城市地铁车站施工(暗挖、盖挖、明挖)

城市地铁施工概论前言轨道交通作为城市重大的公益性基础设施工程，近年来正飞速发展。修建地铁常用的浅埋暗挖技术、明挖、盖挖及盾构，均根据不同的地理环境和水文、地质条件被普遍采用，并不断取得技术进步。本文只是对这些工法作一次系统梳理，同时针对施工现场经常出现的一些关键技术提出对策。第一章城市地下工程浅埋暗挖技术一、概述在城市软弱围岩地层中，在浅埋条件下修建地下工程，以改造地质条件为前提，以控制地表沉降为重点，以格栅（或其他钢结构）和锚喷作为初期支护手段，遵循“新奥法”大部分原理，按照“十八字”原则（即管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测）进行隧道的设计和施工，谓之城市地下工程浅埋暗挖技术。“新奥法”的核心是以维护和利用围岩的自承能力为基点，使围岩成为支护体系的组成部分，支护在与围岩共同变形中承受的是形变应力，因此要求初期支护有一定柔度以利用和充分发挥围岩的自承能力。而作用于浅埋隧道上的地层压力是覆盖层的全部或部分土柱重，其地层压力和支护的刚柔度关联不大，从减少地表沉陷的城市要求角度出发，还要求初期支护有一定刚度。设计时并没有充分考虑利用围岩的自承能力。这正是浅埋暗挖技术与“新奥法”的不同点。但是，浅埋暗挖技术仍然遵循了“新奥法”施工的大部分原则，如以锚喷作为初期支护手段；尽量减少围岩扰动，要求周边圆顺避免棱角突变处应力集中；初支与围岩密贴；量测信息反馈指导设计施工等。二、浅埋暗挖与“新奥法”（NATM）三、浅埋暗挖技术的特点浅埋暗挖技术从减少城市地表沉陷考虑，还必须辅之与其他配套技术，如地层加固、降水等。从工程条件出发，还必须熟悉在不同条件下的马头门开挖，断面变化地高（诸如扩大爬高转弯等）开挖，由明挖进入暗挖的破桩，分部开挖完成自下而上的二次衬砌前的“托梁换柱”以实现“力的转换”以确保安全等诸多关键技术。浅埋暗挖的另一个特点是十分讲究施工方法的选择，尤其是地铁车站多跨结构和大跨结构。一个合理的机构型式和正确的施工方法能起到事半功倍的作用。四、常用的单跨隧道浅埋暗挖方法1.开挖方法选择根据开挖断面大小，在一般条件下有如图1所示的开挖方法。单跨隧道（洞）开挖宽12m开挖宽1216m开挖宽1622m台阶开挖法CD法CRD法PBA法双侧壁导坑法（4）、法（1）、台阶法（2）、法（3）、法（5）、双侧壁导坑法图2开挖顺序示意图法2.施工顺序各种施工方法的施工顺序如图2所示3.台阶法施工台阶法是最基本、运用最广泛的施工方法，而且是实现其它施工方法的重要手段。当开挖断面较高时可进行多台阶施工，每层台阶的高度常用3.5～4.5m，或以人站立方便操作选择台阶高度。台阶长度的选择参见图3示：图3台阶长度进行台阶开挖时的辅助施工方法①环状开挖留核心土并设锁脚锚管22图4上台阶环状开挖锁脚锚管1-21-11-21-1②下台阶除可一次开挖外，根据地质条件又可分别选用图5所示的开挖方法：图5下台阶开挖方法（三）留核心土（二）先挖核心土（一）左、右错进③初次支护背后注浆④特殊不良地质条件在上台阶的底部设临时仰拱，或者在上台阶的拱顶下设临时立柱，有利于减少围岩的收敛和拱顶的下沉。4.CD法和CRD法（中隔墙法和交叉中隔墙法）CD、CRD法施工效果对比施工方法地表总沉陷(mm)地表沉降最大化倾斜率侧向水平位移(mm)CD77～846‰20CRD26～302.3‰9CRD工法施工实例5.PBA法6.双侧壁导坑法双侧壁导坑法工程实例五、单跨隧道分部开挖完成及进行二次衬砌应遵循的原则149508420第一步密排小导管施工，注浆加固前方土体149508420第二步左侧壁上导坑台阶法开挖，留核心土，初期支护3501900170020060临时支护3504400250149508420第四步左侧壁下导坑开挖超过15m，开始右侧壁上导坑台阶法开挖，留核心土，初期支护350360020035035044002503920临时支护35025044003根锁脚锚杆长3m3根锁脚锚杆长3m149508420第三步左侧壁上导坑开挖进尺超过15m，开始左侧壁下导坑台阶法开挖，留核心土，初期支护350360020020201900350临时支护3504400250149508420第五步右侧壁上导坑开挖超过15m，开始右侧壁下导坑台阶法开挖，初期支护3503600200350临时支护350440025039203503600200202019003503502504400149508420第六步左侧壁底板防水层保护层、底板防水层，二次衬砌3504400250350250440024001000300350360020015025001200703501000149508420第七步左侧壁拆除横向临时支护，立侧墙与顶板模板，支架体系，侧墙与顶板防水层，侧墙与顶板二次衬砌3502504400240010003001200703502400535011003504750100030035019001700200149508420第八步右侧壁底板防水层保护层，底板，侧墙与顶板防水层，二次衬砌同左侧壁1200703505350110035035044002503504400250149508420第九步中上导坑台阶法开挖，留核心土，初期支护临时支护350440025049502504400350350149508420第十步中洞顶板防水层，立中洞顶板支架、模板、中洞顶板二次衬砌350440025049502504400350350149508420第十一步拆除支架体系、模板，中洞下导坑开挖350350440025049502504400350149508420第十二步中洞底板防水层保护层，底板防水层，中洞底板二次衬砌，拆除支架模板形成闭合框架350350350100012250350110053501200701000六、城市地铁车站暗挖施工1.侧洞法ⅤⅤⅣ11图11侧洞法施工顺序图ⅡⅡⅢⅢⅣ86Ⅶ10ⅨⅪ1、CRD法开挖左、右洞包括初支和施工支护；Ⅱ、柱底纵梁和钢管柱；Ⅲ、左右洞底板；Ⅳ、分边墙和左、右洞楼板；Ⅴ、左、右洞其余边墙和拱部；6、中洞上台阶环形开挖；Ⅶ、中洞拱部；8、中洞楼板以上土方开挖；Ⅸ、中洞楼板；10、中洞其余部份开挖；Ⅺ、中洞底板。2.PBA法ⅪⅪⅪⅩⅩⅩ9991111ⅧⅧⅧ7ⅥⅥⅤⅡⅡⅡⅡ43411111111图12法施工顺序图1、上下导坑错开距离开挖（包括初支）；Ⅱ、孔桩开挖、底纵桩、中柱边桩、顶纵梁；3、中洞上台阶开挖（包括初支）；4、左右洞上台阶开挖（包括初支）；Ⅴ、中洞拱部衬砌；Ⅵ、侧洞拱部衬砌；7、楼板以上土体开挖；Ⅷ、楼板浇砼；9、剩余部分土体开挖；Ⅹ、底板及底部边墙衬砌；Ⅺ、站台板浇筑。3.中洞法ⅦⅧⅧⅦⅣⅣ55ⅣⅢⅡ1图13中洞法施工顺序图1、用CRD法开挖中洞（包括初期支护和施工支护）；Ⅱ、中洞底板底纵梁；Ⅲ、钢管柱、楼板；Ⅳ、柱顶纵梁和中洞拱部；5、用台阶法开挖左、右洞；Ⅵ、左右洞底板；Ⅶ、左右洞部分边墙和楼板；Ⅷ、左右洞其余边墙和拱部。4.柱洞法99ⅣⅧ73ⅪⅩⅡ1Ⅻ99ⅥⅣⅫ1图14柱洞法施工顺序图ⅡⅩⅪ5Ⅷ1、台阶法开挖柱洞（包括初期支护和施工支护）；Ⅱ、底纵梁、中柱、顶纵梁；3、中洞上台阶开挖；Ⅳ、中洞拱部；5、用台阶法开挖中洞楼板以上部分；Ⅵ、中洞楼板；7、中洞其它部分开挖；Ⅷ、中洞底板；9、台阶开挖左右洞；Ⅹ、左右洞底板；Ⅺ、左右洞部分边墙和楼板；Ⅻ、左右洞其余边墙和拱部。5.分离岛式车站施工方法七、浅埋暗挖二十问一问：“十八字方针”是什么？二问：超前小导管注浆的作用是什么？三问：关于地下水的问题，在地下工程施工中，“成也是水，败也是水”的含义是什么？四问：初支格栅节点螺栓，都能拧紧吗？拧不紧怎么办？五问：上半断面台阶有多长？何时封闭成环？六问：工程周边管网调查清楚了吗？有何对策？七问：天天都量测，然而你重视分析量测成果吗？即时采取对策吗？八问：二次衬砌的保护层有何作用？迎水面的保护层也重要吗？九问：正台阶分层开挖，台阶有坡度吗？十问：初支背后和二衬背后都注浆吗？何时注浆？注什么浆液？十一问：二衬导墙是怎么回事？为什么要与仰拱同时浇注？十二问：你在乎竖井周边堆土的荷载和动载影响吗？2143Ⅱ--ⅡⅡⅡⅠ--ⅠⅠⅠ竖井马头门施工顺序图21十三问：开马头门有什么原则？1、马头门加固环2、超前管棚3、上半断面开挖4、下半断面开挖十五问：掌子面都需要封闭吗？十四问：大断面采用CRD或双侧壁导坑施工，完成初次支护后，是采用分部二衬还是使用台车进行全断面衬砌？十六问：为什么坍方、冒顶、流沙、涌水多出现在风道或出入口、人防段换乘通道地段？十八问：双连拱区间隧道如何施工？十九问：如何实现暗挖隧道的机械化施工?十七问：任何地质条件都必须采用小导管超前予注浆吗？二十问：请谈谈暗挖隧道的通风方式第二章地铁车站盖挖法逆作施工一、概述先施作车站周边围护桩和结构主体桩柱，然后将结构盖板置于桩（围护桩）、柱（钢管柱或混凝土柱）之上，自上而下完成土方开挖和边墙、中隔板及底板衬砌的施工方法，谓之盖挖逆作法。快速覆盖，缩短中断交通的时间；自上而下由顶板、中隔板及水平支撑，刚度大，在一个相对安全环境里作业；占地少，回填量小；可分层施工，也可分左右两幅施工，交通道改灵活；不受季节影响，无冬施要求，低噪音，少扰民；设备简单，不需大型设备，操作空间大，操作环境相对好。二、盖挖逆作法的施工特点盖挖逆作法是在明挖内支撑基坑基础上发展起来的。施工过程中不需设置临时支撑，而是借助结构顶板、中隔板自身的水平刚度和抗压强度，实现对基坑围护桩（墙）的支护作用。其工法特点是：三、盖挖逆作法的施工步骤：简言之，其施工步骤为：一柱、二盖、三板、四墙、五底。钻孔灌注桩第一步：占用半幅路面，施做基坑维护结构，中间立柱下桩基及中间立柱钻孔灌注桩第二步：占用半幅路面，施做另一侧基坑维护结构，中间立柱下桩基及中间立柱中间立柱(钢管柱)柱下桩基钻孔灌注桩第三步：开挖基坑，施作浅基坑保护墙，开挖至顶板底面标高处第四步：施作结构顶板，顶梁，敷设顶板防水层第五步：回填顶板覆土，恢复地面交通，开挖基坑至中楼板底面标高处中间立柱(钢管柱)柱下桩基钻孔灌注桩第六步：施作中楼板、纵梁及内衬墙，继续开挖基坑至基坑底设计标高处第七步：施作底板垫层，防水层，底板及纵梁，施作内衬墙，完成主体结构钻孔灌注桩第一步：占用半幅路面，施做基坑维护结构，中间立柱下桩基及中间立柱钻孔灌注桩第二步：占用半幅路面，施做另一侧基坑维护结构，中间立柱下桩基及中间立柱中间立柱(钢管柱)柱下桩基钻孔灌注桩第三步：开挖基坑，施作浅基坑保护墙，开挖至顶板底面标高处第四步：施作结构顶板，顶梁，敷设顶板防水层第五步：回填顶板覆土，恢复地面交通，开挖基坑至中楼板底面标高处中间立柱(钢管柱)柱下桩基钻孔灌注桩第六步：施作中楼板、纵梁及内衬墙，继续开挖基坑至基坑底设计标高处第七步：施作底板垫层，防水层，底板及纵梁，施作内衬墙，完成主体结构四、盖挖逆作法的关键技术五、盖挖逆作实施过程容易被忽略的几个问题第三章地铁明挖施工一、概述城市地铁车站、区间及相关配套的风道、出入口、行车线等工程，只要条件许可，应优先考虑采用明挖施工。因为不论从施工的难易程度、工程造价、工期、风险等考虑，明挖法都有明显优势。明挖法是在以桩锚体系、桩撑体系及土钉墙作为围护结构，进行土方开挖和主体结构施作。其主体结构多为两层或多层框架式结构型式。.明挖车站框架式结构图二、前期准备工作三、围护结构平整场地加工护筒钢筋笼制作吊装钢筋笼测量沉碴厚度施工准备测量定位沉埋护筒钻机就位钻进清孔钢筋笼就位二次清孔灌水下混土混凝土养生起拔护筒凿除桩头、施工冠梁测量钻孔深度、斜度、直径设隔水装置设溜槽和漏斗斗钻孔注泥浆泥浆循环废浆排弃拼装导管检查导管坍落度测试土商品砼运输商品砼生产供水循环池沉淀池图2.钻孔桩施工流程图（一）钻孔灌注桩1、钻孔灌注桩施工流程2、钻孔常见故障3、钻孔桩水下混凝土灌注常见故障（二）人工挖孔桩（三）土钉墙四、土方开挖原则五、支撑体系（一）锚杆图3.锚杆施工流程图浆液