北京地铁五号线东单站暗挖隧道施工方案.docx

北京地铁五号线东单站暗挖隧道施工方案胡曦波(中铁隧道集团北京地铁五号线 06标项目部 , 北京100005 )摘 要 : 就大型地下暗挖车站的施工方案进行了研究探讨 ,主要对比了中洞法 、侧洞法 、中柱法各自不同的优缺点 ,根据东单站的具体情况 ,最终确定了中柱法作为实施方案 。并对中柱法这一新型的施工开挖方法进行了介绍 ,为以后类似工程提供借鉴 。关键词 : 地铁暗挖车站 ;施工方案 ;中柱法中图分类号 : u231 + . 3文献标识码 : bcon struction schem e of m ined tunnels ofd ongdan sta tion of l ine 5 of be ijing m etrohu x i2bo( p ro ject h eadqua rters of c on tract s ection 06 of l ine 5 of b eijing m etro, c h ina r a ilw ay tunnel g roup, b eijing 100005, c h ina )a b stra c t: in th is a rtic le, d iffe ren t con struc tion schem e s of la rge2sca le unde rground m ined m e tro sta tion s a re stud ied. the advan tage s and d isadvan tage s of cen tra l d rift m e thod, side d rift m e thod and cen tra l co lum n m e thod a re comp a red. o n ba sis of the ac tua l cond ition s of dongdan sta tion, cen tra l co lum n m e thod is se lec ted a s the fina l con struc tion m e thod.the new excava tion m e thod, i. e. the cen tra l co lum n m e thod, is a lso de sc ribed in the a rtic le, wh ich can p rovide refe r2ence fo r fu tu re sim ila r wo rk s.key word s: m ined m e tro sta tion; con struc tion schem e; cen tra l co lum n为站厅层 ,地下二层为站台层 ,两端部明挖长度分别约为 69. 2m 和 71. 4m ,开挖宽度为 2 3. 0 8m , 覆土厚度2. 3m。车站中部为单拱两柱三跨暗挖隧道结构 ,单层工程概况北京地铁五号线东单站位于建国门内大街与东单 北大街、崇文门内大街相交的十字路口东侧 ,南北向布 置。下穿交通繁忙的建国门内大街 , 上跨一号线王 (府井 ) 东 (单 )区间 ,车站总长 204. 4m ,车站中心里 程 k7 + 781. 51。车站两端是明挖框架结构 ,地下一层1站台层 ,暗挖段长度为 63. 8m ,开挖宽度为小覆土厚度 5. 5m。如图 1、图 2所示。23. 9m , 最图 1 车站纵断面图 (单位 : mm )f ig. 1 longitud ina l p rofile of dongdan sta tion ( un it: mm )收稿日期 : 2005 - 08 - 29修回日期 : 2005 - 11 - 10作者简介 : 胡曦波 ( 1960 - ) ,男 ,湖南常德人 , 1982 年毕业于长沙铁道学院铁道工程专业 ,学士学位 ,高级工程师 ,现从事隧道与地下工程施工技术管理工作。第 1 期胡曦波北京地铁五号线东单站暗挖隧道施工方案45缘距下方的区间隧道隔断门东侧变形缝仅 2. 9 8m ,暗挖隧道东侧边缘距一号线东单站西端变形缝为5. 29m。如图 3 所示 。 站区地处北京永定河冲洪积扇轴部 ,地势平坦 ,微有起伏 ,地面标高在 44. 27m 45. 50m 之间 ,车站范围内地层主要为 : 表层为人工填土 , 厚度为 3m 6m , 其 下为第四纪全新世地层 ,厚度为 15m 20m ,之下为晚新世地层 。暗挖隧道穿越的地层自上而下主要有 : 人工填土、粉土、粘质粉土 、圆砾层、粘土层、中粗砂层 ,其 顶板位于粉土层 ,底板位于圆砾层 ,结构主体上半部分 主要处于粉土层。没有断层活动迹象 ,地震基本烈度为 8 度。图 2 东单暗挖车站横断面图 (单位 : mm )f ig. 2 c ro ss2sec tion of m ined dongdan sta tion ( un it: mm )车站暗挖隧道初支底部距王 (府井 ) 东 (单 ) 区 间隧道支护顶部的土层厚度仅 0. 5m ,暗挖隧道西侧边图 3 东单站暗挖段与 1号线剖面位置图 (单位 : mm )f ig. 3 sp a tia l re la tion sh ip be tween m ined sec tion of dongdan sta tion and existing line 1 of b e ijing m e tro ( un it: mm )站区地下水有三层 ,第一层为上层滞水 ,位于地面下 3. 7m 7. 6m 范围 ,水位不稳定 ,受地层结构 ,大气 降水和管线渗漏水影响而变化 ;第二层为潜水 ,位于地面以下 16. 50m 20. 10m 之间。主要分布在粉细砂层、圆砾层中 ; 第三层为承压水 ,水头埋深在 19. 8m 22. 19m ,含水层为圆砾层以下的土层。车站暗挖隧道 结构主要受上层滞水和潜水影响 。模式转换复杂 ,增加了维护隧道结构稳定性的难度 ,隐含有衬砌结构出现纵向、环向裂缝的风险 ,稍有不策 ,将酿成大祸 。因此维护隧道结构的稳定性尤为重要。卸载以后对一号线区间隧道的影响不可轻视。 五号线东单站暗挖隧道从一号线区间隧道上方跨过 , 底部开挖以后 ,既有区间隧道的覆土厚度仅为 0. 5m , 而且下方区间隧道在五号线东单站暗挖隧道的东西侧 附近有一条变形缝 。区间隧道处于地下承压水位中 , 在暗挖隧道开挖卸载以后 ,将产生向上推力 ,有可能引 起区间隧道防水层破裂 ,对一号线行车产生大的影响 , 此风险级别较高。因此 ,区间隧道因卸载以后产生的 危害应引起高度重视 。工期紧迫 ,增加了施工组织的难度。五号线东 单站市政 、电力 、电信及地面建筑物和设施繁多、复杂 , 许多设施的拆迁、改移、保护影响主线上的进度。为了 确保工期 ,务必在施工过程中精心组织 、合理安排 ,把 确保安全质量放在首位 ,并确保建设工期。2. 2工程难点根据东单站暗挖隧道工程特点 ,施工中存在的风 险决定了本站在施工中存在如下难点 :需严格控制地面沉降 ,以确保建国门内大街道 路结构不遭破坏 ,同时确保行车交通安全。设计要求 ,工程特点及难点22. 1 工程特点由地铁五号线东单站暗挖隧道所处的地理位置和 结构形式以及工程地质和水文地质情况 ,决定了本工 程不同于其它工程的特点。地处市中心的交通要道 ,行车繁忙 ,确保交通行 车安全十分重要 。北京地铁五号线是北京市重点工 程 ,也是 2008年第 27 届奥运会配套工程 ,东单站暗挖隧道从交通繁忙的建国门内大街下穿过 ,存在施工中 出现坍塌引发交通事故的巨大风险 ,故要求在东单站 暗挖隧道施工中务必确保安全 ,做到万无一失。暗挖隧道的结构形式决定了施工过程中维护隧 道结构稳定性的难度和重要性。五号线东单站暗挖隧道初支结构是单拱大跨度 ,断面尺寸大 ,形状扁平 ,覆 土浅薄 ,开挖初支步序繁多 ,各初支步序之间结构力学 1994-2014 china academic journal electronic publishing house. all rights reserved. 46隧道建设2006 年 2 月 第 26 卷地表允许最大沉降值 30mm。既有地铁一号线在车站暗挖隧道开挖卸载以 后 ,要确保一号线隧道及轨道隆起变形控制在 20mm以内。大跨度扁平隧道在施工过程中 , 务必维护隧 道结构的稳定性 , 确保隧道结构衬砌无纵向和环向 裂缝 。4 部完成 ;侧洞初支分成 6 块 ,两边各三块 ,对称施工 ,衬砌分侧洞底板和拱墙 2 部施工 (参见图 4 ) 。3. 2侧洞法侧洞法为施工图设计推荐方案 。侧洞法将暗挖隧 道的施工步序简单描述为先侧洞后中洞。即 : 先将隧 道的两侧含柱洞开挖初支衬砌完毕 ,然后再进行中洞 的开挖初支衬砌施工 。侧洞初支分 12块对称施工 ,衬 砌分 4 部 。中洞初支分 3 块从上往下施工 , 衬砌分 2 部施工 ,先顶拱后底板 (参见图 5 ) 。3. 3中柱法中柱法为专家调研推荐方案 ,中柱法将暗挖隧道 的施工步序简单描述为先中柱后中洞再侧洞施工。 即 :先将隧道的两柱洞开挖初支衬砌完成 ,然后进行中 洞初支衬砌施工。中柱初支分 6 块对称施工 ,衬砌分 底梁和中柱天梁 2 部完成。中洞初支分上中下 3 块 , 衬砌上下 2部施工 ,侧洞初支分成 6块对称施工 ,衬砌 分侧洞底板和拱墙 2 部施工 ,中柱法实际是由中洞法 演变而成的施工方法 (参见图 6 ) 。施工方案比选根据地铁五号线东单站暗挖隧道工程的特点和施 工中的难点 ,确定施工方案 ,既要考虑克服施工中的难 题 ,将风险降低到最小 ,又要考虑工期需要和节省投资 , 因此 ,在决策时务必十分谨慎 ,本暗挖隧道先后经历了 几个施工方案的比选 ,最终确定按“中柱法 ”施工。3. 1中洞法中洞法为初步设计推荐方案 ,中洞法将暗挖隧道 的施工步序简单地描述为先中洞后侧洞施工 ,即先将 隧道的中部含两柱开挖初支衬砌完毕 ,以后再进行两 侧侧洞开挖初支和衬砌。中洞初支分成 6 块 ,衬砌分3图 4 中洞法施工步序图f ig. 4 ske tch of con struc tion sequence of cen tra l d rift m e thod图 5 侧洞法施工步序图f ig. 5 ske tch of con struc tion sequence of side d rift m e thod 1994-2014 china academic journal electronic publishing house. all rights reserved. 第 1 期胡曦波北京地铁五号线东单站暗挖隧道施工方案47图 6 中柱法施工步序图f ig. 6 ske tch of con struc tion sequence of cen tra l co lum n m e thod3. 4方案比较三种施工方案的比较参见表 1。表 1 施工方案比选表tab le 1 comp a rison of d iffe ren t con struc tion schem e s项目中洞法侧洞法中柱法1. 有 5 个洞室 , 两个柱洞先行 , 快 速建立起梁柱支撑体系 ,然后中洞 扣拱可较早形成中间相对稳定的结构。2. 分块多 ,工序多 ,沉降较小。3. 废弃工程量最大 ,造价高。1. 适用于上穿或下穿重要建筑物 的隧道工程。2. 适用于大跨度地下工程。柱顶防水工程施作难度较大。 天梁的施工空间较小 ,难度大。施工 场 地 小 , 工 序 多 次 转 换 , 进度慢。稍小 ,能快速防止既有线上浮。工序多次转换 , 废弃工程量大 , 约25m3 /延米。高1. 中洞先行 ,建立起梁、柱支撑体系 ,然后施 作侧洞。2. 分块多 ,工序多 ,多次扰动 ,地面沉降大。3. 废弃工程量大 ,造价高。1. 有 5 个洞室 ,两个侧洞先行 ,然后施作中洞。2. 分块多 ,工序多 ,多次扰动 ,地面沉降适中。3. 废弃工程量大 ,造价高。主要特点1. 适用于少水的软岩或土质地层。2. 适用于单层或高度不大的双层中小跨度隧道。柱顶防水工程施作困难。 对空间较大的地下结构 ,施工难度大 施工场地小 ,工序多次转换 ,进度慢。 较大 ,防止既有线上浮速度较慢。工序多次转换 ,废弃工程量较小 ,约 22. 3m3 /延米。高已完工的日本东叶高速线习志野台隧道 , 国 家计委停车场。一般1. 适用于少水的软岩或土质地层。2. 适用于大跨度地下工程。适用范围防水质量施工难度 施工速度 沉降及抗浮 废弃工程量造价柱顶防水工程施作难度较大。对空间较大的地下结构 ,施工难度大 施工场地小 ,工序多次转换 ,进度慢。 稍大 ,不能快速防止既有线上浮。3工序多次转换 ,废弃工程量大 ,约 25m /延米。高类似工程已完工的北京地铁“复八线 ”西单站。北京地铁五号线东四站暗挖段。较优越优越性一般通过上述三种工法比较 ,各有其优缺点 ,也都有一定的不足 ,“侧洞法 ”是修建大跨隧道常用的方法 , 由 于初次揭露的是两个侧洞 ,跨度小 ,且左右同步施工 ,对地表扰动较小 , 安全性较强 , 但侧洞法在中洞施工时 ,隧道侧洞所承受的偏压不利于隧道结构的稳定性 ,甚至可能引起二次衬砌开裂。“中洞法 ”采用“crd ” 工法 ,按照“小分块 、短台阶、早成环、环套环 ”的原则 ,稳扎稳打 ,步步为营 ,施工安全度高 ,但是地面沉降及影响范围与“侧洞法 ”相比要大。“中柱法 ”本身由中 洞法演变而来 ,在继承了中洞法优点的同时 ,利用中柱洞二次衬砌形成稳定的支撑体系 ,可控制地表的沉降 ,使地层的沉降较小。但由于先期施工的左右柱洞内的底梁、钢管柱、天梁均为独立支撑体系 ,稳定性难以保证 ,可以通过在左右天梁之间架设拉压杆形成统一受 力体系保证其稳定性 。通过地层 - 结构模拟计算 ,侧洞法 、中洞法和中柱法在结构受力等方面均能满足施工要求。结合站位环 境 地处繁华路口 、地下管线密集、且要过既有环线等重要地下构筑物要求控制地层沉降严格 ,施工须要 选用一种较稳妥的方案。综合比较认为 ,中柱法在具有中洞法优点的同时 ,利用中洞先形成拱盖 ,这样就形 成了稳定的支撑体系 ,可控制地表的沉降 ,使地层的沉降较小 ,且采用中柱法使二衬及时形成稳定的受力体 系 ,可以保证施工总是在安全的环境中进行着 ,风险相 1994-2014 china academic journal electronic publishing house. all rights reserved. 48隧道建设2006 年 2 月 第 26 卷对较小。因此 ,选择中柱法作为实施的施工方案。压杆安装应力应变计 ,以监测数据指导施工。5“中柱法 ”方案实施简况按“中柱法 ”方案实施以后 ,在施工中有效地回避 了上述风险 ,并且成功解决了施工中的难点问题。现 列举施工过程中某日反馈的各种信息加以说明 ,表 2 为 2005年 7月 27 日所反馈的施工信息情况。按表 2工程施工信息所反馈情况 ,暗挖隧道中柱 洞与中洞初支、衬砌已基本完成 ,侧洞初支已进入既有 线正上方 ,地面交通、洞内施工以及既有线洞内运营均 在安全有序的正常运转 ,安全和工程质量均在可控状 态 ,工程进度能按计划完成 ,工期也在可控状态。表 2 2005年 7月 27日工程施工信息情况表tab le 2 tab le of info rm a tion of con struc tion by j u ly 27, 2005中柱法在实施中回避风险的重点措施为了回避施工中可能发生的巨大风险 ,克服施工 难点 ,采取中柱法施工时 , 在实施过程应采取的重点 措施 :( 1 )严注浆自从在北京开始有“浅埋暗挖 ”工法以来 ,在施工 中遵循“管超前、严注浆、短进尺、强支护 、快封闭、勤 量测 ”的十八字方针 , 重点体现该严格认真的就必须 抓落实。严注浆是控制地面沉降的最行之有效的重要手段 ,其理由如下 :合理的注浆可以提前加固土层 ,提高围岩自稳 能力 ;及时的回填注浆可抑制因空隙所引起的土体下 沉 ;适当的洞内注浆可人为的抬高结构以上土体 ,使其整体上升 ;注浆压力过小可能达不到注浆效果 ,压力过大 又有可能引起地上隆起或者破坏周围结构或周边 环境。因此注浆过程中应体现一个“严 ”字 ,应从工程地 质、水文地质条件及周边环境等方面着手 ,认真研究工 程对象、注浆材料 、注浆设备和注浆工法 ,一旦注浆方 案确定 ,必须严格执行 ,同时以监控量测确定是否采用 抬升注浆 。( 2 )严格监控既有线上浮 对既有线周边土体进行注浆加固 ,并对既有线两侧土体进行预应力拉锚 ,以防止既有线