【《暗挖车站PBA工法施工的案例分析》6700字】

暗挖车站PBA工法施工的案例分析目录TOC\o"1-3"\h\u28616暗挖车站PBA工法施工的案例分析 190621.1工程概况 1242481.2工程地质及水文地质条件 330541.1.1工程地质条件 34461.1.2水文地质条件 559261.1.3特殊岩土 5258101.3车站PBA工法施工设计 6150621.3.1车站施工重难点 64161.3.2车站暗挖主体结构设计 72401.3.3车站主体PBA施工步序 8157181.3.4车站主体施工注意事项 10308531.4车站监测方案 14221591.4.1监测点布置 14111211.4.2监测项目与控制标准 151.1工程概况西安地铁八号线雁翔路站位于雁翔路东侧，沿南三环南侧辅道东西向设置，与曲江创意谷一路之隔，车站南面紧邻居民小区，地处闹市区、商业区、居民生活区中心地带，为地下三层岛式车站。车站起讫里程左线YCK10+740.813，右线YCK10+969.213，车站总长228.4m，车站拱顶覆土约11.01～13.09m，主体结构采用PBA暗挖法施工，出入口采用明暗结合施工，其余附属风井采用明挖法施工，风道采用浅埋暗挖法施工。车站设置（1号~3号）3座地面出入口连接8号线站台层的换乘通道，1号出入口位于车站西南侧，2号出入口位于车站西北侧，3号出入口位于东北侧。地下车站位于城市地区，上部有多条交通道路，附近建筑物多，车站开挖势必会影响邻近土体，导洞的开挖引起的群洞效应以及土体的多次扰动也会影响地表沉降程度。如何科学组织、强化管理、开展文明施工，最大化降低对周边居民、过往车辆、商业经营的影响，显得尤为重要。车站方位示意图和总平面图见图2-1、图2-2，主体结构标准断面图见图2-3。图2-1车站方位示意图Fig.2-1Schematicdiagramofstationlocation图2-2车站总平面图Fig.2-2Generallayoutofthestation图2-3车站暗挖主体结构标准断面图Fig.2-3Standardsectionviewofthemainstructureoftheundergroundexcavationofthestation1.2工程地质及水文地质条件1.1.1工程地质条件地质资料采用《西安市地铁八号线（不含幸福林带段）D8KC-3标段初步勘察阶段雁翔路车站岩土工程勘察中间资料》，根据岩土详勘报告，本区间隧道拟建场地地形较平坦，地面高程介于491.24～497.55m，地貌单元属黄土梁洼。车站洞身主要土层为Q2老黄土和古土壤，围岩等级为Ⅴ级。车站可采用天然地基，场地类别为Ⅱ类。土层自上而下依次为：素填土和杂填土；第四系上更新统风积层新黄土；第四系上更新统沉积层古土壤；第四系中更新统风积层老黄土；第四系中更新统沉积层古土壤；第四系中更新统风积层老黄土；第四系中更新统沉积层古土壤；第四系中更新统风积层老黄土；第四系中更新统沉积层古土壤。地质纵剖面图如图2-4所示，各地层详情见表2-1。图2-4车站主体结构地质纵剖面图Fig.2-4Geologicallongitudinalsectionofthemainstructureofthestation表2-1地层岩土特性一览表Tab.2-1Listofstratumgeotechnicalcharacteristics沉积年代地层代号岩性名称土层高程/m土层埋深/m人工填土（Qml）杂填土486.12~497.150.4～8.8第四系上更新统（Qeol+el）新黄土486.95~491.853.7～9.6古土壤481.42~486.959.6～13.5第四系中更新统（Qel+eol）老黄土471.42~483.1513.4～23.5古土壤467.32~473.9521.6～27.6老黄土461.52~470.5527.0～31.4古土壤459.02~464.7531.8～35.9老黄土454.92~460.0536.0～40.0古土壤453.15~456.9539.7～43.41.1.2水文地质条件黄土结构性和对水特殊的水敏感性是地下工程开挖所必须解决的问题REF_Ref8024\r\h[62]。车站拟建区内车站主体结构底部标高466.945~467.428m，车站底部埋深约为31.4~34.1m，而根据岩土勘察地质报告，地下水位在钻孔D8CZ3-YXZ-004处的高程最高，为451.97m，钻孔D8CZ3-YXQ-001处的高程最低，为446.95m，地下水埋深41.5~50.6m，距车站底部外轮廓有11.1~17.1m的距离，故不考虑地下水的影响。车站在开挖时，要求无水作业，进行将井点降水；但要根据车站外布置的观测孔，及时监测地下水，根据地下水位，及时地调整，确保地下作业处于无水状态。地下水位线见图2-5。图2-5地下水位线（红色线）Fig.2-5Groundwaterlevelline(redline)1.1.3特殊岩土黄土地区多导洞开挖，晚更新世以来沉积的黄土一般属于大孔隙随机分布、大孔隙比、欠压密的非饱和土，已证明其具有显著的结构性和湿陷性。中更新世后期的黄土也具有明显的结构性。黄土在一定的环境和历史条件下沉积形成，具有一定的的颗粒特征、密度特征、湿度特征和结构特征，它们均影响黄土的工程性质REF_Ref5996\r\h[63]。（1）人工填土：主要为素填土和杂填土。杂填土：表层为路基土，下层为含少量粘性土的回填土，主要为建筑垃圾，由于其组成物质杂乱，造成杂填土的性质极不均匀，疏密不均，高压缩性和低强度，土质较为密实。埋深约为0.4~8.8m，在D8CZ3-YXQ-001号钻孔下高程497.15m处分布0.4m厚的杂填土，在D8CZ3-YXZ-006号钻孔高程486.12处分布8.8m厚杂填土。素填土：以粘性土为主，疏密不均，主要分布在D8CZ3-YXZ-008号钻孔到D8CZ3-YXQ-001号钻孔之间，埋深约为0.4~10.5m。（2）晚更新世（Q3）新黄土：其质地疏松，无层理，大孔结构发育，有垂直节理裂隙，结构强度均偏低，受水影响较大，具有一定湿陷性，如处理不善常会发生湿陷事故，威胁建筑物安全。该地层主要分布在D8CZ3-YXZ-006~D8CZ3-YXQ-001钻孔号之间，埋深约为3.7~11.0m，于D8CZ3-YXZ-008钻孔号高程491.85m处分布5.9m厚的Q3新黄土。（3）中更新世（Q2）老黄土与古土壤：为该区间黄土地层的主体，由老黄土和古土壤以及钙质结合层相间组成，质地较为密实，容重大，压缩性和渗透性较小，无湿陷性，车站主体结构处于Q2老黄土和Q2古土壤，可作为车站地基持力层。土层划分见图2-6。图2-6土层划分示意图Fig.2-6Schematicdiagramofsoillayerdivision1.3车站PBA工法施工设计1.3.1车站施工重难点雁翔路站工程施工重难点主要有以下几点：（1）雁翔路站位于雁翔路东侧，沿南三环南侧辅道东西向设置。车站南侧为金地翔悦天下住宅小区，北侧为南三环下沉U形槽，西侧为雁翔桥，与曲江创意谷一路之隔，车站南面紧邻居民小区，地处闹市区、商业区、居民生活区中心地带，穿越众多市政管线，周围建筑对地面沉降要求高，如何科学组织、强化管理、开展文明施工，最大化降低对周边居民、过往车辆、商业经营的影响，显得尤为重要。（2）开挖车站区间地质条件复杂，拱顶开挖地层边缘为Q3新黄土，较为松散，结构强度均偏低，受水影响较大，具有一定湿陷性，对车站的开挖施工提出了更高的要求。开挖时严格控制拱顶沉降，及时监测当地降雨和地下水位，避免发生黄土湿陷亦是该工程施工的重点之一。（3）PBA工法施工过程中导洞数量较多，施工工序较多，相邻导洞开挖不可避免会造成相互影响，导洞开挖亦是PBA工法施工的关键和难点之一，而该车站地处雁翔路十字交叉路口核心地段，车站拱顶覆土对变形较为敏感，这无疑对施工提出更高的要求。1.3.2车站暗挖主体结构设计雁翔路站开挖方案：1号~3号出入口采用明暗挖相结合施工，施工竖井与附属风井采用明挖法施工，风道采用浅埋暗挖法施工。车站主体为两层三跨框架结构，采用PBA工法暗挖，上层设置4个小导洞，小导洞采用台阶法施工，下层设置两个导洞，采用双侧壁导坑法开挖，双侧壁导坑法能够有效控制地表下沉，保持掌子面的稳定，安全可靠。在车站开挖施工前必须探明地下管线，完成改移或保护措施。车站主体结构支护参数见表2-2，导洞结构示意图见图2-7、导洞支护方案见图2-8。图2-7PBA工法导洞结构示意图Fig.2-7SchematicdiagramofPBAconstructionmethodpilotholestructure（a）上导洞支护方案（b）下导洞支护方案图2-8导洞支护方案Fig.2-8Pilottunnelsupportscheme表2-2车站支护结构参数表Tab.2-2Parametersofstationsupportstructure项目材料及规格结构尺寸初期支护上层导洞超前小导管单排φ42×3.5mm，L=3m环向间距0.3m，纵向间距1.5m钢筋网HPB300，φ8@150mm×150mm单层钢筋网喷射混凝土C25早强混凝土250mm，全断面支护格栅钢架HRB400纵间距0.5m下层导洞超前小导管单排φ42×3.5mm，L=3m环向间距0.3m，纵向间距1.5m钢筋网HPB300，φ8@150mm×150mm双层钢筋网喷射混凝土C25早强混凝土250mm，全断面支护格栅钢架HRB400纵间距0.5m大管棚超前支护（仅洞门处设置）φ108×8mm，L=12m环向间距0.40m表2-2（续）二衬顶拱、侧墙、底板C35、P12模筑混凝土700mm、800mm、1200mm顶纵梁、底纵梁C35防水钢筋混凝土，抗渗等级P121600×2400mm、1700×2500mm中层板、中纵梁C35钢筋混凝土400mm、1400×1000mm1.3.3车站主体PBA施工步序雁翔路站车站主体PBA工法开挖施工步序与常规PBA工法施工主要区别在于导洞施工阶段，上层导洞布置和开挖与传统PBA工法一样，下层采用两个大导洞，采用双侧壁导坑法开挖。具体施工步骤见表2-3：表2-3PBA工法具体施工步骤Tab.2-3SpecificconstructionstepsofPBAconstructionmethod序号施工文字说明施工示意图1在横通道内施作超前小导管，注浆加固地层，上层导洞采用台阶法开挖，下层两个导洞采用双侧壁导坑法开挖，及时施做初期支护。2下导洞贯通后，在下导洞内回填C20混凝土、敷设防水层、施作底纵梁、部分底板及条形基础，分段拆除下导洞内的临时中隔壁，施作底板二次衬砌。3在下导洞内施做桩底拉梁，在上导洞内自上而下施作挖孔桩，回填下导洞边桩外侧与导洞间的C20混凝土。表2-3（续）序号施工文字说明施工示意图4上层边导洞内施做边桩及桩顶冠梁，C20混凝土回填上层边导洞，使其与上边导洞初支及边桩形成整体结构；中间导洞中施作钢管柱、顶纵梁，预留钢筋及防水接头。5施工顶拱Ⅰ、Ⅲ超前小导管，并注浆加固地层。先开挖边跨Ⅰ、ⅡⅢ土体。施工顶拱初期支护，开挖步距不大于1米。边跨Ⅰ、Ⅲ贯通且初期支护变形稳定后，施工顶拱防水层及结构二衬。6施工中跨顶拱Ⅱ超前小导管，并注浆加固地层。开挖中跨Ⅱ土体，施工顶拱初期支护，导洞Ⅱ贯通且初期支护变形稳定后，施工顶拱防水层及结构二衬。7开挖站厅层，沿车站纵向分为若干个施工段（不大于两个柱跨）：在每个施工段分层向下开挖土体至中板底设计标高；施作地模，铺设侧墙防水层，浇筑站厅层侧墙、中板结构。8施工站台层并施作桩间喷锚支护，凿除基坑内下导洞的临时初期支护，开挖基坑至底板设计标高处（分段开挖，分段施做底板，每段长度不大于柱间距；否者，架设临时型钢支撑），施作底板垫层，敷设防水层，施作底板及下层内衬墙，完成主体结构。1.3.4车站主体施工注意事项车站PBA工法施工工序较多，地下施工应采用降水措施，保证无水作业。施工应遵循先排管，后注浆，再开挖，前进一段，封闭一段”的原则。一、车站土体开挖1、开挖导洞并及时支护导洞初支，上下层导洞开挖面要求错开10~15m，相邻导洞开挖面相互错开8~10m。2、在1、2号施工竖井横通道各开8个工作面，横通道内施工导洞马头门时，相对的马头门严禁同时施工，应待横通道一侧马头门进洞施工8~10m后再施工相对的另一侧马头门。3、车站主体下导洞内底纵梁施工完成后，方可由上导洞内吊装钢管柱和钢筋笼，进行中柱的施工。4、待各导洞底梁、桩、柱施工完成后即可进行扣拱初衬施工；初衬扣拱完成后进行二衬扣拱施工；二衬扣拱完成后，方可由上至下依次开挖土方。5、车站主体初衬扣拱时，边拱开挖先行，中拱滞后8~10m，尽量同时施工，若对称施工困难时开挖面错开应小于3~5m。如图2-9所示。图2-9车站主体导洞开挖示意图Fig.2-9Schematicdiagramofexcavationofthemainpilottunnelofthestation二、初支和二次衬砌施工1、上导洞采用台阶法施工，下导洞采用双侧壁导坑法施工。2、初期支护采用喷混凝土、钢筋网、格栅钢架及砂浆锚杆；开挖前采用超前小导管注浆预加固地层，并作超前支护辅助施工。支护参数如下：（1）下导洞进洞处大管棚超前支护：φ108普通钢管，壁厚8mm，L=12m，环向间距0.40m，外插角1~2°拱部150°范围环向布设，管棚注浆采用水泥浆；（2）超前支护（仅洞门处设置）：单排φ42普通钢管，壁厚3.5mm，L=3m，环向间距0.3m，纵向间距1.5m，外插角10°左右，拱部150。范围环向布设，注水泥浆；（3）喷混凝土：C25早强混凝土，厚300mm，全断面支护；（4）钢筋网：内侧设单层钢筋网，环纵向筋均为‚φ8钢筋，网距150mm×150mm；（5）施工过程中，每侧拱脚（墙脚）均设2根锁脚锚管，锁脚锚管采用φ42mm钢管，L=3m，注水泥浆；（6）格栅钢架间距0.5m，纵向连接筋：三级22螺纹钢，初期支护结构纵向连接筋每榀设置，全断面设置内外双层梅花型布置，环向间距1000mm；3、初期支护施工时应在拱部埋设Φ42钢管，长550mm（初支厚度+300），环、纵向间距3.0m，梅花型布置，当初期支护闭合成环一定长度后，即对初衬背后压注水泥浆。4、施工过程中应加强超前地质探测及控制点监控量测，做到信息化施工。及时将现场地质情况反馈给设计方，经各方确认后可采取与现场相适应的支护参数。三、上层小导洞开挖上层小导洞采用台阶法开挖，预留核心土，保证导洞在开挖过程中最大程度减少对土体的扰动，开挖前先对导洞拱顶进行注浆加固，在开挖上半断面环形开挖预留核心土，上半台阶挂网，格栅钢架架立，连接筋施工；喷射混凝土；锁脚锚管施工，每个台阶设置锁脚锚管，L=3m，每处拱脚设置2根，水平倾角15~30°，以防止格栅钢架架设后下沉。后开挖小导洞下半断面及时施做下半断面初支。导洞初支完成后及时对背后进行注浆，注浆管预埋，注浆压力要控制适当。施工中加强监控量测并反馈，以指导施工，必要时修正支护参数。如图2-10所示。（a）小导洞横断面施工工序示意图（b）小导洞纵断面施工工序示意图图2-10上层小导洞施工工序示意图Fig.2-10Schematicdiagramoftheconstructionprocessoftheuppersmallpilottunnel四、下层导洞开挖下导洞采用双侧壁导坑法施工，在横通道内施作超前管棚及第一组超前小导管，注浆加固地层，先后开挖1、2号洞室土体，施作初期支护及锁脚锚管，并根据现场情况有必要时及时封闭掌子面；施作小导管注浆加固地层，继续开挖3、4号洞室，施作初期支护及锁脚锚管；1、3号洞室、2、4号洞室3、4号洞室纵向步距不小于15m；施作小导管注浆加固地层，先后开挖5、6号洞室，施作初期支护，完成下施工导洞；3、5号洞室、4、6号洞室纵向步距不小于15m。五、下层导洞初期支护采用喷混凝土、钢筋网、格栅钢架及砂浆锚杆；开挖前采用超前小导管注浆预加固地层，并作超前支护辅助施工。支护参数如下：（1）下导洞进洞处大管棚超前支护：φ108普通钢管，壁厚8mm，L=12m，环向间距0.40m，外插角1~2°拱部150°范围环向布设，管棚注浆采用水泥浆；（2）超前支护：单排φ42普通钢管，壁厚3.5mm，L=3m，环向间距0.3m，纵向间距1.5m，外插角10°左右，拱部150°范围环向布设，注水泥浆；（3）喷混凝土：C25早强混凝土，厚250mm，全断面支护；（4）钢筋网：内侧设单层钢筋网，环纵向筋均为；φ8钢筋，网距150mm×150mm；（5）施工过程中，每侧拱脚（墙脚）均设2根锁脚锚管，锁脚锚管采用φ42mm钢管，L=3m。注水泥浆；（6）格栅钢架间距0.5m，纵向连接筋：三级22螺纹钢，初期支护结构纵向连接筋每榀设置，全断面设置内外双层梅花型布置，环向间距1000mm；初期支护施工时应在拱部埋设Φ42钢管，长550mm（初支厚度+300）环、纵向间距3.0m，梅花型布置，当初期支护闭合成环一定长度后，即对初衬背后压注水泥浆。如图2-11所示。（a）下导洞横断面施工工序示意图（b）下导洞纵断面施工工序示意图图2-11上层小导洞施工工序示意图Fig.2-11Schematicdiagramoftheconstructionprocessoftheuppersmallpilottunnel施工过程中应加强超前地质探测及控制点监控量测，做到信息化施工。及时将现场地质情况反馈给设计方，经各方确认后可采取与现场相适应的支护参数。六、车站主体结构防水在施做车站主体结构防水时，要注意：1、顶拱初衬喷射混凝土完毕后，应对初衬背后进行注浆处理，防止顶拱初衬背后形成积水区域。2、顶拱、侧墙及底板采用自防水混凝土，防水混凝土的抗渗等级不得小于P12。3、初衬和二衬之间采用柔性全包防水层。4、侧墙部位开挖后，桩间采用网喷混凝土找平后方可铺设防水层。5、注浆系统的环、纵向设置间距3～4m，顶拱部位适当加密至2～3m，注浆系统距施工缝50cm左右设置，变形缝两侧各50cm范围内必须设置一环注浆系统，环向间距2m。如图2-13所示。图2-12车站主体结构防水示意图Fig.2-12Schematicdiagramofthemainstructureofthestation1.4车站监测方案车站开挖施工过程中可能会使地下管线、道路及地表、周围建筑物产生不均匀沉降变形，可能导致地下管线的断裂泄漏，道路及地表发生沉降影响地面交通，周围建筑发生倾斜甚至破坏等一系列的问题。为了保证地铁的施工过程中的安全性以及最大限度地规避施工中的可能面临风险，避免施工人员伤亡和降低环境损害，降低工程经济和工期损失，施工期间应对道路及地表沉降、地下管线、建筑物的沉降进行监测。通过监测手段达到积累详细工程资料和丰富施工经验的目的，为以后PBA工法暗挖施工