暗挖洞樁法地鐵車站設(shè)計(jì)施工關(guān)鍵技術(shù)探討

1、暗挖洞樁法地鐵車站設(shè)計(jì)施工關(guān)鍵技術(shù)探討一、洞樁法的發(fā)展綜述一、洞樁法的發(fā)展綜述“淺埋暗挖法”-1986年8月，北京地鐵復(fù)八線復(fù)興門站后折返線首次暗挖施工方法！-1987年在國家科委組織的鑒定會上命名為“淺埋暗挖法”。一、洞樁法的發(fā)展綜述 洞樁法：“PBA”工法的物理意義是：P樁（pile）、B梁（beam）、A拱（arc），即由邊樁、中樁（柱）、頂?shù)琢?、頂拱共同?gòu)成初期受力體系，承受施工過程的荷載；其主要思想是將蓋挖及分步暗挖法有機(jī)結(jié)合起來，發(fā)揮各自的優(yōu)勢，在頂蓋的保護(hù)下可以逐層向下開挖土體，施作二次襯砌，可采用順作和逆作兩種方法施工，最終形成由初期支護(hù)二次襯砌組合而成的永久承載體系。一、洞樁

2、法的發(fā)展綜述-1992年12月，復(fù)八線天安門西站、東單站、王府井站施工工序東單站、王府井站優(yōu)點(diǎn):1、實(shí)現(xiàn)了大斷面的暗挖施工；2、二次襯砌整體性好，基本等同明挖法結(jié)構(gòu)效果；3、施工工作面寬敞，便于使用大型機(jī)械，提高施工進(jìn)度。存在的問題:1、經(jīng)過多次受力轉(zhuǎn)換，工序復(fù)雜；2、初期支護(hù)（包括臨時(shí)中樁）廢棄量與導(dǎo)洞回填量較大；3、臨時(shí)中樁鑿除為車站施工增加一定的麻煩。一、洞樁法的發(fā)展綜述-1992年12月，復(fù)八線天安門西站、東單站、王府井站天安門西站施工工序天安門西站工法局部更改：1.改樁基為條基；2.拋棄臨時(shí)中柱方案，直接利用鋼管柱作為支撐；3.改順做為逆做，用結(jié)構(gòu)板當(dāng)支撐，施工更安全。4.減少了受力

3、的轉(zhuǎn)換，減少了由于工序的繁雜而引起的地面沉降。北京地鐵4號線和10號線換乘站的黃莊站一、洞樁法的發(fā)展綜述為減少導(dǎo)洞數(shù)量、減少施工縫，提高防水質(zhì)量，采用“一次扣拱法” 施工：挖上下導(dǎo)洞尺寸較大，施工引起的地面沉降大、不利于管線及構(gòu)筑物的保護(hù)！北京10號線勁松站、光華路站、呼家樓站一、洞樁法的發(fā)展綜述減少導(dǎo)洞數(shù)量，減小邊柱側(cè)移，采用上下六導(dǎo)洞方案：仍需開挖下層導(dǎo)洞，降水周期不減，邊樁實(shí)施困難。北京6、7、8、9、10、14號線在建3、12、17、19及其它地區(qū)一、洞樁法的發(fā)展綜述采用上下八導(dǎo)洞方案。工法特點(diǎn)：1、安全、控制沉降好；2、靈活，不受層數(shù)、跨數(shù)的影響；3、小導(dǎo)洞施工技術(shù)成熟、安全可靠，由

4、于各導(dǎo)洞間具有一定距離，故可同步進(jìn)行導(dǎo)洞施工，施工干擾小，各導(dǎo)洞內(nèi)的柱、縱梁也可同時(shí)作業(yè)；4、扣拱后內(nèi)部空間開闊，可采用機(jī)械開挖，作業(yè)效率高，整體施工速度快，精度高，施工中也便于地下水的處理；5、直墻式結(jié)構(gòu)內(nèi)有效凈空大，節(jié)省了曲墻及仰拱結(jié)構(gòu)工程投入。一、洞樁法的發(fā)展綜述北京15號線奧林匹克公園站一、洞樁法的發(fā)展綜述由上下八導(dǎo)洞改為上導(dǎo)洞方案，沉降由60mm控制在27mm以內(nèi)。一、洞樁法的發(fā)展綜述8導(dǎo)洞條基工法存在的問題：1、人工挖孔安全風(fēng)險(xiǎn)大，極易發(fā)生人身傷亡事故；2、降水周期長,且地下水位較高時(shí)，下層導(dǎo)洞的開挖支護(hù)難度大；3、導(dǎo)洞數(shù)量多，群洞效應(yīng)造成沉降較大；4、中樁下底縱梁較窄，軟弱地層中

5、，對地基承載力要求高；5、逆作開挖落底時(shí)，為限制側(cè)壁樁的水平位移問題，需增加橫通道和橫梁，增加了安全風(fēng)險(xiǎn)。人工挖孔北京16號線蘇州橋站、萬壽寺站、二里溝站等多座車站一、洞樁法的發(fā)展綜述由上下八導(dǎo)洞改為上導(dǎo)洞方案。一、洞樁法的發(fā)展綜述4導(dǎo)洞樁基工法特點(diǎn)：4導(dǎo)洞樁基減少導(dǎo)洞降低自身施工風(fēng)險(xiǎn)減小地層擾動(dòng)，沉降控制好減少降水周期減少底板施工縫，工序簡化樁基替代條基隔離作用明顯側(cè)壁側(cè)移問題解決機(jī)械化水平提高成樁效率及質(zhì)量鋼管柱與樁基的連接問題二、車站結(jié)構(gòu)體系二、車站結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)體系：原理：將傳統(tǒng)的框架和暗挖法進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，在地下提前暗挖好的導(dǎo)洞內(nèi)施作圍護(hù)邊樁、中樁、底梁和頂梁、頂拱，共同構(gòu)成樁、梁、拱支

6、撐框架體系，承受施工過程的外部荷載，然后在頂拱和邊樁的保護(hù)下，逐層向下開挖土體，施作內(nèi)部結(jié)構(gòu)，最終形成由外層邊樁及頂拱初期支護(hù)和內(nèi)層二次襯砌組合而成的永久承載體系。 臨時(shí)結(jié)構(gòu)：導(dǎo)洞、邊樁、中樁、拱頂臨時(shí)支護(hù)永久結(jié)構(gòu)：拱頂（頂縱梁）、中板（中縱梁）、底板（底縱梁）、側(cè)墻及中柱結(jié)構(gòu)形式：單跨雙層結(jié)構(gòu)、雙跨雙層結(jié)構(gòu)、三跨雙層結(jié)構(gòu)、三跨三層結(jié)構(gòu)、四跨雙層結(jié) 二、車站結(jié)構(gòu)體系二、車站結(jié)構(gòu)體系 施工步序二、車站結(jié)構(gòu)體系第一次擾動(dòng)土體，使穩(wěn)定的地層發(fā)生應(yīng)力的重新分布，引起地表沉降。導(dǎo)洞開挖階段引起的地面沉降約占總沉降量的3055%。 受力體系：導(dǎo)洞施工階段邊樁及中樁施工階段扣拱施工階段土方開挖及中、底板施工

7、階段正常使用階段第二次擾動(dòng)土體，洞內(nèi)靜態(tài)作業(yè)，打樁造成地表沉降最大能達(dá)到20%第三次擾動(dòng)土體，初支扣拱及二襯扣拱引起的地面沉降約占總沉降量的3040%第四次擾動(dòng)土體，該階段的每一次土方開挖及梁板結(jié)構(gòu)施工都存在著應(yīng)力重新分布及受力轉(zhuǎn)換，直至底板澆筑完成，形成閉合的框架結(jié)構(gòu)，總沉降量不到5%在車站底板澆筑封閉之后，整體框架結(jié)構(gòu)梁、板、柱體系完成二、車站結(jié)構(gòu)體系 受力體系：模擬施工步驟：0 初始工況1 導(dǎo)洞拱頂注漿2 開挖導(dǎo)洞3 導(dǎo)洞初支4 邊樁挖孔5 灌注樁6 澆筑冠梁 激活上部初支7 二襯扣拱基礎(chǔ)8 邊洞回填9 澆筑中柱 10澆筑頂縱梁11頂縱梁上方回填12扣拱頂部注漿13開挖扣拱部分至導(dǎo)洞底1

8、4初支扣拱15二襯扣拱16破除導(dǎo)洞角部初支17大開挖18澆筑二襯三、主要關(guān)鍵步序設(shè)計(jì)施工要點(diǎn)三、主要關(guān)鍵步序設(shè)計(jì)施工要點(diǎn) 1、施工豎井及通道要點(diǎn)：規(guī)避施工風(fēng)險(xiǎn)，盡量少開馬頭門！三、主要關(guān)鍵步序設(shè)計(jì)施工要點(diǎn) 2、導(dǎo)洞要點(diǎn)：格柵鋼架鋼架主筋通過“8”字節(jié)、“Z”形筋、“U”形筋連接三、主要關(guān)鍵步序設(shè)計(jì)施工要點(diǎn) 2、導(dǎo)洞要點(diǎn)：節(jié)點(diǎn)板預(yù)留及位置三、主要關(guān)鍵步序設(shè)計(jì)施工要點(diǎn) 2、導(dǎo)洞要點(diǎn)：導(dǎo)洞開挖順序洞樁法對上下層導(dǎo)洞的開挖順序研究比較成熟，其基本結(jié)論是：從工期、施工降水來看，先上后下的導(dǎo)洞開挖順序較為有利；從地層沉降及導(dǎo)洞結(jié)構(gòu)內(nèi)力上看，先上后下的導(dǎo)洞開挖順序比先下后上相比略微有利。三、主要關(guān)鍵步序設(shè)計(jì)

9、施工要點(diǎn) 2、導(dǎo)洞要點(diǎn)：導(dǎo)洞開挖順序先邊后中控制沉降好三、主要關(guān)鍵步序設(shè)計(jì)施工要點(diǎn) 3、邊樁及中樁要點(diǎn)：如何設(shè)計(jì)根據(jù)建筑樁基技術(shù)規(guī)范（JGJ 94-2008）5.2.1 樁基豎向承載力結(jié)合地層參數(shù)進(jìn)行計(jì)算-求得樁長、算得配筋 建模型荷載結(jié)構(gòu)計(jì)算注意問題：1、邊樁側(cè)摩阻取底板以下；2、群樁效應(yīng)，邊樁側(cè)阻面積進(jìn)行折減；3、建議采取后注漿。三、主要關(guān)鍵步序設(shè)計(jì)施工要點(diǎn) 3、邊樁及中樁復(fù)八線之后，邊樁施工一般采用反循環(huán)鉆機(jī)施工，國內(nèi)最早在2005年北京地鐵10號線金臺夕照站（原工體北路站）首次使用暗挖洞內(nèi)打樁，樁徑0.8m，隨后在北京地鐵4號線宣武門站（樁徑1m）、15號線奧林匹克公園站（樁徑1m）、

10、沈陽地鐵1號線中街站（樁徑1m）以及后來的北京地鐵16號線二里溝站（樁徑1m）等多個(gè)車站復(fù)八線采用簡單改裝的地質(zhì)鉆機(jī)成孔（90年代）國內(nèi)最早采用大直徑中樁的車站為北京地鐵15號線奧林匹克公園站，中樁直徑1.8m，采用反循環(huán)鉆機(jī)施工，后陸續(xù)在北京地鐵16號線二里溝站（樁徑1.8m）、紅蓮南里站（樁徑2.0m）、哈爾濱地鐵2號線省政府站（樁徑2.0m）、南直路站（樁徑2.2m）投入使用。全液壓履帶式反循環(huán)鉆機(jī)三、主要關(guān)鍵步序設(shè)計(jì)施工要點(diǎn) 3、邊樁及中樁 KYZ180型履帶式全液壓大功率鉆機(jī)，根據(jù)鉆孔直徑調(diào)整鉆頭（800mm3500mm）,扭矩32000N.M，設(shè)備長4.6m，寬2.5m，高2.8m

11、。三、主要關(guān)鍵步序設(shè)計(jì)施工要點(diǎn) 3、邊樁及中樁孔口護(hù)壁鉆孔目前最先進(jìn)的鉆機(jī)可達(dá)到1m/h！注意：孔口塌孔！三、主要關(guān)鍵步序設(shè)計(jì)施工要點(diǎn) 3、邊樁及中樁環(huán)境惡劣，安全存在問題！三、主要關(guān)鍵步序設(shè)計(jì)施工要點(diǎn) 4、鋼管柱要點(diǎn)：鋼管柱定位定位器定位三、主要關(guān)鍵步序設(shè)計(jì)施工要點(diǎn) 4、鋼管柱要點(diǎn)：鋼管柱定位絲杠定位（1）絲杠定位法用于狹小空間鋼管柱的定位方法，無需安裝定位器及定位鋼板，簡化施工步驟，節(jié)省大量時(shí)間，工期由4050天減少到15天。（2）鋼管柱下部通過絲杠調(diào)垂的方式進(jìn)行定位，由絲杠替換定位錐及定位鋼板，四根絲桿重量20kg，定位器重量450kg，每根鋼管柱安裝節(jié)約鋼材430kg。三、主要關(guān)鍵步序

12、設(shè)計(jì)施工要點(diǎn) 4、鋼管柱要點(diǎn)：鋼管柱定位HPE液壓垂直插入機(jī)定位三、主要關(guān)鍵步序設(shè)計(jì)施工要點(diǎn) 4、鋼管柱要點(diǎn)：鋼管柱定位三、主要關(guān)鍵步序設(shè)計(jì)施工要點(diǎn) 4、鋼管柱要點(diǎn)：鋼管柱插入深度 在鋼管柱嵌入樁基計(jì)算模型中，采用k表示鋼管柱柱腳的抗彎剛度。三、主要關(guān)鍵步序設(shè)計(jì)施工要點(diǎn) 4、扣拱要點(diǎn)：扣拱順序A對于初支開挖，扣拱順序影響不大。B對于二襯扣拱，建議采取先中后邊的順序，同時(shí)偶數(shù)跨的扣拱應(yīng)遵循對稱施工的原則。C針對二襯扣拱階段，一次扣拱長度越短，沉降值越小，長度小于10m時(shí)，沉降值隨長度變化呈線性增加，超過12m時(shí)，沉降速率陡增3倍，因此，一次扣拱長度越短越好，最長不宜大于10m四、關(guān)于洞樁法車站止

13、水四、關(guān)于洞樁法車站止水 目前北京暗挖車站施工多采用降水方式治理地下水，有問題：地下水治理手段單一水資源浪費(fèi)嚴(yán)重施工難度不斷增大暗挖車站降水周期一般為1820個(gè)月，高峰期日降水量約為5萬立方米，每座車站施工期間共需抽排地下水約15002000萬立方米地鐵線路、高層建筑基礎(chǔ)、道路橋梁、老化的市政管道降水施工場地極其困難！良好的止水效果克服洞內(nèi)施工場地狹窄、凈空低的限制滿足對周圍環(huán)境無公害的要求四、關(guān)于洞樁法車站止水 高壓噴射注漿法（Jet Ground）單重管法（CCP工法）雙重管法（JSP工法）三重管法（CJP工法）Twin-Jet工法（交叉噴射攪拌）大深度、大直徑、高效率Super Jet工

14、法（直徑3.5m，深度30m）MJS工法（直徑23m，深度50m，多角度）RJP工法（直徑23m，深度70m，多角度）超級RJP（Super Rodin Jet Pile）工法是高壓噴射注漿工藝中最先進(jìn)的采用超高壓（40MPa）噴射流體（空氣、漿液和水）二次切削土體四、關(guān)于洞樁法車站止水 序號試樣編號所處地層取芯位置平均滲透系數(shù)(cm/s)132.5-1-2粉細(xì)砂距圓心800mm4.73410-8232.5-2-4距圓心800mm2.10610-8328.5-1-3距圓心800mm1.74410-8432.5-12-11、2樁咬合1.90110-8532.5-13-21、3樁咬合3.43510

15、-8630.5-12-21、2樁咬合7.21510-8726.0-1-3粉質(zhì)黏土層距圓心800mm1.50310-8826.0-2-2距圓心800mm4.35710-8926.0-2-4距圓心800mm5.19710-81026.0-3-3距圓心800mm1.62310-81126.0-12-11、2樁咬合1.77110-81226.0-13-21、3樁咬合5.34810-81323.5-1-3卵石層距圓心800mm4.09010-81423.5-1-4距圓心800mm3.34210-81523.5-2-3距圓心800mm2.33310-81623.5-3-3距圓心800mm3.60410-8

16、1723.5-12-11、2樁咬合1.81010-81823.5-23-22、3樁咬合2.83510-8四、關(guān)于洞樁法車站止水 工程案例：萬泉河橋站四、關(guān)于洞樁法車站止水 止水效果五、關(guān)于暗挖機(jī)械化施工五、關(guān)于暗挖機(jī)械化施工 TWZ180臺車五、關(guān)于暗挖機(jī)械化施工 五、關(guān)于暗挖機(jī)械化施工 出料打?qū)Ч軡駠娭ёo(hù)開槽挖上方土 挖土1、斷面形式原設(shè)計(jì)馬蹄形斷面存在問題：1、不利于機(jī)械新進(jìn)；2、機(jī)械臺車2m寬，臺車工作期間，兩側(cè)底部為曲拱結(jié)構(gòu)，不利于人員行走及材料運(yùn)輸，造成安全隱患！優(yōu)化斷面為平底結(jié)構(gòu)。便于機(jī)械行進(jìn)，同時(shí)有利于材料運(yùn)輸及機(jī)械器具擺放，增大作業(yè)面空間。五、關(guān)于暗挖機(jī)械化施工2、超前支護(hù)原設(shè)計(jì)：區(qū)間拱部打設(shè)的25小導(dǎo)管（L=2m，間距300mm）。存在問題：剛度不夠，鉆進(jìn)時(shí)易彎曲，達(dá)不到支護(hù)效果。優(yōu)化參數(shù)：經(jīng)過實(shí)驗(yàn)確定采用32中空錨桿（L=2m，間距300mm），增大剛度。單根鉆進(jìn)時(shí)間2分鐘左右，但定位時(shí)間較長。五、關(guān)于暗挖機(jī)械化施工3、鋼架選用型鋼鋼架：前期支護(hù)剛度大，但噴混不密實(shí)，對淺埋卵石地層，后期沉降偏大；鋼架重量大，架設(shè)難度高。格柵鋼架：前期剛度上不來，需結(jié)合噴混，方能承受荷載，但后期強(qiáng)度大；鋼架重量小，架設(shè)方便。設(shè)計(jì)參數(shù)：間距750mm（考慮機(jī)械