洞高 大断面大洞室结构；中洞左右为行车侧洞，采用标准CRD法施工；三洞室的最小距离5. 45m, 三洞室向外设8个横向连接通道；在中洞两拱脚处须设两个小导洞，以进行中洞围护桩和 中洞边拱施工。具体实施如下：
[0050] 1.三洞分离岛式车站主体结构。如图1、2所示，
[0051] 三洞分离岛式结构为中洞1的两侧分别设置左右侧洞2 ；在中洞1的开挖轮廓外 设置中洞围护桩5和桩顶冠梁6，在中洞拱脚小导洞初支结构12洞内施作；在中洞拱部开 挖轮廓线外设置中洞拱部大管棚13，在端部横通道初支结构10内施作；在中洞拱部初支结 构7内侧设置中洞拱部二衬结构8，在中洞围护桩5内侧设置中洞下部二衬结构9 ；侧洞初 支结构3内侧设置侧洞二衬结构4。
[0052] 2.主体结构端部横通道施工。如图2所示
[0053] 车站主体结构端部结构为横通道即风道的部分结构，采用4层8导洞CRD工法施 工。在端部横通道初支结构10上开洞，采用标准台阶法进行中洞拱脚小导洞初支结构12 施工；在端部横通道初支结构10内，进行中洞拱部大管棚13施工；在端部横通道初支结构 10上开洞，采用扁平式CRD工法进行左右侧洞2施工；在端部横通道二衬结构施工完成后， 进行中洞拱部中段土方开挖及初支结构施工，后进行中洞拱部二衬结构8和中洞下部二衬 结构9施工。
[0054] 3.施工步序。如图3所示
[0055] 浅埋暗挖近距离三洞分离岛式结构的具体施工，首先完成车站主体结构端部风道 的土方开挖和端部横通道初支结构10、临时初支结构11，在端部横通道初支结构10内开洞 进行中洞拱脚小导洞土方开挖与初支结构12、小导洞内临时初支结构M施工，后在小导洞
712内连续进行中洞围护桩5及桩顶冠梁6施工并模筑中洞边拱初支结构18 ；之后进行中洞 拱部中段土方开挖和初支结构施工，在中洞拱部初支结构7完成后施作中洞拱部二衬结构 8 ；随后分层分段进行中洞三道钢支撑30安装和中洞下部土方23开挖，在中洞拱部土方落 底25完成后进行中洞三道钢支撑30拆除和中洞下部二衬结构9施工。
[0056] 4.小导洞内钻孔灌注桩、桩顶冠梁施工。如图4、如图6所示
[0057] (1)采用桩端后压浆技术，将围护桩5桩长缩短（1/3)为16m;灌注桩直径800mm 间距1.2m，施工步距“隔2打1”。
[0058] (2)根据小导洞净空的大小及作业面限制，进行反循环钻机15现场改制与安装， 安装护筒14 ；改型后钻机尺寸为：宽度2. 3米，高度3. 8米。现场改制反循环钻机15为电 传动自带反循环设备，扭距40knm，可施工800mm、1000mm两种桩径。小导洞内设明沟排水和 集中抽排，采用IT卷扬机进行钢筋笼的吊装下放，采用地泵进行砼的输送和灌注。
[0059] (3)常规方法进行桩顶冠梁钢筋绑扎和砼浇筑，施工流水段长40m。
[0060] 5.中洞大管棚施工。如图6所示
[0061] 采用FDP-15B水平钻机钻孔进行大管棚施工。因过街天桥桩基的影响，采用“有线 仪器定向，一次性跟管钻进”工艺进行120m超长大管棚13施工。
[0062] 6.中侧洞间土体注浆加固。如图5所示
[0063] 选用后退式袖阀管注浆工艺对中侧洞间土体16进行注浆加固，注浆管管径 Φ 38mm。对中粗砂〜卵石层，采用425#普通水泥单液浆（0.8 ： 1)和普通水泥水玻璃双液 浆（1 ： 1)；对粉细砂〜粘土层，采用特种超细水泥单液浆（1 ： 1)和特种超细水泥水玻璃 双液浆（1:1)。
[0064] 7.中洞拱部结构施工。如图6、图7所示
[0065] 中洞拱部初支结构由三段组成，分两步实施完成。
[0066] (1)小导洞内模筑中洞边拱18施工。施工流水段长40m。中洞边拱18的格栅与 冠梁6预埋件栓接连接，格栅安装后通过内外双层纵向分布钢筋连接；搭设满堂脚手架19、 支设模板，进行砼17浇筑。为简化工序，对模筑中洞边拱18与小导洞初支结构12之间的 空穴的填充（中洞边拱上方砼充填20)与模筑砼一次完成。中洞模筑边拱18上方与小导 洞拱部初支结构12之间的空穴的填充，与中洞拱部中段初支结构7的喷射砼一次完成。
[0067] (2)中洞拱部中段开挖与初支结构施工。逐榀开挖，步距500mm。
[0068] 中洞拱部初支结构7钢格栅，进行逐环加工，工前须进行逐榀组装检验；
[0069] 中洞拱部中段超前小导管打设，注浆加固拱部围岩；
[0070] 中洞拱部中段，横向按“先两侧、后中央”的顺序全断面进行上台阶土方开挖，留置 核心土 ；下台阶分两次开挖完成并同时拆除两个小导洞的内侧初支结构26。最大限度地加 快施工速度，最大限度地减少对围岩的扰动次数。
[0071] 中洞拱部初支结构7的中段部分两榀格栅之间采用栓接连接，以加快施工进度； 中洞初支结构7的中段与边拱之间的格栅连接采用焊接连接，以逐榀消除两侧边拱的安装 误差，切实保证中洞拱部初支结构7每榀格栅的安装质量。
[0072] 中洞拱部初支结构7中段部分砼喷射。
[0073] (3)中洞拱部二衬结构8施工。施工流水段长度20m。
[0074] 中洞拱部未开挖土层的平整和硬化；柔性外包防水的铺设，钢筋安装绑扎；同时预埋工字钢28(单轨移动电葫芦锚固件）；满堂脚手架19+木模架27+建筑钢模板组合体 系搭设；采用泵送的方式进行中洞拱部二衬结构8砼灌注。
[0075] 8.中洞下部结构施工。如图8、图9所示
[0076] (1)钢支撑30安装与中洞下部土方开挖。流水段长20m，竖向分三层施工。
[0077] 采用小型挖掘机对中洞下部结构第一层土方进行“中部拉槽” 31，采用移动电葫芦 29进行钢支撑的运吊进行第一道钢支撑的安装；之后，挖出第一层的剩余土方。
[0078] 采用同样的方法，进行第二、第三道钢支撑安装和第二、第三层土方开挖，直至中 洞全部土方（中洞拱部上台阶土方21、中洞拱部第二台阶土方22、中洞拱部下台阶土方23) 开挖完成。
[0079] (2)钢支撑30拆除与中洞下部二衬结构9施工。纵向施工流水段长20m，竖向分 四个施工流水段。槽底验槽后，进行中洞下部二衬结构9的底板（钢筋绑扎、模板与支架搭 设）施工；纵向施工流水段长40m。满堂脚手架19、建筑钢模板组合体系搭设，留二衬结构 施工缝32 ；采用移动电葫芦四拆除第三道钢支撑，进行中洞下部二衬结构9的边墙施工；
[0080] 采用同样的方法，进行第三道钢支撑的拆除和中洞下部二衬结构9的边墙与中板 施工；
[0081] 拆除第三道钢支撑，进行中洞拱部二衬结构8与中洞下部二衬结构9之间“后浇 带” 33、二衬结构施工缝32施工。
[0082] 本发明有如下优点和积极效果：
[0083] 本发明合理计划与组织近距离大断面三洞分离岛式结构以及端部横通道、出入口 通道、中侧洞间联络通道的施工顺序，较好地实现了城市地铁浅埋暗挖车站近距离大断面 多洞室的立体交叉与平行作业，验证了浅埋暗挖车站近距离大断面多洞室的施工步序与施 工方法的科学性和合理性。
[0084] 本发明最大限度地降低群洞效应的不利影响，结构变形和地面沉降能够得到较好 的控制；本发明施工组织更为合理，大大简化了施工工艺，提高了施工进度，施工安全、快 速；本发明实现了多种施工技术特别是钢支撑技术与洞桩法技术的组合应用，相关技术的 创新与应用也取得了较好的效果，为该施工步序的顺利实施提供了重要保证。
[0085] 本发明较好地拓展了洞桩法施工技术的应用空间，为以后城市地铁车站的设计与 施工提供了新的思路，具有较高的参考价值。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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Granted publication date: 20110720 Termination date: 20141219 |