软可塑状地层浅埋大跨断面地铁车站综合施工技术VIP

1、软-可塑地层浅埋大跨断面地铁车站综合施工技术 李克金隧道分公司摘要：本文介绍了在软可塑状地层采用中洞法施工大跨浅埋车站的技术重难点，主要就超前支护及水处理、断面转换、施工通道与中洞开口部位的施工方案及控制地表下沉的技术措施、顶纵梁及拱部施工、施工过程中围岩和支护结构应力、变形信息的实时监控等进行了重点叙述。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。图1 天坛东门站平面及横断面图天坛东门站全长191m, 为地下双层

2、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，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

3、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

4、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

5、砌，凿掉中洞临时支护，封闭二次衬砌）。如图2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。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(Soletanche Bachy)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。（2）工艺施工流程注浆施工过程如图

6、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）。图3 注浆施工流程图插入注浆管：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，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

7、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芯管笔记本计算机型号PH-15UBJ-4数量2211211（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

8、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，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

9、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，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

10、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

11、、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

12、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

13、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。3.3 车站东南风道下穿电力管沟、污水管道段断面过渡至交叉口断面施工图8 东南风道挑高段开挖断面对照图东南风道挑高段（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。图9 2.1-3电力管沟段断

14、面挑高段施工完毕后断面施工中采用“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（45°60°），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。34 天坛东门站中洞结构顶纵梁施工

15、图10 中洞顶纵梁结构图 中洞顶纵梁结构如图11所示，接；机械连接接头具有操作简单、可施做需求空间小头等多种优点，另外该种A型接头允许在同一截面内； 顶纵梁为型钢混凝土组合梁，采用木板+PVC板组合板，自制钢拱架的模板支撑体系。端头模板使用如图12所示。图12 中洞顶纵梁模板支撑结构图35 CRD法暗挖车站拱部分离式台车衬砌工艺13所示 天坛东门站中洞主体结构横断面）间隔4m拆除7m，第一循环的拱部施作长度4m竖隔壁，台车需要分为左、右两图14 天坛东门站中洞拱部分离式台车安装图部分，当台车推行至浇筑砼位置后，左、右两部分台车拼装成为一个整体；如图14所示；采用跳槽施工分离式台车的衬砌方法施工

16、完成的拱部衬砌质量与相邻标段（采用组合钢模板（长度1.5m*0.3m）+工字形支架）进行比较，施工表面质量明显提高，无常见砼质量缺陷，错台小，且整体观感明显较好；采用跳槽施工分离式台车的衬砌方法施工完成的拱部衬砌质量与相邻标段（采用组合钢模板（长度1.5m*0.3m）+工字形支架）进行比较，由于采用轨行式台车形式，比起小模板衬砌（每次模注完成后，须重新拆除模板，架立支架模板）施工速度较快，直接节约工期25天，对于我标段本身工期较为紧张的事实起到了缓解作用；节约工费145834元。3.6 各监控量测项目数据及分析361典型沉降曲线及分析(包括各工序的分解)天坛东门站地表监测点示意图如图15所示，

17、累计沉降中洞上方平均122.66mm，最大194.77mm，中洞开挖平均引起沉降79.37mm，占64.7%，中洞衬砌期间沉降7.53mm，占6.1%，侧洞开挖引起沉降35.76mm，占29.2%；侧洞上方平均97.43mm，最大150.95mm，中洞开挖平均引起沉降40.67mm，占41.7%，中洞衬砌期间沉降6.32mm，占6.5%，侧洞开挖引起沉降50.44mm，占51.8% 。地表沉降曲线如图16所示。地表沉降数据分析：截至2005年4月10日天坛东门站地表K4+862.63点CJ3-6累计沉降值达到-145.14mm根据如图所示，其中天坛东门站中洞（起始点里程为K4+800），开挖至

18、该里程为2004年1月20日，初测日期为2004年1月11日， 截止至2004年5月15日天坛东门站中洞开挖完毕，该观测点的累积沉降量为-78.24mm，占总沉降量的53.9%；截止至2004年11月20日天坛东门站主体结构施工完毕，该观测点的累积沉降量为-85.78mm，在2004年5月15日至2004年11月20日期间沉降量为-7.54 mm，占总沉降量的5.2%；截止至2005年3月25日天坛东门站侧洞开挖完毕，该观测点的累积沉降量为-144.73mm，在2004年11月20日至2005年3月25日期间沉降量为-58.6mm，占总沉降量的40.4%；从 2005年3月25日至2004年4

19、月10日累计沉降量为-145.14mm；由以上数据可以看出，中洞及侧洞开挖对地表沉降起关键性的影响作用。图15 天坛东门站地表监测点示意图图16 天坛东门站地表沉降时态曲线图拱顶沉降：截至2005年4月10日天坛东门站里中洞拱顶K4+862点ZCJ08累计沉降值达到-53mm，根据如图所示，其中天坛东门站中洞（起始点里程为K4+800），开挖至该里程为2004年1月20日，初测日期为2004年1月25日， 截止至2004年5月15日天坛东门站中洞开挖完毕沉降量为-46mm，占总沉降量的86.8%；后续施工对拱顶沉降影响较小，沉降量为-7mm，占总沉降量的13.2%；拱顶沉降曲线如图17所示。图

20、17 天坛东门站拱顶沉降时态曲线图从监测结果来看，除地表及拱顶沉降值较大以外，其它各项监测点测读数值都在允许范围内，基本正常，且数据都趋于稳定。各个分部开挖过程中，及时的施作临时仰拱能有效地抑制隧道的整体沉降和不均匀沉降，减小隧道变形。362应力监测数据及分析格栅应力：在中洞三个断面共埋设了36只钢筋计，在永久喷层上位移计埋置的对应位置内外层布置一对钢筋计，共5对。其余临时支护，酌情布置每点一个，共10个。见图18。B12B34B14B11B12B56B78B17B910B16B20B18B15B19B13图18 钢筋计布置图各测读数据都已趋于平稳。钢筋计埋设初期应力值增加较快，一般能在2-5

21、天后基本稳定。同时应力值受相关各部开挖面位置影响较大，当相关分部开挖到元件埋设位置时，应力值会出现波动或突变。测读的最大拉应力在东南井断面3部边墙部位，最大拉应力值为71.04MPa，当时第4部通过埋设断面，随后逐渐降至10MPa左右后稳定；测读的最大压应力60MPa左右，在2部竖撑和5部边墙位置，远远小于钢筋容许强度值。天坛东门站格栅应力时态曲线如图19所示。图19 天坛东门站格栅应力时态曲线图另外，7、8部临时底板处破洞（预留钢管柱孔位）对边墙格栅应力有一定影响，使应力值起伏较大，但应力值均在允许范围之内。现数据均已经基本稳定，并且应力值较小。土压力：压力盒布置在位移计的对应位置,中洞开挖

22、拱顶布置1个，边墙对称布置1对。两边侧洞开挖后在边墙对称布置1对,拱顶对称布置1对。每断面7个。如图20所示。 图20 压力盒布置图C1C2C5C4C7C3C6压力值曲线基本趋于平缓。压力盒埋设初期数值增长较快，一般在7天左右达到最大值并稳定。土压力最大值出现在西北井断面1部拱顶，达到260KPa。从数据曲线分析，有两次达到峰值，第一次为埋设后第三天（达到257.44KPa），初步分析原因是压力盒埋设时，预顶应力过大，产生应力集中，达到最大值后，随着1部的开挖前进，压力值逐步减小，此时2部开挖到此位置，压力值开始逐步增长到260KPa。此后，1、2部继续前进，压力值逐步减小并趋于平稳，目前为1

23、9.7KPa。另外，针对以上情况，于K4945里程1部拱顶增设压力盒一只，测读压力值为18KPa左右，并且比较稳定。天坛东门站土压力时态曲线如图21所示。图21 天坛东门站土压力时态曲线图横撑应力：在横撑工字钢上下翼缘各布置钢筋计一只，（1、2部之间和2、3部之间除外），如图22所示。 图22 横撑钢筋计布置图从数据分析,横撑钢筋计埋设后便开始受力，并且一般呈线性增长，应力值累计增长到下部开挖面通过时，应力释放并且发生突变，随后应力值基本上趋于稳定。横撑应力值最大值出现在K4916断面5部位置（增设），工字钢上侧拉应力达到242MPa，下侧压应力达到151MPa。在7部通过该位置后，应力值发生突变，上侧拉应力为75MPa，下侧压应力为69MPa，之后应力值逐渐趋于稳定，现在为21MPa和38MPa。天坛东门站格栅横撑应力时态曲线如图23所示。原因分析为：1、隧道开挖后的整体沉降和地表沉降引起，隧道沉降引起荷载作用在横撑上，横撑下侧土体通过横撑阻止沉降，加之5部和7部之间的开挖台阶偏长，应力不断累计造成。2、另外，5部开挖后，初支边墙和中隔壁有扩张趋势和不均匀沉降，使横撑产