北京地铁五号线地下车站暗挖工法综述

第一篇：北京地铁五号线地下车站暗挖工法综述

北京地铁五号线地下车站暗挖工法综述

摘 要：北京地铁五号线采用了多种暗挖工法,在工法的选择以及应用上有不少值得借鉴和研讨的地方。本文在介绍地铁五号线地下车站暗挖工法的基础上，对有关技术问题进行论述。一.概 述

北京地铁五号线是贯穿京城南北的一条轨道交通干线，线路经过了丰台、崇文、东城、朝阳和昌平等五个区，全长27.6km，共设车站22座。根据规划条件及环境要求，南段线路采用地下线路形式，在北四环路以北采用高架或地面线路形式，其中，地下线路长度16.9km，占全线长度的61%，地下车站16座；高架及地面线路长度10.7km，占全线长度的39%，高架车站5座，地面车站1座。（见图1）

在16座地下车站中，有4座车站采用暗挖法施工，还有5座车站采用明暗挖结合的方法实施。地铁五号线隧道穿越的地层为第四纪地层，以粘土、粉土、砂及砾石层为主。地下水主要有上层滞水、潜水和承压水。隧道基本在潜水中，部分隧道已经进入承压水。地铁五号线早在1992年底就已经进行可行性研究，至现在已经开展工作近11年，其间主要方案经过了多次论证和变迁。本文主要就地铁五号线地下车站暗挖法的有关技术问题进行论述。二.地下车站施工方法的选择

地下车站施工方法的选择，主要应根据规划情况、工程地质及水文地质条件、周围环境、工程技术难度、工期以及工程造价等诸多因素综合权衡确定。以下几个原则是本人通过地铁五号线工程得到的感悟。

1． 能明挖则明挖，非万不得已不选择暗挖工法

在选择施工方法时，应遵循的第一个原则就是按照明挖法→盖挖顺作法→盖挖逆作法→暗挖法的先后顺序选择，这几种工法的要点和适用范围比较见表1。

由表1的比较可以看出，虽然明挖法对环境的影响较大，但其工期短，影响的时间短，加之在其他方面的优势强，因此很多情况下应作为车站施工的首选工法。而暗挖法虽对环境和地下管线的影响小，但其他方面不具优势，因此应尽量避免采用。不同施工工法的要点及适用范围比较表 表1

2． 要站在整个工程的高度选择施工方法，正确处理工程拆迁、工程造价、工期、环境影响以及社会效益等诸多方面的关系。地铁工程是一项浩大的城市建设工程，与城市的建筑、设施、环境以及人们的生活息息相关，必将对城市的正常生活造成影响，诸如拆迁房屋、影响交通等等。在城市的中心区修建地铁车站，不管采用明挖法还是暗挖法，工程拆迁都是不可避免的，虽然通常情况下明挖法的拆迁较暗挖法多，但我们应当综合多方面因素来选用合理的施工方法。综合费用的比较。采用明挖法的拆迁费＋工程费是否低于采用暗挖法的拆迁费＋工程费？如果明挖法的综合费用低于暗挖法的综合费用或两者相当，显然采用明挖法在经济上是比较合理的。否则，还要在其它方面进行考虑。车站施工是否有条件促进规划实现。对于设在规划道路范围内的车站，一般应充分考虑道路规划建设以及能否通过地铁建设带动地面建设的开展。这样，本属于地面建设拆迁范围内的拆迁费用，可能变成由地铁和地面建设共同分担，既减少了地铁的拆迁费用，也减少了地面建设的费用，一举两得。这也是地铁工程建设带动沿线建设在这方面的体现，具有较好的社会效益。如果上述条件成立，那么采用明挖法或盖挖法是比较适宜的。环境影响和工程施工安全。采用明挖法由于占用的施工场地多，因此对环境的影响大于暗挖法。尤其车站位于现状道路下方，对地面交通影响较大。但是，暗挖法施工在安全方面却不能与明挖法比拟，在某些地段或者某种地质条件下，暗挖法施工难度极大，如果在车站上方或周围有建筑物，暗挖法施工引起的地面沉降较大，其负面影响不可忽视。是否有重要制约条件。要考虑在站址周围是否有重要的控制因素，比如重要建筑物，重要文物保护单位，是否有重要且难以拆改的地下管线或地下构筑物等，这些控制条件往往影响到站位和施工方法的确定。工期是否充足够用。工程的建设周期长短也是一个不可忽视的因素，选择一种施工方法，要考虑到整个工程的筹划是否满足要求，不可忽视所选施工方法在安全性能方面的把握度，一旦出现问题处理时间是否可控，各方面的影响严重程度等。通过对上述各种因素综合、客观的考虑和分析，结合车站的综合技术经济比较，一定能够选取一种合理、恰当的施工方法。

3． 要尊重工程技术人员和专家的意见，根据客观、科学的论证确定工程施工方案，切忌主观臆想、感情用事。工程技术人员要以扎实的工作为领导宏观决策提供参考和依据。地铁五号线车站施工方法的确定，考虑了多种综合因素，整个过程争议很多，方方面面的意见都有。设计方案从最早设计推荐的3座车站暗挖，1座车站盖挖，12座车站明挖演化到9座车站暗挖，1座车站明暗挖结合，6座车站明挖，最后形成了4座车站暗挖，5座车站采用明暗挖结合，7座车站明挖的现状。论证过程主要矛盾焦点是： 如何处理工程拆迁与工期的关系，认为拆迁过程长短难以控制，可能制约工程工期； 认为明挖法工程拆迁费用偏高； 沿线城区过分强调明挖法对周围环境的影响； 部分人认为暗挖法施工引起的沉降对上部建筑物影响不大等。

4． 从地铁五号线工程运作到目前的情况来看，地面拆迁工作基本到位，即使部分车站拆迁比计划滞后，其滞后时间也不长，相比较之下，明挖工期＋明挖法地面拆迁工期小于暗挖工期＋暗挖法地面拆迁工期；明挖工程的综合费用（拆迁＋工程费）与暗挖法的综合费用相差不大；对环境的影响也基本相当；相反，暗挖法施工引起的沉降对周围环境的影响则更加凸显，成为各方比较棘手的问题。

各地下车站采用的施工方法见表2。三.地铁五号线采用的暗挖工法及结构型式论述

地铁五号线采用暗挖法施工的车站，根据具体情况采用了不同的工法，其结构型式也多种多样。

1． 传统的三连拱车站结构型式（图2）

在天坛东门站和磁器口站，采用了传统的三连拱车站型式。隧道断面尺寸大致在22m×15m（宽×高）左右。车站采用复合衬砌结构型式，顶梁采用型钢梁，立柱为钢管柱，其它均为钢筋混凝土结构。此结构型式在北京已经有成功的实例。通常情况下，根据隧道断面的大小及跨径分配，可采用中洞法、侧洞法、侧壁导坑法以及混合使用各种工法分步实施开挖和支护作业。五号线采用的施工开挖步序见图3。

五号线连拱车站隧道施工采用的是中洞法，其中中洞采用交叉中隔壁法施工。施工过程中在拱部打设钢管棚，管棚间插小导管，并注浆以保证拱部稳定。连拱车站型式在以往工程中普遍反映出的问题主要有：施工质量不易保证；顶部连拱形成的沟槽积水，容易出现漏水现象，且不易治理；施工分块多，稳定性差；

废弃工程量大等。

2． 单拱三跨单层车站结构型式（图4）

在地铁五号线采用明暗挖结合施工的车站，其暗挖部分均为下穿现状道路，以达到施工期间不中断交通的目的。为保证明挖和暗挖结构的合理埋深，暗挖部分均采用了单层结构。由于单层结构在分步开挖过程中的结构体系转换较双层结构简单、容易，同时又为避免连拱隧道顶部积水问题，推荐采用了单拱三跨结构型式。车站采用复合衬砌，顶梁、底梁采用钢筋混凝土结构，立柱为钢管柱。采用此类结构型式的车站有：刘家窑车站、东单车站、东四车站、张自忠路车站等。根据车站站台宽度不同，隧道断面尺寸大致在21.8m×9.5m（宽×高）～23.9m×10.5m（宽×高）左右。此类断面在北京乃至国内软土地层地铁车站中首次采用，施工可采用的方法与三连拱隧道基本类似，只是由于结构高度小，竖直方向的转换少，各施工步序转换更加简单、安全。此结构最大的优点是隧道顶部没有积水槽，防水效果好。此类工法的典型施工步序见图5

所示，可采用侧洞法先形成隧道两侧封闭的衬砌，然后再施工中部的拱和底板，快速封闭衬砌；也可先施工立柱隧道，形成底梁、立柱和顶梁后，再开挖中间洞形成中部完整、稳定的支撑体系，最后开挖两侧洞，封闭隧道。施工过程中在拱部打设钢管棚，管棚间插小导管，并注浆以保证拱部稳定。

3． 单拱三跨双层车站结构型式（图6）

此型式应用于崇文门车站，其应用单拱的意图与单拱三跨单层型式一致，主要为避免连拱隧道顶部积水问题。车站采用复合衬砌结构型式，顶梁、底梁为钢筋混凝土结构，立柱为钢管柱。隧道断面尺寸为24.2m×16m（宽×高）。隧道开挖采用中洞法，其中中洞采用交叉中隔壁法施工。在中洞形成后，由下至上施作底板、底梁，然后施工立柱，后浇筑顶梁、顶板。侧洞采用台阶法由上至下开挖而成。施工过程中在拱部打设钢管棚，管棚间插小导管，并注浆以保证拱部稳定。该工法的施工步序见图7。

4． 单拱双跨双层车站隧道型式（图8）

此型式应用于蒲黄榆车站。车站采用复合衬砌结构型式，顶梁、底梁为钢筋混凝土结构，立柱为钢管柱。隧道断面尺寸为22.6m×16.3m（宽×高）。

该结构型式在软土地层地铁车站隧道中属首次采用。此工法的施工步序见图9，首先施工中洞，在中洞内施作底梁、立柱和顶梁。中间支撑柱形成后，两侧对称开挖侧洞，开挖到底后由下向上浇注衬砌。施工过程中在拱部打设钢管棚，管棚间插小导管，并注浆以保证拱部稳定。

由于采用了双跨结构型式，整个隧道施工过程中导洞的体量较大，中间导洞宽度达8m左右，同时，采用单拱型式导致隧道的整体高度偏大，施工期间对控制隧道稳定性的要求很高。

5． 暗挖车站风道结构型式（图10）

地铁五号线采用暗挖法施工的通风道基本为单跨双层结构,复合衬砌结构型式。风道总体开挖尺寸为11.6m×12.75m（宽×高）,其结构体量比较大，采用交叉中隔壁法施工，施工中打设小导管作为超前支护。四.地铁五号线暗挖工法的主要技术问题讨论

由于地铁五号线采用了多种断面型式以及不同的开挖方法，且沿线周围的环境条件差异较大，因此在设计和施工中必须对有关技术问题给与充分的重视。

1． 暗挖车站第一工作面的形成方式

地铁五号线车站开挖工作面的形成主要有以下两种方式：

方式一：利用车站通风竖井和通风道开辟车站开挖工作面，即首先施工通风竖井，然后开挖整个风道，在风道靠车站一端形成车站开挖工作面，其施工顺序见图11示意；

方式二：在车站两端明挖（或盖挖）竖井（基坑），待竖井完成后从其侧壁开挖车站主体和通风道，其施工顺序见图12示意。

以上两种方法可以适用于不同的条件，其优缺点见表3。

上述两种方式各有优缺点，但考虑到暗挖法车站往往制约整体工期，因此建议如果有条件，应尽可能采用方式二。还有另外一个方式也可以采用，即在利用风道形成车站开挖面的同时，将有条件的出入口作为车站上半断面的施工通道。由于出入口的结构断面小，施工期短，因此可以尽快进入车站，这样既可增加车站施工的工作面，也可以有效减少车站的工期和降低施工风险。

2． 隧道施工期间的稳定性 在软土地层中暗挖施工大断面隧道，必须通过小断面的开挖和转换来实现，其所贯彻的主要指导思想是强支护、快封闭，施工期间最重要的是要确保每一个施工分步的开挖和支护稳定以及施工转换的安全。每一步开挖尺寸应尽可能合理。由于目前基本为人工开挖和支护作业，每一步开挖的高度应控制在3.5m左右，最多不要超过4m，这样采用台阶法开挖时人工作业方便。

如果高度太大就必须增加台阶数量，导致初期支护不封闭段长度增加，风险加大。目前五号线采用比较多的工法是交叉中隔壁法，如图14示意，在开挖过程中，由于每一步都是封闭的，且为强支护，因此稳定性不会有问题。但在开挖完成后施作二次衬砌时，在局部拆除中隔壁和临时仰拱后，原先在开挖中已经形成平衡的初期支护受力体系受到破坏，如图14示意底部中隔壁拆除，竖向承载能力部分丧失，此时顶部的荷载无法靠中间的柔性临时结构承担，隧道将面临一定危险。当衬砌逐步向上浇筑，连续拆除中间临时结构时，风险越来越大。要减小衬砌和拆除过程中的风险，应尽可能减小纵向拆除隔壁的长度，利用空间受力效应保证隧道稳定，同时，应在拆除临时隔壁的部位，增设临时竖向支撑。由于大部分初期支护承受的是压力作用，当隧道断面较大时，建议将内部临时初期支护由弧形改为直线型，可以避免弧形初期支护在较大的轴力作用下失稳。

当隧道横向有多跨，需分步形成时，哪一跨首先形成，哪一跨最后形成也对隧道的稳定性影响很大。确定原则主要有以下几方面：

1.形状稳定原则

由于先形成的隧道要独立存在一段时间，且邻近的开挖会对其造成影响，因此，先形成的隧道形状要能够保证在临近作业影响下的稳定。

2.先易后难，互不干扰原则

若部分隧道可以独立成洞，断面形状稳定，施工难度小，相邻洞室施工期间的相互影响和干扰小时，可以考虑先施工。即独立洞首先形成，然后开挖中间部分形成封闭结构。

3.以大化小，减小跨度原则

若某些隧道首先形成后，可以有效减少后期施工部分的开挖跨度，宜先施工。3.经济合理原则

应尽可能减少临时支护工程量，降低工程造价，使施工更加经济合理。以三跨单层隧道（东四车站）举例说明上述原则。图15为两种不同的开挖顺序，先侧洞后中洞方案（方案一）和先中洞后侧洞方案（方案二）。

形状稳定原则：从图中可以看出,从形成隧道衬砌的形状来看, 方案一两侧洞的衬砌为两边不对称形,且呈楔形状,建成后受侧向荷载的作用不对称,有侧移的倾向；而方案二中洞部分是对称结构，上下荷载平衡，左右荷载平衡，呈稳定的形状。先易后难，互不干扰原则：侧洞法施工虽两侧洞施工互不干扰，但在侧墙衬砌施工中，存在不稳定阶段，有一定难度（方案一）；而中洞法首先施工两个中间立柱，两立柱施工时互不干扰，且各自的施工难度小，当立柱形成后，开挖中间跨时，第一部开挖（4）即可封闭顶部初期支护，二次衬砌也可很快跟进施工，难度小。当开挖至底部时，也可快速封闭。以大化小，减小跨度原则：中洞法首先施作中柱，单洞开挖跨度小，至中间开挖连起来之后，整个稳定的中洞将原本的大隧道进行了分割，余下的侧洞跨度已经减小，施工起来没有问题。经济合理原则：上述两种方案在经济上基本相当。根据采用上述原则的分析，明显看出此断面的隧道采用中洞法较侧洞法具有优势，因此我们将原来推荐的侧洞方案调整至中洞方案。3． 风道与车站交界处（马头门）施工应注意的问题 的情况。本人认为有以下几个方面需要注意：

前面已经谈到形成第一工作面的方式，在目前地铁五号线采用风道开口的车站，都存在开挖断面大、施工工序多、工期紧、风险大（1）开口断面太大，对抬高段隧道衬砌的削弱非常大，隧道整体稳定难以控制。建议开口前首先对马头门进行加强，有条件的应首先完成二次衬砌加强段。

（2）条件的建议先利用小导洞进入车站上半断面施工，化整为零，减小开口断面。（3）开口部位应采用管棚进行超前支护，并用小导管进行注浆。

（4）为充分了解马头门施工时结构的受力、变形状态，确保心中有数，万无一失，应加强施工监测，对钢筋及混凝土应力、变形、收敛、拱顶下沉以及地面沉降进行监测，其监测密度要大，并应及时将信息反馈给各有关单位。（5）开口段容易引起过量的地面沉降，除采取强支护措施外，还应加强衬砌背后的回填注浆工作。（6）应准备应急预案和足够的应急材料。

4． 地面沉降控制

从目前地铁五号线已经施工的各标段地面沉降情况看，多数标段的沉降控制不理想，部分风道在尚未完成开挖和初衬时沉降就已经超过40mm，这与隧道的断面大小及施工方法有关外，最主要的原因还有：

施工方案不妥。选取合理的施工方法和先后次序，可以从源头上使控制沉降成为可能。目前地铁五号线部分暗挖断面大，施工步序多，因此应采用合理的施工方案，控制沉降。施工期间初期支护未能及时封闭。部分施工段，由于上下台阶的长度过长，上半断面又没有临时仰拱，导致较长距离内初期支护不封闭，引起沉降。超前支护（小导管注浆）不到位，流于形式。超前支护是防止隧道拱部土体局部坍塌的重要手段，尤其对于较差的地层，小导管注浆可有效防止地层的流失和坍落。初衬背后注浆填充不够。从现场实际情况看，初期支护喷射混凝土施作后，初衬一般均存在背后空鼓现象，严重者空鼓可达100～150mm，尤其对于开挖后有局部坍落掉块的地方，空隙更大。衬砌背后及时注浆填充可有效防止由此产生的沉降。地质条件差。在含粉细砂的地层，隧道开挖后含水粉细砂随地下水流出，造成地层流失，引起沉降。在上述各因素中衬砌背后注浆不够或不及时是引起沉降的主要因素之一，应加强控制。对于地铁工程施工引起的地面沉降允许值应如何采用，目前业内众说纷纭，但无论车站还是区间，不管断面大小高低均采用30mm的做法是非常不妥的。总体来讲，按照一般的规律，区间隧道采用30mm左右来控制沉降比较现实，车站采用50～60mm控制比较合适。事实上，地面沉降值的控制是一个技术和经济相互平衡的问题，目前的暗挖工法，有条件将沉降控制的更小，但要付出的代价是否值得？因此，应因地制宜的选择控制标准。五.地铁五号线车站暗挖工程的重点和难点问题

除前面提到的一些技术问题外，地铁五号线工程存在许多重点和难点问题，以下简单介绍几个。1． 崇文门站下穿环线地铁区间隧道

崇文门站下穿环线地铁区间隧道的情况见图16示意。五号线崇文门车站在环线地铁区间喇叭口隧道下方穿过，两者之间的结构净距为1.98m，环线地铁对五号线施工引起轨道高差变化要求及其严格，仅5mm。为满足此要求，地铁五号线施工时采取了如下措施：

(1)00mm直径的管幕作为超前支护，并通过注浆管对周围的土体进行注浆；(2)尽快封闭初期支护，并在早期分段跳槽施工二次衬砌环；(3)能够及早起到承载作用的导洞—桩支护体系；(4)期间对既有地铁区间进行全程自动监测；

(5)轨道扣件及时调整隧道施工引起的沉降造成的轨道标高变化。2.东单站上穿复八线地铁区间隧道

单站上穿地铁复八线区间隧道的情况见图17示意。地铁五号线车站底板与复八线区间隧道顶板之间的净距仅0.5m。为确保施工期间对既有区间隧道的影响最小，采取了如下措施：

(1)线区间隧道周围一定范围内的土体进行注浆加固；

(2)索或抗拔桩防止复八线区间隧道在五号线开挖卸载后上台；(3)五号线的车站柱子的排列，确保对复八线的不利作用减小；(4)与崇文门类似的监测方案。3． 东四站下穿朝内菜市场建筑

东四单层暗挖车站隧道在现状的朝内菜市场建筑物下方穿过，东四车站隧道顶部覆土厚度为12.5m，朝内菜市场为三层框架结构，地下有一层地下室，基础形式为柱下筏板基础，基底埋深约6m。为保证隧道施工引起的沉降不破坏建筑物，施工期间采用长管幕进行超前支护和小导管注浆。同时对地面建筑物加强施工监测。六.结语

到2008年前，北京地铁将有31座车站采用暗挖法或明暗挖结合法施工，北京地区采用暗挖法施工的地铁车站工程还从来没有象现在这样多，可以想象得到一两年之后北京地铁建设的状况。但就目前来讲，全国有地铁暗挖施工经验的队伍数量有限，水平参差不齐，整体水平需要提高。本文仅就地铁五号线地下车站暗挖工法的有关问题进行了粗浅的探讨，有些是五号线的经验之谈，有些是教训，有些还没有实施，数个人学术观点。经验和教训都是宝贵的，地铁五号线工程的建设在先，值得总结。笔者希望通过本文粗浅的认识，能够对业界的同行有所裨益。不妥之处，望指教。

第二篇：北京地铁五号线东四车站暗挖段的防水施工(图)

北京地铁五号线东四车站暗挖段的防水施工

东四车站结构、工程地质和水文地质概况

地铁东四站位于朝阳门内大街与东四南大街交叉口上。车站两端为明挖段，结构形式为三层三跨框架结构;中间为暗挖段，结构形式为单层三拱两柱结构。车站总长度197 m，其中暗挖段长96180 m，明挖段总长为100120 m。车站总宽:暗挖段为22190 m，明挖段为26120 m。车站设置东南、东北、西南、西北4 个出入口和南、北2 个风道。

车站两端三层三跨框架结构由侧墙、梁、板、柱等构件组成，采用明挖顺筑法施工。中间单层拱形三跨两柱结构为复合衬砌结构。框架结构的防水，一是施作外包防水层，二是依靠结构混凝土自防水；复合衬砌结构的防水，一是施作初期支护与二次衬砌之间的防水夹层；二是依靠二次衬砌混凝土的自防水。

出入口除西南、西北两个采用暗挖法施工外，东南、东北两个采用明挖法施工。两个风道均采用明挖法施工。防水处理与施工方法有关，参照车站明挖、暗挖段的防水方案进行防水处理。

工程地质自上而下依次为：人工填土层(杂填土和粘质粉土素填土)，厚217～414 m ； 粘质粉土、砂质粉厚410～615 m ；粘质粉土，厚210～413 m ；中粗砂层，厚210～312 m ；卵石，厚510～1310 m。水文地质自上而下依次为：上层滞水，赋存于填土层和粘质粉土、砂质粉土中；潜水，赋存于粉细砂层、中粗砂层、圆砾层、卵石层中； 承压水，赋存于中粗砂层、卵石层孔隙中。受城市工程施工降水的影响，潜水水位呈连续下降的趋势，平均每年水位降低0158 m。历史最高水位1959 年为41～42 m，1971 年—1973 年为32～34 m，建议设防水位为35100 m。潜水对钢筋混凝土中的钢筋和钢结构具有弱腐蚀性。2 防水施工综述

东四车站及其出入口通道防水设计标准为一级防水，结构不允许出现渗水，内衬表面不得有湿渍。车站风道防水设计标准为二级防水，不允许漏水，结构表面允许有少量的偶见湿渍。防水施工影响因素多，技术难度大，是地铁工程施工的一大难点，也是一道关键工序。结构防水是根据工程地质和水文地质条件、车站结构特点、施工方法和使用要求等因素进行设计和施工的，遵循“以防为主，防排结合，刚柔相济，多道防线，因地制宜，综合治理”的原则，外防水固然重要，而提高结构自防水性能也不能忽视，处理好施工缝、变形缝等土，厚114～415 m;粉细砂层，厚615～817 m;圆砾层，柜具备启动、停止自动控制及故障泵自动关闭、备用泵自动投入等功能，保证运行的高可靠性。泵站的位置与铁路中心的距离25 m，以防泵站内仪表受到行车振动的影响，应考虑城市规划要求，会同城市、铁路、公路等有关单位协商确定。5 结论

(1)采用封闭式引道隔离地下水，绿化带等引道以外地表水自然排出，泵站设计只考虑抽排引道内地表水，可减小泵站规模，节省电力，节约投资，精减泵站管理工作，为保证引道排水畅通创造有利条件。

(2)封闭式引道的设计在工程实例中并不多，本次设计做了大量的工作，尤其是在横向接缝构造处理上有新的尝试，期待能为以后的工程提供借鉴。

图1 东四暗挖段车站结构防水系统

薄弱环节十分关键。根据设计要求，车站主体、风道、出入口框架结构底板、顶板、侧墙采用C30、S10 补偿收缩防水混凝土。暗挖段施工缝均采用遇水膨胀腻子条和预埋注浆管的方法进行加强防水处理。变形缝采用中置式橡胶止水带;车站结构暗挖段柔性防水采用400 gΠm2 土工布和118 mm 厚的ECB 防水板(见图1)。3 结构自防水

在地铁工程施工中，由于施工环境较差以及施工顺序的关系，使防水效果难以达到设计的理想状态，因此结构自防水是地铁工程防水成败的关键。

东四车站主体结构采用C30、S10、补偿收缩混凝土。它具有良好的抗裂性能，主体结构混凝土不但要起防水作用，还要和钢筋一起成为受力结构。为确保混凝土质量达到结构自防水的目的，必须采取有效措施。3.1 防水混凝土性能要求与原材料选择结构自防水混凝土必须具备密实度高、收缩率小、强度高、可灌性好等多种性能，混凝土一般均掺加经选择的附加剂来达到自防水目的。工程经验表明，掺加剂的稳定性影响到结构体是否产生裂纹，甚至影响到结构的受力，因此高性能混凝土要严格按设计要求进行配合比设计，为此对原材料选择提出如下技术要求:(1)水泥 使用品质较稳定的425 # 普通硅酸盐水泥，混凝土含碱量(Na2O)不超过016 %，性能指标必须符合《普通硅酸盐水泥》(GB175 —92)标准。

(2)石子 采用质地坚硬，附着物少的优质石子，石子最大粒径≯40 mm，含泥量≯1 %，泥块含量≯ 015 %，吸水率≯115%。

(3)砂子 采用符合现行《普通混凝土用砂质量标准及检验方法》的河砂(中砂)，含泥量≯3 %，泥块含量≯1%。

(4)粉煤灰 采用一级品质、稳定性好的磨细粉煤灰代替部分水泥用量，以提高混凝土的和易性，掺量不大于水泥用量的20 %。

(5)其它掺加剂宜用“TMS”或UEA，其掺量根据具体要求确定。3.2 防水混凝土配合比

防水混凝土配合比，应根据工程要求、选材要求、结构条件和施工方法，通过试验确定。其抗渗等级应比设计要求提高012 MPa。每m3 混凝土的水泥用量 ≮320 kg(包括粉细料在内);砂率取为35～40，灰砂比应为1∶215；水灰比≯016 ；普通防水混凝土的坍 2～1∶落度≯50 mm，当掺外加剂或采用泵送时按相应的规定办理。防水混凝土配料必须按重量配合比准确称量，计算允许偏差为: 水泥、水、外加剂、粉细料为 ±1 %，砂、石为±2%。

3.3 防水混凝土的拌合与运输

(1)混凝土拌合 按照招标要求，混凝土供应采用工厂拌合的商品混凝土，当用于灌注车站结构而采用高性能混凝土时，混凝土的拌合必须选材固定，计量准确，拌合时间达到规定要求。搅拌时间≮2 min。掺加外加剂时，应根据外加剂的技术要求确定搅拌时间。

(2)混凝土运输 混凝土采用拌合车运送，混凝土在运输过程中，要防止发生离析现象及减少坍落度损失，对混凝土的坍落度损失应控制在1 cm 以内;当由于运送距离远或产生交通堵塞而引起混凝土出厂时间过长的问题时，需要在工厂调整配合比，严禁在商品混凝土中掺加任何其他材料，以确保混凝土的入模质量。3.4 防水混凝土灌注

(1)模板 模板要架立牢固，尤其是挡头板，不能出现跑模现象，混凝土挡头板保证做到模缝严密，避免出现水泥浆漏失现象，且达到表面规则平整;地模、墙模施工质量达到设计和规范要求。

(2)混凝土浇筑 防水混凝土采用泵送入模时，宜将润湿砂浆取走，确保不改变入模混凝土的原有质量。混凝土应分层浇筑，分层振捣，每层厚度不宜超过300 ～400 mm，相邻两层浇筑时间间隔不超过2 h，以确保上、下层混凝土在初凝之前的牢固结合。混凝土泵送入模时，应使其水平均匀入模，并控制其自由倾落的高度。当自由倾落高度超过2 m 时，应使用串筒、溜槽或在灌注面接一段水平导管。当灌注暗挖结构拱部衬砌时应按灌注孔先下后上有序地进行，防止发生混凝土离析。

(3)混凝土振捣 混凝土振捣一般采用附着式和插入式两种振捣器，附着式振捣器用于暗挖结构防水混凝土灌注，插入式振捣器使用较广。混凝土振捣前应先根据具体的结构物设计振捣点，振捣时间一般为10～30 s，以混凝土开始出浆和不冒气泡为准，避免漏振、欠振和超振。对新旧混凝土结合面、沉降缝、施工缝止水带位置需要严格按设计的振捣点和时间进行有控制的振捣。

(4)施工缝设置 混凝土应尽量做到连续浇筑，不留或少留施工缝。如因施工需要留设施工缝，必须征得设计同意，并得到监理的认可。施工缝的设置，主要考虑一次混凝土灌注工作的强度和有效控制混凝土的收缩裂纹。在结构施工时，环向施工缝设置不超过24 m。纵向施工缝根据结构特点而定。

(5)施工缝部位处理 在施工缝处继续浇筑混凝土前，无论何种情况，对接缝表面都应进行凿毛处理，清除浮粒，粘贴止水条。对于采用顺筑法施工的结构，在施工缝处继续浇筑混凝土前，应用水冲洗接缝并保持湿润，首先在接缝处铺一层20～25 mm 厚、与灌注混凝土标号相同的水泥砂浆，然后再进行混凝土灌注;施工缝处的混凝土必须充分振捣密实。(6)混凝土保护层 混凝土结构内部设置的各种钢筋或绑扎铁丝，不得接触模板。在迎土面的钢筋保护层厚度≮35 mm。

(7)变形缝设置 混凝土结构变形缝的止水条构造形式、位置、尺寸，以及止水条使用的材料、变形缝填料的物理力学性能应符合设计要求。并应加强变形缝处混凝土的振捣。

(8)混凝土坍落度控制 当混凝土采用泵送时，混凝土配合比的各项技术指标应作适当调整，混凝土坍落度应控制在规范允许范围内。混凝土的供应必须保证泵送混凝土连续工作，预计泵送间歇时间超过45 min 或当混凝土出现离析现象时，应立即用压力水或其它方法冲洗管内留存的混凝土，严禁使用不合格混凝土浇筑。

(9)暗挖结构拱顶混凝土灌注的特殊要求 对于采用暗挖法施工的洞室结构的拱顶混凝土灌注，往往会产生拱顶混凝土不密实、不满灌、漏振捣、易收缩的现象，故对此部位的混凝土施工除在混凝土性能上设法减少其收缩率以外，还需对其灌注工艺提出特殊要求。根据工程经验，拱顶混凝土的灌注宜采用加强封堵板泵送挤压混凝土施工工艺，见图2。

图2 泵送挤压灌注混凝土工艺图

① 选择具有足够强度和刚度的拱顶模板支撑体系，以保证模板支架在施工中不失稳。

② 设计能承受一定挤压力的挡头模板，利用结构纵向钢筋作为拉杆加固挡头板。见图3。

图3 挡头模板结构示意图

③ 灌注混凝土时先从新旧混凝土接触面处开始均匀分布灌注，最后在单元体中间位置进行泵送灌注，待混凝土自挡头板挤出浆来时，稳压持续几分钟，检查混凝土是否灌满。如稳定压力后不能再灌入时，说明拱顶已灌满。若稳定压力后仍能灌入，则应稳压持续到不能灌入为止。

④ 在拱顶最高位置贴近初期支护面布设伸向二次衬砌混凝土后面的补偿注浆管，一则可以通过注浆管检查混凝土的灌满程度，二则待混凝土达到一定强度后利用注浆管注浆，以补偿混凝土因收缩或未灌满造成的拱顶空隙。

(10)混凝土拆模及养护 混凝土终凝后应进行养护，养护时间不少于14 d，以防止在硬化期间产生干裂。养生采用喷洒水养生方法，保持混凝土表面湿润。拆模时混凝土表面温度与周围环境温度差不得超过15 ℃，以防止混凝土表面产生裂缝。对于大体积混凝土，施工中要有温度控制措施，防止水化热过高使混凝土内外温差过大而产生温差裂缝，混凝土内外温差应低于25 ℃。

(1)混凝土的原材料必须符合现行国家标准、施工及验收规范和设计的有关规定。原材料如有变化应及时调整混凝土的配合比，并取得监理的认可;(2)检查原材料的称量不少于二次;(3)在混凝土拌制和浇筑地测定其坍落度，每工作班不少于二次，对掺引气剂的混凝土还应测定其含气量;(4)检查配筋、钢筋保护层、预埋铁件、穿墙管等细部构造是否符合设计要求，合格后填写隐蔽工程验收单，报监理检验认可;(5)连续浇筑混凝土量< 500 m3 时，留两组抗渗试块，每增加250～500 m3 增留两组。试块应在浇筑地点制作，其中一组应在标准条件下养护，另一组应与现场相同条件下养护，试块养护期不少于28 d。4 暗挖段车站防水层施工 4.1 暗挖段防水层施工

柔性防水层施工技术措施的要点在于:材料选择;焊接工艺;铺设工艺。根据设计要求，选用ECB 防水卷材和土工布缓冲层，具体施工工艺如下:(1)基面清理 在防水板施工前，进行喷射混凝土基面处理，要求表面平整、干燥、无渗漏水、无突出物;① 对暗挖喷射混凝土衬砌要求拱部平整度DΠL < 1Π8，要求边墙及底板平整度DΠL < 1Π6(D 为相邻两凸面间凹进去的深度，L 为相邻两凸面间的距离)。

② 基面不得有钢筋及尖锐的管件等凸出物，否则予以割除，并在割除部位用同标号砂浆抹成圆曲面，以防防水层被扎破。

③ 隧道断面变化或转弯处的阴阳角均应做成圆弧，阴角处圆弧半径≮10 cm，阳角处圆弧半径≮5 cm。

④ 防水层施工时基面不得有明水，如有明水则用堵漏剂堵水。(2)400 gΠm2 土工布施工 土工布长边沿车站长度方向铺设，长度一般为12 m。铺设方法是，首先在喷射混凝土隧道拱顶标出隧道纵向中心线，把土工布用射钉、塑料垫片固定在混凝土基面上，要求土工布的中心线与隧道中心线重合。土工布长边搭接宽度≮ 150 mm，短边搭接宽度≮100 mm。侧墙土工布的铺设位置在施工缝以下250 mm，以便搭接。塑料垫片用射钉固定在无纺布上，每隔100～150 cm 呈梅花形布设，对于变化断面和转角部位，钉距适当加密。

(3)ECB 防水膜铺设 ECB 防水膜长边沿车站长度方向铺设，铺设长度与土工布同，先在隧道拱顶部的土工布缓冲层上正确标出隧道纵向中心线，再使防水膜的中心线与隧道中心线相重合，与土工布一样从拱顶开始向两侧下垂铺设，边铺边与圆垫片热熔焊接，铺设时力求与土工布密贴，不必拉得太紧。防水膜在与圆垫片进行热合，一般时间达5 s 即可。防水膜长短边采用专用塑料热合机进行焊接，搭接长度≮10 cm。防水板焊缝焊接时，热合机行走速度控制在016～112 mΠmin。无条件用机焊的特殊部位也可用人工焊接，但一定要认真检查焊接是否牢固。4.2 防水膜铺设、焊接质量检查

外观检查:铺设平顺无隆起，无折皱，无漏缝，无假缝，焊缝连接牢固。焊缝质量检查:焊缝为双焊缝，中间留出空隙，以便充气检查。检查方法: 用5 号注射针头与压力表相接，用打气筒进行充气检查，将焊缝充气加压至110～ 115 MPa 时，停止充气，保持该压力2 min，压力损失< 2%为合格，否则说明有漏气之处。用肥皂水涂在焊缝上，产生气泡的地方要重新焊接或补焊(可用热风焊机和电烙铁等补焊)，直到不漏气为止。检查数量为每4 条抽试一条。为保证质量，每天每台热合机焊接应取一个试样，注明取样位置，焊接操作者及日期。4.3 防水层的成品保护

防水层施工完成后，必须严加保护，否则极易损坏，导致防水质量下降以至完全失效，故要求各方面予以重视密切配合。(1)特殊部位采取的保护措施

① 仰拱和仰拱与边墙转角高013 m 范围内应做保护层，采用215 mm 厚FSPE 保护板或5 cm 厚豆石混凝土作保护层。② 结构断面发生变化处，铺设双层防水卷材。

③ 二次衬砌的钢筋头上加塑料套，防止钢筋碰破 防水膜。

(2)防水板施作完毕后的保护

① 在未设保护层处(如侧墙部位)，焊接钢筋时必须用石棉板遮挡隔离，以免溅出火花烧坏防水膜。

② 在灌注二次衬砌混凝土时，振捣棒不得直接接触防水层，因为振捣棒对防水层的破坏不易发现，也无法修补。③ 不得穿带钉子的鞋在防水层上走动。4.4 特殊结构部位的防水处理

主体结构防水施工由于工法的原因，在各洞室及明、暗挖衔接处防水层不能同时施作，必须进行预留，作特殊处理(见图4)。

图4 结构衔接处防水处理

凡是结构衔接处预留搭接防水层均采用内贴2 mm 镀锌铁皮保护，并设双层防水膜以防止破除围护结构时损坏防水层搭接而影响全部防水效果。施工缝、变形缝的防水处理 5.1 施工缝防水处理

(1)施工缝设置原则 混凝土施工时设计要求尽量少设或不设施工缝，因为它是结构自防水的薄弱环节，因此，必须认真做好施工缝的防水处理。(2)施工缝处理及止水带(条)安装 施工缝通常有立缝和平缝两种，防水处理时，首先将接缝处混凝土基面进行凿毛处理，并冲洗干净，粘贴止水带(条)部位混凝土基面必须抹平、压实、压光，以保证止水带(条)与基面粘贴密实、牢固。混凝土浇筑前在断面中间设置止水带(条)，材料为氯丁胶。止水带(条)必须在混凝土浇筑前4 h 内粘贴在混凝土基面上，以防止提前遇水膨胀。其接头采用45°斜口平接(热焊)，不得重叠，要求接缝平整牢固，无裂口和脱胶现象。施工缝处防水方案见图5。

(3)施工缝处混凝土振捣 在混凝土浇筑过程中注意对施工缝止水带(条)处的振捣，保证施工缝的防水质量。边墙两侧纵向施工缝处，在防水膜内侧间隔地设置泄水孔，以引排渗水，通过排水沟汇入泵房集水

图5 施工缝防水图井。

5.2 变形缝防水处理

变形缝是由于不同刚度结构，受不同的力，容许产生一定的不均匀沉降而设置的结构缝隙。它是结构外防水的关键环节。设计要求在车站主体明、暗挖段间设变形缝，车站与风道、出入口、区间衔接处设置变形缝。变形缝采用中埋式橡胶止水带止水，缝隙间充填嵌缝密封膏，在变形缝结构内侧设置预留槽，槽内涂刷密封胶，变形缝防水方案见图6。(1)止水带安装与定位 中埋式止水带安装应准确居中安设，粘贴或焊接定位。用模板固定，先安装一端浇筑混凝土，另一端用箱形木板保护，待混凝土达到一定强度后拆除模板及箱形保护，如图7。

图6 变形缝防水方案

图7 止水带固定方法示意图 连接采用现场热焊接，焊接质量应满足规

范要求。(2)变形缝处的混凝土灌注与振捣

① 对竖直向的止水带两边的混凝土要加强振捣，保证缝两边混凝土密实，同时将止水带与混凝土表面的气泡排出。要保证止水带与混凝土牢固结合，止水带处的混凝土不应有粗骨料集中或漏振现象。

② 对水平方向的止水带待止水带下充满混凝土并充分振捣密实后，放平止水带并压出少量混凝土浆，然后再浇灌止水带上部混凝土，振捣上部混凝土时要防止止水带变形。

③ 变形缝外侧密封胶施工时，为了避免三向受力，影响防水质量，在密封胶与嵌缝材料间采用牛皮纸隔离层，密封胶与接缝两侧壁必须粘结牢固，密封严密。无渗漏水现象。嵌缝质量应密实，表面不容许出现开裂、脱离、滑移、下垂以及空鼓、塌陷等缺陷。嵌填密封胶之前，先清除槽内浮渣、尘土、积水，粘结密封胶的混凝土基面必须平整、干燥、干净、无任何污染。

④ 变形缝中使用的橡胶止水带和嵌缝材料必须有出厂质量证明，并经进场检验和复验合格后方可使用。变形缝的构造形式和材料必须符合设计要求。6 结束语

结构防水是地铁工程中至关重要的一个施工环节，防水施工质量的好坏直接影响地铁的使用效果。目前的暗挖地铁防水施工中仍存在诸多问题，防水效果还不尽如人意。希望通过不断探索，改进现有的防水施工工艺，使地铁在施工安全度、结构稳定性以及防水性能等各方面日趋完善。

第三篇：北京地铁10号线工体北路暗挖车站洞桩法(PBA)施工技术

摘 要：介绍北京地铁10号线工体北路暗挖车站洞桩法(PBA)施工技术，包括该方法的原理和特点、施工步序，分析总结了PBA法的关键技术。：PBA法在当前地铁施工中有一定的应用前景，可为今后类似工程施工提供借鉴和参考。

关键词：北京地铁 暗挖车站 洞桩法 施工技术

中图分类号：U231．3；U455．4 文献标识码：B 工程概况

1.1 车站概况

北京地铁10号线工体北路站位于工体北路和东三环交叉路口，车站纵轴与东三环路平行，呈南北走向，与规划的东西走向的M16线形成“十”字换乘关系。

工体北路站全长187 m，受三环路长虹高架立交桥的限制而采用分离岛式暗挖结构，左右线均为单拱单跨断面，净跨10 m，分别位于高架桥两侧的辅路下，线间距45．5 m；线间设联络通道、迂回风道各两条及4个出入口；预留与M16线换乘接口、通道接口及站厅预留接口。为满足工期要求，在车站东北、西南侧各设施工竖井1座。车站平面布置如图1。

1.2 地质状况

车站范围主要地层由上至下依次为：人工杂填土和粉土填土层、粉土层和粉质粘土层、粉细砂层和中粗砂层、圆砾卵石层、粉质粘土和粘土及粉土层、中粗砂层、卵石圆砾层。

车站顶部位于粉细砂层中，底部结构位于卵石圆砾层中。施工范围内存在上层滞水、潜水、承压水，顶板位于潜水位以下0．4 m，底板位于承压水位以下6 m。土层具中～低压缩性，地层透水性较好，施工时易发生涌水、涌砂，开挖后的稳定性差。+

图1 车站平面布置示意图

1.3 周边环境

车站站体分置长虹高架桥两侧，桥桩距车站主体边墙仅5.0 m，距迂回风道、横通道边墙仅3.2m。路面交通繁忙；周边有中国文联、中信实业银行、外交公寓、兆龙饭店、交通部住宅楼等办公、商业及住宅高层建筑物；地下各种管线密布，雨水管、污水管、上水管、电力管沟、热力管沟、通信管线等地下管线33条，个别管线距车站结构仅0.7 m。

1.4 工程特点

周边环境复杂，地下水位高且补给性强，沉降量控制要求严，防渗漏要求高。

施工方法——PBA法

为控制地面沉降变形，确保长虹桥、周边高层建筑物和地下管线的安全稳定，通过比选，车站采用了对地层和周边环境影响均较小的洞桩法(以下简称“PBA法”)施工。

2.1 原理

PBA法的原理就是将明挖框架结构施工方法和暗挖法进行有机结合，即地面不具备施工基坑围护结构条件时，改在地下先行暗挖的导洞内施作围护边桩、桩顶纵梁，使围护桩、桩顶纵梁、顶拱共同构成桩(Pile)、梁(Beam)、拱(Arc)支撑框架体系(PBA即Pile、：Beam、如c三个英文单词的首位字母组合)，承受施工过程的外部荷载；然后在顶拱和边桩的保护下，逐层向下开挖(必要时设预加力横向支撑)，施工内部结构，最终形成由外层边桩及顶拱初期支护和内层二次衬砌组合而成的永久承载体系。

2.2 特点

① 在非强透水地层中，将有水地层的施工变为无水、少水施工，避免因长期大量降水引起的地表沉降和费用增大，有利于保护地下水资源和降低施工措施费。

② 以桩作支护，稳妥、安全，也利于控制地层沉降，避免中洞法、CD、CRD、双侧壁导坑法多次开挖引起地面沉降量过大的缺陷和对初期支护的刚度弱化。

③ 与CRD、双侧壁导坑法等相比，拆除临时工程量相对较少；结构受力条件也好，相对经济合理。

④ 对结构层数限制少，对保护暗挖结构附近的地下构筑物和周边建筑物的安全有利。

⑤ 在桩、梁、拱承载体系形成后，有较大的施工空间，便于机械化作业，从而加快进度。

⑥ 在水位线以上的地层中开设的导}同内施工孔桩，利用其“排桩效应”对两侧土体起到了支挡作用，可减少因流沙、地下水带来的施工安全隐患。

工体北路站的施工方法和步骤

施工总原则是少分块、快封闭，尽量减少荷载转换次数和地层被扰动的次数。导洞掘进和主拱施工遵循“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”及“先护后挖，及时支撑”的原则。

从竖井进入两侧导洞施工，导洞贯通后施作灌注桩。适时凿除桩头后施作桩顶钢筋混凝土纵梁。以此在导洞内施作主体结构拱边段，回填支护后背与导洞初期支护之间空间。以注浆小导管加固拱部地层，开挖上部土体，施作车站主体上部初期支护(以下简称主拱)，并与两侧拱边段联成整体。在主拱的保护下开挖土体并施作中板和上部拱墙二次衬砌结构。分层实施下部开挖，分层架设横撑和实施桩间初期支护，然后进行下部主体结构施作。施工步序如图2。

图2 洞桩法施工步序图

具体做法如下：

第1步：超前注浆小导管加固地层，先开挖近桥桩侧导洞，导洞台阶法施工，格栅喷混凝土支护。

第2步：导洞开挖支护完成后，用特制和改进的钻机由内向外跳孔施工钻孔桩(桩径Φ800 mm、Φ1000mm，间距1.2m、1.5m)，导管法灌注水下混凝土，凿除桩头后，施作桩顶纵梁。

第3步：在导洞内施作主拱格栅钢架拱脚(即拱边段)，与导洞格栅钢架预留接头相连。

第4步：浇筑拱边段后再进行背后回填。

第5步：超前注浆小导管加固地层后弧形导坑法开挖导洞间的拱部土体、施作初期支护，必要时设置临时竖撑。

第6步：拆除临时竖撑后向下开挖至中板下一定距离，拆除永久结构断面内导洞格栅钢架，拆除长度应根据监控量测严格控制。

第7步：依次施作拱墙部防水层、中板底模、中板浇筑、拱墙浇筑，预留边墙钢筋和防水层。

第8步：向下开挖至钢管撑标高下0.5 m，桩间喷射50 mm厚C20混凝土找平，必要时进行桩间注浆加固，架设腰梁及钢管撑。

第9步：继续下挖至基底标高，桩间喷混凝土，施作底板垫层。

第10步：铺设底板防水层及其保护层，浇筑底板及部分边墙，边墙水平施工缝应高出底板面1．5 m以上。

第11步：待底板达到设计强度。70％以上，跳拆横撑及腰梁，铺侧墙防水层，浇筑侧墙混凝土与上层边墙相接。

第12步：施作站台板等车站内部结构，车站土建施工完成。

施工关键技术

4.1 导洞开挖

(1)施工难点：控制开挖所引起的地面沉降，确保地下管线和周边环境安全稳定。

(2)主要对策：1)确定合理的开挖顺序，先施作近桥桩侧导洞，超前另一侧导洞不小于10 m。2)坚持先护后挖的原则分台阶开挖，加强初期支护，早封闭成环，控制导洞的沉降和变形。3)根据监控量测反馈信息调整支护参数和施工方法，以此作为安全保证的主要手段。

4.2 孔桩施工

(1)施工难点：导洞空间狭小、有效空间仅4.0m；大粒径(d≈20cm)卵石地层中成孔困难(桩长19～23 m)。

(2)主要对策：1)根据洞内作业空间和地质情况定制或改进钻机，提高成孔效率和质量。先后使用多种改型钻机，其成孔时间分别为：GSD一50改型大口径液压钻机8～14 h(Φ800 mm)，XQZ一100型泵吸反循环机械钻机36～60 h(Φ800 mm)，GPS一Ⅱ型泵吸反循环机械钻机36～48h(Φ1 000mm)。2)确定合理的钻桩顺序，搞好水下混凝土施工。由于桩间距仅为1.2～1.5m，为防止对临近已成孔的扰动，采用由内向外的跳孔施工。钢筋笼分节吊装，现场连接。针对拆除钻杆与吊装钢筋笼的时间长，易造成坍孔、沉碴厚度控制难的问题，采用泵吸清孔和压举翻起沉碴的方式进行处理。加强对各操作环节协调指挥，避免因混凝土泵送距离长造成堵管，规避各种可能的断桩风险。3)导洞内场地狭窄，应分区域分段纵向布置钻机设备、泥浆箱、管路及道路，以砖墙把钻桩作业区和道路运输分开。孔桩施作完后及时清除积水、浮浆和剩余混凝土，确保高效和文明施工。

4.3 主拱施工

(1)施工难点：解决好主拱在初期支护与二次衬砌形成过程中的体系转换和平衡，防止结构变形、失稳和破坏，避免出现地面及拱部的过量沉降和坍塌。

(2)主要对策：1)遵循“先护后挖，及时支撑”的原则，少分部开挖、快封闭、早成环。2)做好超前地质预报，探明前方的水文地质情况。若存在滞水，通过探孔排出；接近管线位置时，实施超前管线探测，小导管加密注浆、加密格栅钢架、设双层钢筋网、掌子面注浆等支护措施进行保护。3)坚持信息化施工，根据信息反馈调整支护参数，如果变形量和变形速率超过管理值时，立即采取应急预案，包括加强超前支护、初期支护、增设临时支撑、改变开挖步骤、修改施工方案等。4)拆除临时支撑时，对相应部位加强监控量测。

4.4 交叉口施工

(1)施工难点：交叉口处荷载转换复杂，结构易失稳；开口跨度大，操作空问小，对车站整体的施工组织和工期影响大。

(2)主要对策：1)交叉口采用组合拱梁结构，钢筋混凝土拱脚支承在纵梁上，水平梁连接初期支护格栅并分配荷载；主拱开挖设置侧向开口加强环与临时竖撑，侧向开口加强环拱脚支承在纵梁上。2)侧向开口采用6 m管棚加固与注浆，环向破除混凝土设置开口加强环，主拱开挖时设置两排临时竖撑，竖撑置于导洞壁上，主拱开挖支护10～20m后施工交叉口组合拱梁；圈梁站厅层成环后破除立体交叉拱梁侵人二衬断面部分，拆除临时竖撑，开挖核心土，施作通道二衬。3)早开联络通道，在左右线间创造平行作业条件以便加快施工进度。

4.5 站台层结构防水和混凝土浇灌

(1)施工难点：在逆作施工缝处受空间限制，施工中防水板的预留和保护困难、施工缝处的防水质量不容易保证等。由于混凝土收缩，在上、下部施工缝处很难浇灌密实而出现空隙，从而造成质量缺陷和安全隐患。

(2)主要对策：1)施工缝设在受剪力较小且便于施工的部位，便于边墙混凝土的施工。逆作施工缝留成台阶形式或斜缝。2)施工缝处设双道遇水膨胀嵌缝胶或止水条和预埋回填注浆管等方法进行防水处理。

工程实施简况

5.1 工期与进度

本工程合同工期880 d，2004年5月开工后，165 d施工导洞1100 m，每个工作面日均进度1.5～2.0 m；180 d施工钻孔桩762根，1根/(天·台)；180d施工主拱503m，每个工作面日均进度1.2m。目前站厅层已全部完工，站台层已完成90％，预计2007年一季度竣工。

5.2 防水效果

由于周边降水，近乎为无水施工。根据施工记录和质量检验记录，预计可达防水质量要求。站台层边墙与站厅层有较明显的施工缝痕迹，但无实体缝。

5.3 监控量测

在施工降水、导洞开挖、主体拱部开挖、拆除临时支撑、主拱施工各阶段，分别进行了地表下沉、拱顶下沉、桥桩沉降、管线沉降、水平收敛等项目的监控量测。累计地表沉降35～72 mm，拱顶下沉30～60mm，桥桩下沉6～15 mm，管线沉降7～19 mm，水平收敛10～25 mm；其中沉降量较大的为施工降水、导洞施工和主体拱部施工阶段，沉降值最大的部位为交叉口。经与本项目风道CRD法施工比较，PBA法施工的沉降值小于CRD法。与北京地铁10号线和5号线暗挖车站CRD法施工(地表下沉多在100mm以上，最大沉降值超过200mm)比较，本站洞桩法施工沉降量小，沉降控制效果良好。

疑议、不足和建议

(1)PBA法在宣武门车站和工体北路站均为无水施工，部分专家、同仁对其在有水地层中的施工心存疑虑。笔者认为，以目前的工艺和技术水平完全可以有效解决桩间止水问题；桩孔内倾问题也可通过提高成孔质量并设置适量外放予以解决。

(2)站厅层先行施工策应了安全，但必然引起站台层边墙上部施工缝和防水层预留的困难和不足，可以考虑现浇结构全部顺作，只需加强临时支撑便可。

(3)从工体北路站施工情况看，由于我司首次运用此法且有部分环节(如钻机选型改造)未进行较全面的预研究引起一定程度的延误，其工期进度方面的优势未显现，但该法对沉降控制和相邻构(建)筑物的保护作用是显而易见的。

(4)对今后类似工程的设计、施工有如下建议：

① 充分考虑立体交叉结构尺寸、格栅连接的操作空间、防水层搭接长度、交叉口处圈梁尺寸和钻机就位的空间，加大交叉口处导洞断面；

② 做好地质调查工作，结合导洞断面提前做好钻机的选型；非岩质地层宜采用反循环钻机。

结语

尽管存在临时工程量和含水地层能否成功的争议，北京地铁10号线工体北路站应用PBA法，成功地解决了受工程水文地质条件、环境条件、车站埋深等多种因素的制约，攻克了施工中的难点和关键技术，达到了较为满意的工程效果，为今后类似工程的施工提供了借鉴和参考。

参考文献：

[1] GB50299—1999，地下铁道工程施工及验收规范[S]．北京：中国计划出版社，1999．

[2] 崔玖江．隧道与地下工程修建技术[M]．北京：科学出版社，2005．

朱泽民

(中铁二局股份有限公司，成都610032)

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2006 第5期

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《隧道建设》

第四篇：地铁隧道暗挖法术语解释

隧道矿山暗挖法术语解释

1、超前小导管注浆：是导洞开挖前先期对围岩土体进行支棚并以小导管向土体内压注一定配比的化学浆液加固土体，使松散围岩趋于稳定的手段。小导管为无缝钢管加工而成，内径Φ32，外径Φ42，管壁钻孔，孔径2mm，孔距50～100mm，梅花形布置，管长根据需要而定。

小导管又分小管棚、超前小导管，小管棚以支棚拱顶围岩为主，长3～6m，最长可达8m，打入仰角10～15°。

超前小导管以对土体加固注浆使松散土体固结为主，长1.5～3.0m，一般在2m左右，注浆浆液以改性水玻璃和水泥水玻璃为主，也有采用其它化学浆液的。注浆压力0.1～0.3MPa.依据小导管长度确定打入小导管的纵向间距，导管越长，间隔越大，一般两榀格栅打入一次。导管环向间距大多为30cm，根据地层情况需要也可加密，如为围岩稳定等特殊需要，有必要在拱圈环向设双层小导管，更有配合大管棚的设置而在大管棚的间隙打入小导管的。小导管最适宜用在粉细砂层、中粗砂层、砂卵石层、卵砾石层和粘质粉土，粘砂土中也可以采用，卵砂石层中需先钻孔后插入导管，人工打入困难，在粘性土中采用小导管则注浆困难，浆液无法在围岩中扩散。

2、大管棚：在矿山法隧道开挖施工中大管棚施工是对松散围岩和隧道拱顶有建、构筑物与地下管线的情况下，有效降低地表和建构筑物、管线的变形而采取的一种支棚措施，管径105mm，管长自8m至20m。管前端设管靴，管壁前端设注浆孔，梅花形布置，用专用管棚机钻进，较长的管棚事先在管子末端套丝，在钻进过程中接长至设计长度。

大管棚设置仰角15～30°，每段管棚施工前，必须在洞体拱顶超挖一个空间，向上抬高30cm左右，开辟出钻机操作的空间。

大管棚注浆浆液扩散加固土体的作用甚微，注浆只能提高管棚的刚度，管棚适用于任何土层。

管棚环向间距30cm，纵向生根长度3m左右。

在非常危险的情况下也有采用双层管棚的，一般以超前小导管或小管棚的设置而加强管棚的作用。

3、径向注浆：主要是隧道开挖顶部有重要建构筑物的情况下，而且上下间隔土体厚度不大，较松散，逐级开挖洞体的前端垂直于拱部，向土体内注浆的一种加固地层的措施。

径向注浆主要是加固围岩周围大范围土体，使这部分土体增强整体性和稳定性，如拱顶、两洞间土柱等等。

径向注浆管径Φ32，长度视加固土体范围而定，浆液以水泥浆为主，压力要达到0.25～0.5MPa。

4、水平注浆：为了与径向注浆一样的目的，和对隧道前方止水，除了地面降水以外，采取洞内水平注浆克服地下水对施工的干扰，达到无水施工的目的，在洞内水平注浆是广泛采取的一种措施。

水平注浆通常在各个开挖断面分别进行。

水平注浆管径Φ105～110，长度5m以上，注浆浆液为水泥浆加XPM，注浆压力1.0～2.0MPa。间距经试验确定。如果注浆压力足够大可以达到劈裂注浆的效果。

5、填充注浆：填充注浆主要是指初期支护背后的注浆和初期支护与二衬间的注浆。前者是填充初期支护与围岩间的空隙，自拱顶向下每1～2m设一个注浆孔，环向设置，纵向梅花形布置，需在掌子面开挖超前5m后进行。初期支护和二衬间注浆，需在二衬施工时在拱顶预留注浆孔，每5m设一个，于二衬全部完成或完成一部分后进行。

6、围岩：隧道开挖周围的土体即叫围岩，来自山岭隧道和矿山。城市地铁隧道虽然穿越土层，也统称叫岩，因土层也是岩体的一种类别。

7、格栅：是初期支护钢筋砼中钢筋骨架的一种形式，按设计钢筋骨架形式，以预制骨架片方式拼装成整体钢筋骨架，然后喷射砼形成钢筋砼衬砌。

8、格栅连接板：即隧道施工初期支护的钢格栅，榀与榀之间节点连接的部件，多用钢板、角钢栓接，所以叫连接板，也叫节点板。节点板连接时必须密贴、顶紧，栓接牢固，否则力不能顺利传递，为了弥补迎土面栓接、拧紧困难的薄弱点，要求节点板除了栓接外，还要实施焊接，以便加强钢格栅连接的强度。

9、锁脚锚管：是稳定钢格栅，减少初期支护拱圈受力后下沉的有力措施，代替了原来的支垫方木、木板的原始办法，预防下台阶开挖拱圈悬空时下沉的可能。锁脚锚管长度2～4m，直径Φ32，每榀格栅在拱脚处打设1～2根，除适用于隧道开挖外，也适用于竖井倒挂井壁施工的钢格栅锁定和注浆。

10、喷射砼：隧道结构分为模筑砼和喷射砼两类，喷射砼又分普通砼和钢纤维砼等多种，喷射砼多作为短期支护用途。该砼为速凝砼，无需复杂设备，不需支架模板，施工速度快，简便易行，可以在短期内达到设计强度，承受荷载，多用于隧道开挖、基坑边坡支护。山岭隧道中等围岩的洞体，也有为防止岩层风化喷射砼，并与围岩共同受力作为永久支护层的。公路、铁路路堑，半路堤半路堑也经常以挂网喷射砼护坡，香港的公路护坡多以喷射砼为主。喷射钢纤维砼对主体结构进行加固也是较常采用的方法。

11、初期支护：是隧道某部分开挖后立即进行衬砌支护的一种形式，随开挖随支护也称一衬。初期支护组成包括超前小导管、钢格栅、喷射砼、锁脚锚管等，初期支护是钢格栅架设后，立即喷射速凝砼形成支承主体的衬砌结构，承受施工时期的全部荷载。初期支护整体是一步步施工成形的，打入一环小导管，开挖一环土体，架立一环钢格栅，打入锁脚锚管，挂网喷射砼，而完成一个循环的支护。

12、导洞：导即先导的意思，导洞分为上导洞、下导洞、侧壁导洞、平行导洞等等。导洞除平行导洞外，都是隧道断面的一部分，各个导洞断面联通后，成为隧道断面的整体。平行导洞则是用于增加工作面和隧道通风，多用于长大隧道。施工中可以在平行导洞的任何段落从平行导洞的侧壁向正洞方向开挖横通道，到达正线后，向两端开挖正洞。一个横通道至少可增加两个工作面。工程竣工后，将平行导洞作为风道，设风机通风，也可以作为隧道和线路日常巡检维修及抢险救援通道。

13、掌子面：是从矿山掘进和山岭隧道施工引进的术语，开挖面就叫掌子面，掌子面中线断面大小要符合设计要求。掌子面暂时没有工序施工时要及时喷射砼，将其封闭，保持掌子面的稳定。如围岩土体较松散、含水量较大、稳定性差，在一次初期支护完成后亦应立即对掌子面挂网喷射砼，确保掌子面能抵御主动土压力的水平推力，保持掌子面的安全稳定。

14、拱部、拱圈：隧道暗挖结构一般是圆形、两心圆、三心圆等，结构拱脚以上的部分叫拱部、拱圈。

15、拱顶、拱腰：拱圈的顶部叫拱顶，拱圈的两侧叫拱腰。

16、拱脚、起拱线：拱圈的底脚和边墙的分界点从横断面看叫拱脚，沿纵断面看叫起拱线。把拱圈或拱部叫上拱，是房建行业外行的叫法。

17、边墙：起拱线以下仰拱以上的隧道两侧结构叫边墙，边墙依受力要求又分直墙，曲墙，边拱的叫法不确。

在软岩中设计为曲墙，硬岩中设计为直墙，地铁隧道除平顶直墙外均是曲墙。

18、仰拱：就是结构的异型底板，为了提高结构底板承受压力的能力，采取倒拱的结构形式。

19、上台阶、下台阶：隧道矿山法暗挖工法中，有一种最通用的工法叫台阶法，台阶上部叫上台阶，下部叫下台阶。

台阶长度又分为长台阶、短台阶和超短台阶，长度分为10～15m、4～5m、2～3m。

20、台阶法：是把隧道分成上下两部分开挖和支护的一种形式。先开挖上部，对隧道下半断面而言，形成一个台阶，拉开一定距离后，再开挖下部，架立边墙和仰拱钢格栅、喷射砼。上下一分为二的开挖和支护施工方法叫台阶法。

上台阶是为了保持掌子面有足够的被动土压力和加快上台阶的施工速度，达到快封闭的目的，自开挖面向后保留一部分土体叫核心土，核心土的横断面不小于隧道上台阶横断面的50%，核心土长度不小于3m。

21、CRD工法：也叫交叉中隔壁法，先开挖隧道的一部和二部，施作部分临时中隔壁墙及临时仰拱，再开挖隧道另一侧的一部和二部，然后再开挖最先施工一侧的最后部分，并延长中隔壁墙壁，最后开挖剩余部分的施工方法叫CRD工法。

CRD工法也就是分块切割、分片开挖和支护，连块包围的方法，每开挖一块，立即对该断面架设钢格栅、喷射砼，并应及时封闭成环，保持本块各自的稳定，进行二衬施工时，依据二衬施工顺序对侵占二衬位置的初期支护局部切割拆除，但要加设临时支撑。CRD工法各断面的开挖必须拉开距离以确保初期支护局部拆除后围岩的稳定。CRD工法特点是开挖断面小，成环封闭快，缺点是初期支护拆除数量大。

22、CD工法：也叫中隔壁法，先开挖隧道的一侧，并施作临时中隔壁墙，然后再分部开挖隧道另一侧的施工方法叫CD法。

CD工法或CRD工法横断面分块如较大时，应该按台阶法施工。

23、中隔壁：是隧道矿山法暗挖CD工法、CRD工法施工时左右两洞体之间先期施工一侧的竖向初期支护，多为钢格栅挂网喷射砼，也有采用型钢喷射砼的。

24、眼镜工法：是双侧导洞法的一种通俗叫法，是在隧道断面两侧先后各开挖一个导洞，因形状像眼镜而得名。眼镜法又分单眼镜和双眼镜。断面高度较大时，每个眼镜以正台阶法开挖并设临时仰拱，与CRD工法没有严格区别。两个眼镜开挖的前后距离不小于15m，两个侧导洞之间的土体开挖在与后一个开挖的眼镜拉开距离，中间土体开挖上下各部分仍需保持安全距离。两个眼镜与中部土体间形成中隔壁，二衬施工时亦需局部凿除初期支护，否则二衬结构钢筋接头不能达到不超过50%的要求，拆除时亦需架设临时支撑。

25、中洞法：先开挖中跨或结构立柱部分，并完成中跨或立柱结构浇注后，再进行两侧边跨或左右两洞开挖的施工方法叫中洞法。中洞法立柱顶端的防水层和防水层甩茬是施工薄弱环节，极难处理。

26、桩洞法：也叫PBA法，即Pile-Beam-Arch method，先在车站的梁柱、梁墙节点部位暗挖小导洞，并在小导洞中施作边桩（P：Pile）、中柱及顶纵梁（B：Beam），形成主要承载结构，再暗挖施作支撑在两个顶纵梁之间的顶拱（A：Arch），形成完整的结构外轮廓支撑体系，类似盖挖逆筑法的顶盖，在其保护下进行基坑开挖、衬砌和内部结构混凝土的浇筑作业的施工方法。

P——在暗挖小导洞中进行钻孔桩施工。（P：PILE）B——梁（B：BEAM）形成主要传力结构。

A——暗挖形成支承在两个梁之间的拱部（A：ARC）类似于盖挖法的顶盖，在其保护下进行基坑开挖，衬砌和内部结构混凝土的浇注作业。拱部支护形成后在其保护下进行大面积作业（如同盖挖法一样）。内部无需进行地层加固等辅助措施，作业效率高，便于地下水处理。同时在整个施工中支护转换单一，施工引起的地面沉降相对较小，对于多层多跨结构，优越性尤为突出。

27、环形留核心土法：是把类似上台阶核心土的留置断面加大，周围空间只满足开挖和支护要求开挖方法。

28、竖井：是用于开辟隧道开挖工作面、增加开挖工作面——进行横通道开挖、设置通风井、水泵房等或多项综合用途，从地表面向下施工的竖向通道结构，就叫竖井。

竖井根据作用分为施工竖井、永久竖井和临时竖井，施工竖井不做二衬，在工程竣工后，立即回填封闭；永久竖井一般作为风井、垂直电梯、紧急疏散通道等用途。这类竖井要做永久衬砌，竣工后长期使用。也有的竖井下部作为出入口通道或风道的一部分，而结构顶板上部回填封闭的。

临时竖井是既作为本工程施工竖井，又作为中远期扩建工程或其它工程项目使用而暂时保留，终将回填废除。

29、横通道：作为自正洞侧壁开挖的洞体或从竖井侧向正洞或车站方向开挖的施工通道叫横通道。主要用于设置和增加工作面，有的横通道在左右两线间或其一端设置水泵房，因此宜有永久和临时之分。

车站范围一般在车站一端设置的横通道多是为开挖车站导洞而设，也有的作为车站风道的一部分为永久结构。

30、马头门：从任何一个空间结构侧壁开挖另一个洞体前，必须对开挖轮廓进行加固，设置一个封闭的加强环，即为马头门。如：从竖井侧壁进洞，从横通道、风道进正洞，从正洞进横通道，在车站从此线进彼线等等，都要在已成形的洞体侧壁开挖另一个洞体。为了确保进洞伊始的开挖安全，要在尚未开挖的洞口位置设置钢筋砼加强环，俗称马头门。沿拱顶120°范围或横梁部位打入小导管或小管棚注浆加固。进洞开挖后的2～3榀格栅主筋再予加强，间距也予以缩短，以便安全进洞，给后续开挖施工打下基础。

31、人防段：是在地铁车站出入口、风道和区间设置人防门的特殊结构段，该段叫出入口人行通道、风道和区间正洞标准段，断面大、结构厚度大，在人防段设置人防门，人防门在作用上有密闭门、防爆门之分，在形式上有推拉门、平开门之分，人防段由部队人防部门的设计院设计。

32、钢管砼：用于车站结构立柱，首先在底板定位，然后自下而上安装钢管，钢管内灌注免振混凝土。站台层钢管砼灌注后，进行中层板施工，然后安装站厅层钢管柱，灌注砼及顶纵梁施工。顶纵梁与钢管柱的连接处是薄弱环节，砼灌注异常困难，极易发生蜂窝狗洞，是要特别认真注意的。

33、台车：隧道二次衬砌施工时，为了使施工实现装配化、机械化，提高施工技术水平和施工进度，减轻工人体力劳动强度，以混凝土灌注台车代替洞内人工架立脚手架和模板。台车是一种能在轨道上走行的灌注隧道砼衬砌的模具，包括走行部分、承重支架、工作平台、液压千斤顶、模板、灌注窗等。台车走行轨按隧道贯通测量后的线路中线，调整中线和轨距。每灌一环衬砌前，钢筋隐蔽检查合格后，将台车牵引或推至设定灌注区域，用千斤顶将模板推至二衬内缘就位，按线路中线调整位置，经测量验收合格后，方可灌注砼。

砼灌注三天后，将砼灌注台车千斤顶收回，即拆除了模板，将台车移至相邻灌注区段，再开始下一个隧道二衬砼灌注循环。砼灌注台车靠机械及人工辅助施工，空间形状定型、装拆方便、速度快、省时省力、循环次数多、节约材料、加工定制一次性投资较大。

34、二衬：是二次衬砌的简称，也叫永久衬砌和模筑衬砌。与初期支护共同承受竣工后的全部荷载，和初期支护既有分工，又有合作。二衬是在初期支护全段完成，变形稳定后开始施工的。二衬必须保证设计厚度与隧道空间满足设计要求，而且该隧道空间必须是在以线路中线为标准前提下的空间，术语叫净空，该净空必须符合设计要求，并满足包括建筑限界，行车限界和设备限界的要求。

35、隧道净空：即隧道二衬周圈之间形成的空间。以线路中线为标准，保证线路中线内外侧至二衬结构间各自的空间宽度和高度满足设计要求。隧道总宽总高达到设计要求的数值，不一定能满足设计要求，线路中线内外侧必须各自测量。这是由于隧道为曲线的时候，隧道要加宽，曲线内外侧加宽值不同，所以隧道线路中线和隧道中线并不在一条线上，因此隧道净空要自线路中线向内外侧各自测量。隧道加宽值与线路曲线半径和线路等级密切相关。

隧道盾构法施工术语解释

1、盾构：盾构掘进机的简称，是在钢壳体保护下完成隧道掘进、拼装作业，由主机和后配套组成的机电一体化设备。

2、工作井：盾构组装、拆卸、调头、吊运管片和出渣土等使用的工作竖井，包括盾构始发工作井、盾构接收工作井等。

3、盾构始发：盾构开始掘进的施工过程。

4、盾构接收：盾构到达接收位置的施工过程。

5、盾构基座：用于保持盾构始发、接收等姿态的支撑装置。

6、负环管片：为盾构始发掘进传递推力的临时管片。

7、反力架：为盾构始发掘进提供反力的支撑装置。

8、管片：隧道预制衬砌环的基本单元，管片的类型有钢筋混凝土管片、纤维混凝土管片、钢管片、铸铁管片、复合管片等。

9、开模：打开管片模板的过程。

10、出模：管片脱离模具的过程。

11、防水密封条：用于管片接缝处的防水材料。

12、壁后注浆：用浆液填充隧道衬砌环与地层之间空隙的施工工艺。

13、铰接装置：以液压千斤顶连接，可调节前后壳体姿态的装置。

14、调头：盾构施工完成一段隧道后调转方向的过程。

15、过站：利用专用设备把盾构拖拉或顶推过车站的过程。

16、小半径曲线：地铁隧道平面曲线半径小于300m、其他隧道小于40D（D为盾构外径）的曲线。

17、大坡度：隧道坡度大于3%。

18、姿态：盾构的空间状态，通常采用横向偏差、竖向偏差、俯仰角、方位角、滚转角和切口里程等数据描述。

19、椭圆度：圆形隧道管片衬砌拼装成环后最大与最小直径的差值。20、错台：成型隧道相邻管片接缝处的高差。

第五篇：北京地铁浅埋暗挖双连拱隧道设计

北京地铁浅埋暗挖双连拱

隧道设计

摘要:北京地铁十号线安定路站—北土城东站区间穿越安定路,由于路面下管线密布故采用矿山法施工,设计为双连拱结构。文章介绍地铁双连拱结构的设计及施工 方法。关键词:地下铁道 矿山法 双连拱结构

0 前言

双连拱隧道在公路、铁路隧道中已有较多的 应用 ,但在地铁隧道中的应用并不多见,而且地铁的双连拱隧道设计和施工与以岩石为主的公路、铁路隧道有明显不同。下面将结合北京地铁设计实例对双连拱隧道的设计进行探讨。工程概况

北京地铁十号线安定路站—北土城东站区间在靠近安定路站处,由于区间穿越安定路,安定路车流量比较大,并且 路下管线密布,因此该段区间采用矿山法施工,设计为双连拱结构。隧道埋深大约9m,断面尺寸如图1所示。隧道穿越的土层为粉质粘土④层和粉土⑥2层。根据地勘报告,结构已进入潜水位,施工前需人工降水。根据本区间的水文地质情况,采用大口井“抽渗结合”的方法降水,将潜水位降低到结构底板以下约1m处。施工方法

双连拱隧道常用的施工方法为中导洞法,即先施工中导洞,然后浇筑中隔墙,在中隔墙形成承载能力后,再进行侧洞开挖,最后施作侧洞衬砌以形成双连拱结构。根据本段隧道的情况,要求先将中导洞贯通,然后再开挖两侧洞,这样既可以通过中导洞了解该隧道的土层地质状况,又能更好保证两侧洞施工安全。其施工步骤如下:

1)打超前小导管对拱顶土层预支护。

2)上、下台阶法开挖中导洞,并施作初期支护。

3)铺设防水层浇筑中隔墙。4)上、下台阶法分别开挖左右两侧洞,并施作初期支护。

5)分段拆除内部临时支护,施作防水层,浇筑二次衬砌,完成结构施工。初衬支护参数

初衬采用C20喷射混凝土,小导管Φ42@300,L=3500mm,外倾角5°,纵向间距为1500mm。钢格栅由4根Φ25钢筋焊接而成,每榀格栅间距

500mm,钢筋网Φ6@200mm×200mm,双侧布置。格栅纵向拉结筋22,环向间距500mm,单侧布置。结构设计

4.1 荷载组合

采用的荷载组合如下:

①基本组合构件强度 计算;②短期效应组合构件抗裂验算;③抗震偶然组合构件强度验算;④人防偶然组合构件强度验算。

4.2 主要荷载取值

1)结构自重:钢筋混凝土重度γ=25kN/m3。

2)地层竖向压力:本隧道覆土厚度为9m,为浅埋暗挖隧道,因此按计算截面以上全部土柱重量考虑;地层水平压力:采用朗肯土压力 理论 ,施工阶段外侧取主动土压力,使用阶段取静止土压力。

3)地面超载:20kPa。

4)地震荷载:按8度地震烈度考虑。

5)人防荷载:5级人防,地面空气冲击波超压峰值ΔPm=0.1MPa。

4.3 结构计算

计算方法采用荷载—结构法。对施工阶段和使用阶段分别进行内力计算,初期支护单独承载时,采用符合文克尔假定的弹性支承链杆来体现围岩的弹性抗力。弹性支承的一端与 支护在节点处铰接,只传递轴向压力。侧向支承链杆水平方向布置,仰拱底面的支承链杆垂直布置。

初期支护与二次衬砌共同承载时,两层衬砌之间的相互传力作用以桁架单元模拟,每一桁架单元的两端与其相应的内外层梁单元节点相铰接。桁架单元只考虑承受压力,桁架单元径向设置。同时考虑在长期使用过程中,外部荷载因初期支护材料性能退化和刚度下降向二次衬砌转移。

4.3.1 初衬计算

初衬的计算按照施工步骤对每一工况分别进行计算,然后将所有工况的计算结果进行比较,确定控制截面的内力,计算结果见图

2、图

3、图4。初衬计算时,水土压力按水土合算考虑。

4.3.2 二衬 计算

按初期支护与二次衬砌共同承载计算二次衬砌内力时,由于初衬不考虑防水,因此由二次衬砌承受全部水压力,而土压力则作用在初衬上,考虑到在长期作用下,初期支护材料性能会逐渐退化,刚度会下降,以初衬的刚度乘以0.5倍的系数 进行折减,计算结果见图5。经过计算发现:底部墙脚外侧、底板跨中内侧、拱背外侧及拱顶内侧为最不利控制点,通过对该部分控制点进行配筋计算,可以确定初衬、二次衬砌结构断面所需的钢筋数量。

4.4 地震与人防设计

目前 ,地下结构的抗震设计是将地震作用用等代的静力荷载代替,按静力计算模型求结构的内力,人防设计是将人防荷载等效为静荷载作用在结构上,从而求出结构的内力反应。由于抗震设计时结构安全系数降低,不考虑裂缝控制,人防设计时材料的强度系数提高,以及不考虑裂缝的控制。通过试算,在地震荷载和人防荷载作用下的结构产生的内力对结构断面配筋不起控制作用。这样地震与人防设计的重点是采取满足规范要求的一些构造措施。监控量测

利用监控量测获得的信息指导施工,这是浅埋暗挖法施工中必不可少的一个组成部分。通过监测对地层稳定性和支护系统可靠性作出判断,及时采取相应措施,以确保施工的安全。本工程将地表位移、拱顶下沉、隧道周边收敛等量测项 目定为监控量测的必测项目,将土压力、土体位移、支护应力等作为选测项目。当测点的位移时间曲线变化率呈明显收敛趋势,隧道水平收敛变化率0.12mm/d,拱顶下沉变化率0.1mm/d,而且所测的位移值大于预计总位移值的80%时,可以认为隧道已达到基本稳定。结构防水

防水设计遵循“以防为主、刚柔结合、多道防线、因地制宜、综合治理”的原则,以结构自防水为根本,施工缝、变形缝等接缝防水为重点,辅以附加防水层加强防水,具体措施如下:

1)二次衬砌结构采用防水混凝土进行结构自防水,防水混凝土的抗渗等级≮S8。

2)隧道在初期支护与二次衬砌之间设置全包柔性防水层,防水层采用厚度为1.5mm的合成树脂类防水板。在防水层与初期支护之间设置防水层的缓冲层,缓冲层材料采用单位重量≮400g/m2的无纺布,底板(包括仰拱)部分的防水板铺设完毕后,在防水层上铺设保护层,保护层采用厚度为5mm的纤维板或厚度≮1mm的HDPE防水板。

3)二次衬砌混凝土浇筑完毕后,应对拱顶部位的防水层和二次衬砌之间进行回填注浆处理。

4)在区间隧道内设置防水封闭区,防水封闭区采用在环向和水平纵向施工缝部位设置背贴式止水带的 方法 进行处理。依靠止水带齿条与二次衬砌混凝土之间的咬合以及止水带注浆管后续注浆密封的方法沿隧道环向和纵向形成防水封闭区。

结语

通过对北京地铁双连拱隧道设计与施工,主要得到以下一些经验和体会:

1)由于双连拱结构施工对周边围岩存在着多次扰动,特别是在中隔墙顶部存在着受力复杂的塑性区,因此,在设计、施工时应特别重视中隔墙的受力平衡及其稳定。

2)双连拱隧道的结构特点决定了这种隧道形式在防水上的弱点,连拱上部低凹成槽,水易在槽中滞留。因此该部位初衬背后须注浆回填密实就显得尤为重要,通过在拱顶预埋 注浆管进行补充注浆,既可以防止初衬背后存在空洞,又可以有效地阻挡凹槽中的水向结构内部渗透。

3)双连拱隧道中导洞的宽度在满足受力要求的情况下可适当加大,这样既能使中隔墙施工时有足够的操作空间,同时根据计算中导洞宽度加大使中隔墙的受力减小。

4)中导洞初衬施作完后,应尽快施作中隔墙,中隔墙的底部应做出一扩大脚,可以有效控制沉降。

5)在施工二次衬砌时,应分段拆除临时支护,一次不宜超过10m,拆除过多会产生较大沉降变形。

参考文献

[1]施仲衡,张弥,王新杰.地下铁道设计与施工[M].西安:陕西 科学 技术出版社,1997.[2]GB50157—2003,地铁设计规范[S].9