05北京地铁暗挖工程设计与施工回顾及发展(余乐)压缩版

中国土木工程学会隧道与地下工程分会地下铁道专业委员会广州会议交流材料北京地铁暗挖工程设计施工技术回顾与发展北京市基础设施投资有限公司余乐中国土木工程学会隧道与地下工程分会地下铁道专业委员会广州会议交流材料2一、北京复八线开创了地铁暗挖施工的先河中国土木工程学会隧道与地下工程分会地下铁道专业委员会广州会议交流材料3一、北京复八线开创了地铁暗挖工程的先河北京地铁复八线西起复兴门站，东至八王坟，横穿中国第一街----十里长安街，途径西单、中南海、天安门、北京饭店、王府井、东单、外交公寓、永安里、国贸等重要建筑及地区，复兴门站后折返线工程首次暗挖施工方法，始建于1986年8月15日，完工于1987年12月24日年。开创了北京乃至全国地铁采用暗挖修建地铁的新时代。中国土木工程学会隧道与地下工程分会地下铁道专业委员会广州会议交流材料4中国地铁第一个暗挖工程---北京地铁复八线复兴门折返线北京地铁复八线复兴门站后折返线首次暗挖施工方法，始建于1986年8月15日，完工于1987年12月24日年。1987年在国家科委组织的鉴定会上命名为“浅埋暗挖法”，以区别于传统的矿山法。一、北京复八线开创了地铁暗挖工程的先河中国土木工程学会隧道与地下工程分会地下铁道专业委员会广州会议交流材料中国地铁第一个暗挖车站---北京地铁复八线西单车站西单站是我国第一座采用暗挖法修建的双层大跨车站，于1992年10月建成，车站开挖及初期支护采用了双侧壁到坑法（眼镜法）。一、北京复八线开创了地铁暗挖工程的先河中国土木工程学会隧道与地下工程分会地下铁道专业委员会广州会议交流材料复八线共8座车站，其中西单、天安门西、东单及王府井四座车站采用了暗挖法，天安门东、永安里及国贸3座车站采用了盖挖法，仅大望路站采用了明挖法，区间全部采用暗挖法。经过大量的探索和实践，在新奥法原理的基础上，提出了“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”的十八字方针，创造出一套具有中国特色的暗挖施工方法。一、北京复八线开创了地铁暗挖工程的先河中国土木工程学会隧道与地下工程分会地下铁道专业委员会广州会议交流材料7在北京地铁复八线分别采用“中洞法”、“双侧壁导坑法”、“洞桩法”、“CD法”、“CRD法”等不同类型的暗挖方法在地铁工程均有应用和实践，取得了宝贵的经验，丰富和发展了暗挖法。“中洞法”“双侧壁导坑法”“洞桩法”（人工挖孔）“洞桩法”（机械钻孔）一、北京复八线开创了地铁暗挖工程的先河中国土木工程学会隧道与地下工程分会地下铁道专业委员会广州会议交流材料在北京地铁复八线采取了“小导管”、“注浆改良加固”、“施工降水”、“大管棚”、“冻结法”等主要辅助施工措施。通过监控量测控制风险，动态调整施工方案。注浆加固降水台阶开挖小导管大管棚冻结法监控量测洞内钻桩一、北京复八线开创了地铁暗挖工程的先河中国土木工程学会隧道与地下工程分会地下铁道专业委员会广州会议交流材料二、北京地铁暗挖工程技术发展回顾（2000年----2015年）1999年9月28日北京地铁复八线通车后，从2000年开始，截止到2015年底，北京地铁八通线、13号线、5号线、10号线、机场线、4号线、6号线、9号线、8号线（一期和二期）、14号线（西段和北段）、15号线、昌平线、亦庄线、大兴线以及房山线等共计15条线路相继建成通车。中国土木工程学会隧道与地下工程分会地下铁道专业委员会广州会议交流材料二、北京地铁2000--2015年期间暗挖工程技术发展回顾2000年~2015年是北京城市建设和基础设施大发展的时期，北京地铁建设受到道路交通压力、施工用地紧张、通车线路穿越、桥梁保护、市政管线改移、房屋拆迁难度和费用剧增以及市民对环境要求高等众多条件的限制，穿越中心城区地铁车站优先采用暗挖法施工。人口密集建（构）筑物繁多减少对市民生活出行干扰减少对各类建（构）筑物扰动繁华城区修建地铁车站所面临的问题提高施工工效，缩短施工工期采用暗挖法，减少施工占道对交通影响采用暗挖法，优化施工竖吉布置方式，减少拆迁量控制沉降、减少施工对建（构）筑物的影响中国土木工程学会隧道与地下工程分会地下铁道专业委员会广州会议交流材料以东西向贯穿中心城区的6号线一期及7号线工程，6号线一期工程19座车站中涉及采用洞桩法施工的车站有8座，占车站总量的42.1%；7号线工程20座车站中采用洞桩法施工的车站有9座，占车站总量的45%。初步统计约40座车站采用了暗挖法施工，除5号线采用中洞法外，后来线路基本采用了“PBA”工法。二、北京地铁2000--2015年期间暗挖工程技术发展回顾中国土木工程学会隧道与地下工程分会地下铁道专业委员会广州会议交流材料洞桩法地铁车站设计施工洞桩法结构受力体系研究洞桩法施工关键技术研究洞桩法地铁车站施工工效研究北京地区典型地层洞桩法施工变形规律及环境影响特征研究地铁车站附属通道大角度爬坡段施工技术研究洞桩法设计关键技术地下水综合控制技术；不稳定地层预支护及改良技术车站竖井及横通道设置方式、导洞施工顺序及开洞时机典型地层各施工工序地层沉降规律及施工风险动态管控大角度爬坡段设计理论与施工方法关键技术验证与应用二、北京地铁2000--2015年期间暗挖工程技术发展回顾中国土木工程学会隧道与地下工程分会地下铁道专业委员会广州会议交流材料洞桩法施工典型阶段周边环境变形特征地层条件导洞数量导洞间距（m）导洞施工梁、柱（桩）体系施工扣拱施工主体土方开挖及二衬施工粉土、粉质粘土层6导洞5.5～6.045%～50%5%～10%40%～45%0%～5%8导洞边-中:3.5～4.0中-中:2.0～3.080%～85%5%～10%5%～10%0%～5%细砂及中粗砂层6导洞5.5～6.030%～35%5%～10%60%～65%0%～5%8导洞边-中:3.5～4.0中-中:2.0～3.060%～70%5%～10%15%～30%0%～5%圆砾～卵石层6导洞3.3～4.450%～55%5%～10%35%～40%0%～5%8导洞边-中:3.5～4.0中-中:2.0～3.050%～55%5%～10%30%～40%0%～5%二、北京地铁2000--2015年期间暗挖工程技术发展回顾中国土木工程学会隧道与地下工程分会地下铁道专业委员会广州会议交流材料通过对洞桩法导洞施工、梁柱体系施工、扣拱施工、主体土方开挖及二衬施工等关键阶段对地表变形的影响分析，洞桩法车站施工引起的地表沉降主要发生在导洞施工及扣拱施工阶段，所发生的沉降约占总沉降量的90%左右。二、北京地铁2000--2015年期间暗挖工程技术发展回顾中国土木工程学会隧道与地下工程分会地下铁道专业委员会广州会议交流材料通过地表管井控制水头、深孔注浆辅助止水、真空降水解决残留水，掌子面稳定引排水的综合地下水控制技术，成功解决了复杂环境及困难地层高水头洞桩法车站修建难题，成功修建了埋深超过30m的东四站。41.9241.4737.6233.6231.6225.8222.4221.3219.7212.9210.1240.841139.7433238.443137.743236.7435.243231.54430.244125.54524.746123.94623.246122.347120.147212.34710.34891fxzcfxzc13446667789降水井超前深孔注浆真空降水高水头承压水条件下洞桩法地下水综合控制二、北京地铁2000--2015年期间暗挖工程技术发展回顾中国土木工程学会隧道与地下工程分会地下铁道专业委员会广州会议交流材料三、单层导洞大直径中桩暗挖车站设计与施工技术发展中国土木工程学会隧道与地下工程分会地下铁道专业委员会广州会议交流材料1、洞内大直径中桩成套机械化施工技术的突破洞桩法（简称“PBA”）是受盖挖逆作法的启示，于上世纪九十年代初提出的一种结构体系和暗挖施工方法。在地下先施做一些导洞，在导洞内修筑桩（Pile）、梁(Beam、拱(Arc)，形成支撑框架棚护体系，在顶拱和桩的保护下向下逐层开挖并浇筑而成，是一种结构体系和暗挖施工方法。洞桩法技术发展回顾中国土木工程学会隧道与地下工程分会地下铁道专业委员会广州会议交流材料桩（Pile）梁（Beam）拱（Arc）1、洞内大直径中桩成套机械化施工技术的突破中国土木工程学会隧道与地下工程分会地下铁道专业委员会广州会议交流材料洞桩法于最早应用于北京地铁复八线（王府井站、东单站和天安门西站），后来在地铁10号线、6号线、7号线多有采用。但施工总体水平停滞不前，发展不尽人意。1、洞内大直径中桩成套机械化施工技术的突破中国土木工程学会隧道与地下工程分会地下铁道专业委员会广州会议交流材料以前多采用八导洞或六导洞，桩多采用人工挖孔。受成孔机械的制约，只有部分车站边桩采用了机械钻孔，桩径为600mm或800mm。复八线采用简单改装的地质钻机成孔直径线采用滑轨反循环钻机成孔人工挖孔桩1、洞内大直径中桩成套机械化施工技术的突破中国土木工程学会隧道与地下工程分会地下铁道专业委员会广州会议交流材料大直径新型洞桩法研发历程北京地铁15号线奥林匹克公园站4132景观大道大屯路15号线奥林匹克公园站8号线车站1、洞内大直径中桩成套机械化施工技术的突破中国土木工程学会隧道与地下工程分会地下铁道专业委员会广州会议交流材料8号线车站银杏树阵奥林匹克公园站车站密贴平行下穿大屯路隧道奥运中心区地下商业I区大直径新型洞桩法研发历程1、洞内大直径中桩成套机械化施工技术的突破中国土木工程学会隧道与地下工程分会地下铁道专业委员会广州会议交流材料地铁15号线奥林匹克公园站（1）205米长距离平行密贴下穿大屯路隧道，1、洞内大直径中桩成套机械化施工技术的突破中国土木工程学会隧道与地下工程分会地下铁道专业委员会广州会议交流材料北京地铁15号线奥林匹克公园站最早选用了八导洞，采用人工挖孔桩，结构密贴的洞桩法施工。2011年5月横通道开挖施工至8月，历时75天，大屯路隧道北地表下沉最大点14.53mm，大屯路隧道中墙下沉最大16.94mm，隧道南侧墙下沉最大点29.45mm。道路隧道评估单位提出了整体沉降控制值为20毫米，差异沉降控制值为8毫米。1、洞内大直径中桩成套机械化施工技术的突破中国土木工程学会隧道与地下工程分会地下铁道专业委员会广州会议交流材料车站最初采用的是传统的上四下四八导洞PBA工法施工。但由于施工过程中，大屯路隧道沉降按照传统施工方法控制不是很理想，多次组织专家论证，最终确定了取消下层四个导洞以减小沉降，提出在上层导洞内中桩采用1.8m大直径桩施工的方案。工法变更1、洞内大直径中桩成套机械化施工技术的突破中国土木工程学会隧道与地下工程分会地下铁道专业委员会广州会议交流材料人工挖孔桩长47m，渗水量大机械成孔空间小5×4m净空桩径大（1.8m）桩身长（47m）国内外无此类施工先例1、洞内大直径中桩成套机械化施工技术的突破中国土木工程学会隧道与地下工程分会地下铁道专业委员会广州会议交流材料成桩方法综合对比分析项目技术特点经济合理性工期对其他工序的影响结论冲击钻进成孔泥浆制备量少依靠冲击力成孔无需钻杆改造设备50万元，配套钻具3万元。经验钻进速度1m/h，单桩成孔时间：1.96d清渣困难操作简便，但施工进度慢，施工对土体扰动过大，影响大屯路隧道安全，后期处理泥渣十分困难。成本低。反循环钻进成孔泥浆制备量大，即时排渣量大，需要设置泥浆、泥渣循环系统。旋转破碎土体需要使用钻杆，钻进时分节连接，提钻时分节拆卸。改造设备30万元，配套钻具3万元，配套制浆设备20万元。经验钻进速度1.5m/h，单桩成孔时间：1.33d清渣容易施工扰动小，进度快，后续施工方便。但施工作业较复杂，制备泥浆量大，实时排渣量大。成本低。旋挖钻进成孔泥浆制备量大。旋转挖取土体需要使用钻杆，且上下提升频繁，需要反复连接、卸下钻杆。改造设备100万元，配套钻具10万元，泥浆循环系统20万元。经验钻进速度1.8m/h，单桩成孔时间：1.1d出渣难度极大施工进度很快，施工扰动很小，但施工操作过于复杂，劳动强度过高。成本高。1、洞内大直