地铁车站先隧后站施工技术探讨范文

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1前言

北运河东站为北京地铁6号线二期北运河西站～郝家府站盾构区间新增地下车站。该站为地下双层双柱三跨岛式车站，车站全长307.35m，标准段明挖基坑宽21.1m、深18.4m。车站主体结构底板厚800mm,侧墙厚700mm,中板厚400mm，顶板厚700mm，站台中心线覆土3.5m。车站主体结构标准段断面如图1所示。工程实施过程中，我们对传统的"桩-撑"深基坑支护结构进行了优化，研究并采用了"先隧后站"条件下的管片快速拆除与交叉工序施工组织技术，确保了本工程的安全、顺利、快速推进。

2先隧后站法施工特点及难点

（1）工程水文地质条件差，明挖深基坑施工风险高基坑开挖范围地层以房渣①层、细粉砂②3层、粉细砂⑤层、粉土⑥2层为主，其中细粉砂②3层为典型液化砂层（埋深3.5～9.6m），施工扰动过大易出现涌砂、坍塌现象（标准段地质断面详见图1）；场区地层地下水以潜水为主，地下水水位高，水位埋深为8.4～11.0m，该层水属于中等透水层，施工降水难度大，明挖深基坑施工风险高。（2）"先隧后站"法施工"先隧后站"地铁车站明挖法施工在国内几乎没有可借鉴的工程实例，端头围护桩施工、钢支撑架设与深基坑开挖、管片快速拆除等工序都存在着较大的难度，技术风险较高。（3）节点工期紧，施工组织难度大车站工期紧、任务重，涉及区间盾构掘进、土方开挖、钢支撑架设、管片拆除及车站主体结构交叉施工，施工组织难度大。

3深基坑支护技术

3.1"桩-撑"围护结构优化北京地铁类似明挖车站传统的"桩-撑"围护结构一般为围护桩＋三道钢支撑＋倒撑的支护形式，不满足本工程工期紧、"先隧后站"的特殊工况，其中第三道支撑（一般位于隧道中部位置）及倒撑的存在对管片拆除、下部土方开挖、主体结构施工等工序的工效影响巨大。为降低钢支撑对下部土方开挖、管片拆除、主体施工的影响，加快施工进度，尽早为车站主体结构施工提供工作面，我们对传统的"桩-撑"围护结构进行了变更优化设计，将原设计"Φ800@1400钻孔灌注桩（嵌固深度4.5m）＋三道Φ609×16钢管撑（水平间距3.5m）"的围护结构支护形式调整为"Φ1000@1500钻孔灌注桩（嵌固深度6.5m）＋二道钢管撑（首道为Φ609×16钢管撑、第二道为Φ800×16钢管撑，水平间距均为3m）"，该形式的围护结构在北京地铁明挖车站深基坑施工中为首次应用。

3.2围护桩支护技术围护结构钻孔灌注桩采用旋挖钻机成孔、25t汽车吊吊装钢筋笼、水下混凝土灌注成桩。为降低相邻桩作业的相互影响，采用跳挖法作业，20根围护桩为一个施工单元，间隔2根桩施工，混凝土达到设计强度的70%以后，相邻桩方可成孔施工。（1）端头围护桩端头围护桩位于车站基坑两端扩大端，受力情况复杂，其稳定性是保证车站基坑稳定的关键。端头围护桩施工，既要保证车站深基坑围护结构的安全，又要保证盾构能安全、顺利穿越车站端头围护桩，采用的主要技术措施如下：①钻进成孔采用旋挖钻机成孔，严格控制桩位、钻孔进尺与标高。钻孔过程先快后慢，距盾构隧道顶标高上部约2m处时必须缓慢钻进。钻进过程中，每钻进50cm提起一次钻头并进行孔深测量，达到设计孔深后，停止钻进并进行孔深测量。②钢筋笼制作与吊放与常规钢筋笼制作方法相同，但钢筋笼底端不进行收口，距最底端处增设一道加强箍筋；钢筋笼吊放以钢筋笼底标高进行控制，钢筋笼底标高控制在隧道顶标高上部50cm。③水下混凝土灌注西端头围护桩（盾构通过之前施工围护桩）：隧道穿越的桩身范围灌注强度等级较低的混凝土。灌注程序：先进行低等级的混凝土灌注，灌注过程中及时进行混凝土液面测量，距隧道顶标高下部20cm处时，缓慢灌注，实时测量，直至灌注至隧道顶标高上部30cm处；拔管，导管控制在混凝土液面下30cm，换小料斗缓慢灌注原设计强度等级的混凝土，灌注过程中禁止倾倒混凝土，直至灌注至桩顶设计标高。

3.3基坑外管井降水技术本站基坑外降水采用延长式管井降水方案，降水井采用大口径无砂水泥滤管。基坑开挖范围内地下水水位降至基底以下至少1m是保证明挖深基坑安全及管片安全快速拆除的关键。本工程主要采取了以下技术措施：（1）井位测放与钻进成孔根据现场情况，可局部调整降水井间距，但间距最大不超过8m，且降水井总数不变；采用反循环泥浆护壁工艺成孔，钻进过程中及时换浆和排渣，注入孔口的泥浆比重≤1.1，排出孔口的泥浆比重≤1.2。（2）滤管安置与滤料填筑结合本工程的细粉砂、细中砂含水层地质条件，为保证降水井的出水量及抽水的含砂率，滤管外缠一层80目细目网，滤管外的孔隙采用人工均匀回填2～6mm的混合滤料（含泥量≤3%）。（3）洗井成井后及时洗井，做到随打随洗。由潜水位开始分段洗井，达到水清砂少后方能达到洗井要求。洗井后，如滤料下沉应及时补填，如井深达不到设计要求，应重新洗井或补打降水井。（4）水泵的安装水泵的放置深度需考虑降深、沉砂、扬程及抽水量的影响，本工程潜水泵安装吊放于井底以上6～8m。

3.4深基坑开挖与支护技术结合工程现场情况与水文地质特点，充分考虑基坑开挖时空效应，遵循"纵向分段、竖向分层、中部拉槽、侧向扩边、随挖随喷、先撑后挖、随挖随撑"的原则进行开挖与支护。开挖顺序为：由车站两端向中间分层分段台阶式后退挖土，分台阶配合钢支撑安装及管片拆除；竖向分为上部土方与下部土方两部分，上部土方开挖至隧道拱顶以上1.55m,下部土方在端头地面深孔注浆及隧道内径向注浆加固完成后开始开挖；上部土方开挖与管片拆除的工作面间距不小于30m。为保证深基坑施工安全，采取了如下技术措施：（1）进行深基坑开挖条件验收，并建立"中拉槽"试验段，对基坑变形进行监测，验收合格后方可正式开挖。（2）土方开挖至设计标高后，及时进行钢支撑架设及桩间网喷，滞后架设的钢支撑数量不得超过两根，无支撑暴露时间控制在12小时以内。（3）确保钢支撑轴力：千斤顶、油泵成配套使用，且标定合格；钢支撑、围檩按设计要求安装牢固，做好防坠及保护措施，避免交叉工序碰撞及破坏钢支撑；钢围檩背后细石砼要回填密实，达到设计强度的80％以后，按设计要求分级均匀对策施加轴力；加强支撑轴力及变形监测，支撑轴力变化超过预加轴力的30%时，可会同设计减小或补增预加轴力至设计范围。

4管片快速拆除与交叉工序施工组织技术

4.1拆除顺序区间洞通后进行管片拆除与下部土方开挖。首先拆除车站范围内第一环完整管片，之后采用切割机切除车站内的洞门环管片，最后按照由车站两端向中间的顺序，每5环管片为一个拆除循环，依次拆除其余环管片。同一环管片的拆除顺序为先拆除上部三块管片，下层土方开挖完成后再拆除下部三块管片。错缝拼装的管片，整环拆除后再拆下一环；通缝拼装的管片，2～8环可划分为一个拆除段，整段上部管片拆除完成后再拆下部管片。

4.2前置条件与施工准备（1）端头洞门位置50环范围内的管片安装纵向拉紧联系装置，洞门环梁达到设计强度后方可拆除。（2）采取降水、地表深孔注浆加固、隧道内径向补强注浆加固措施对基坑端头地层进行加固，使加固后的端头地层具有良好的自稳性。（3）管片背后注浆固结体及余土清理干净。围护桩与管片之间的注浆固结体及余土采用U15-3S小型挖掘机清理，空间不足时采用人工清理。（4）地下水水位降至基底以下至少1m，确保管片拆除时地层及桩间土的稳定性。

4.3管片快速拆除施工技术

4.3.1拆除程序凿通管片螺栓孔→吊装螺栓安装→拆除管片连接螺栓→吊运。

4.3.2管片拆除方法（1）上部管片拆除方法（B、C块一起拆除）①吊装螺栓安装：将C块吊装孔打穿，将专用吊装螺栓安装在该吊装孔上，利用钢丝绳将该吊装螺栓吊挂在龙门吊吊钩上。②管片连接螺栓拆除：缓慢起吊，使钢丝绳处于拉直但B、C块不受拉力状态，拆除管片纵向连接螺栓螺母并顶出纵向连接螺栓；纵向连接螺栓拆除后，采用同样方法拆除管片环向连接螺栓。③管片起吊：垂直提升龙门吊吊钩，拆除的管片临时集中存放于基坑内。（2）下部管片拆除方法由上至下依次拆除其余三块A块管片，拆除方法与上部管片拆除方法相同。（3）第一环管片拆除方法该环管片拆除时，整条隧道为一个完整的受力体系，管片拆除会形成应力集中，会造成管片局部挤压、螺栓拔除困难，导致管片拆除困难。通过沿该环管片的环缝打一圈环向水钻钻孔，卸除管片纵向顶力，可顺利将该环管片分块拆除。

5实施效果分析

5.1变形监测分析通过对地表沉降、桩顶位移、桩体位移、钢支撑轴力的监测结果分析，可得出如下结论：①基坑开挖引起的地表沉降：距基坑边一倍基坑深度位置处沉降最大，距离基坑边超过2倍基坑深度位置沉降值接近零，如图2所示。②围护桩变形量不大，端头及拐角处为关键部位，变形较其他位置大。

5.2管片拆除效率与实施效果2013年8月16日开工，2014年3月15日基坑开挖完成，2014年5月3日主体结构封顶（较节点工期提前15天完成），受征地拆迁滞后影响工期1.5个月，本工程开工7.2个月实现车站主体结构封顶，创造了同类地铁车站的施工新纪录。

6结语

通过本工程的成功实施，我们得出如下认识：（1）本工程实施过程中所优化的"桩-撑"深基坑支护技术是可行的，在类似工程中推广应用，可大幅提高施工效率，节约工期。（2）应用时空效应理论指导深基坑开挖与支护，能够有效地减少基坑变形及周边地表沉陷。

作者：何永洪 单位：中铁六局集团有限公司