1、洞桩法施工地铁车站技术在沈阳地铁的应用摘要:随着地铁施工技术的不断进步,地下工程界不断创新,提出了许多新的施工方法,其中浅埋暗挖洞桩法就是很有代表性的一种。本文对洞桩法原理、流程进行了简要的介绍,并以沈阳地铁中街站施工工艺为基础,阐述洞桩法施工工艺过程及技术要点。 关键词:地铁车站 浅埋暗挖 洞桩法 中图分类号： U231+.2 文献标识码： A 1.洞桩法概述 随着我国城市轨道交通事业的蓬勃发展,地下铁道建设进入了空前繁荣的时期。修建地铁车站的方法主要有明挖法、盖挖法、暗挖法及盾构法等,在沈阳地铁二号线与韩国合作尝试了新型管幕法等新型施工法。洞桩法(PBA)是暗挖法的一种,在众多的暗挖工法中
2、独树一帜,以其工法的特殊优势,为人们所关注并采用。 洞桩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,其核心思想是在施工过程中,首先开挖小导洞并在导洞里面施做钻孔桩,施工两排桩之间的拱顶结构,然后在拱顶和排桩的保护下进行洞室开挖的施工模式。即地面不具备施工基坑围护结构条件时,先施工小导洞,然后在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、Arc 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,
3、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。 地铁建设均在较大规模的城市,其施工方法自然而然地受到地面建筑物、城市交通、道路、环境保护、水文地质、施工机具、资金条件等因素的影响,此时采用洞桩法施工的优点也就随之而显:首先对城市地面交通影响小施工占地小;其次沉降易于控制,保证了附近建筑物的安全;再次降低了施工风险,保证了施工作业安全。当然该工法缺点也是有的,主要表现为工序繁琐,施工组织难度很大,单位延米造价比较高,施工空间十分狭小,可以借鉴的经验比较少,在施工过程中需要不断改善工序和施工工艺。洞桩法的采用与推广并不是偶然的,而是与其具有的工程安全性、施工可靠性、工期可
4、控性分不开的。本文以沈阳地铁中街站洞桩法施工工艺为基础,注重阐述洞桩法施工地铁车站技术。 2. 2 方案比选 2.1 CRD 法和 PBA 法比选 目前大跨度暗挖工法常用的有 CRD 法和 PBA 法。CRD 法需要分隔暗挖施工较多的洞室，在初期支护和二衬结构施工阶段容易引起较大的变形，危险性较高，不利于对环境影响的控制。PBA 法的暗挖洞室少，较快的形成拱顶二衬和围护桩组成的支护结构，施工空间大，施工过程中可以加内支撑,安全性好。 选用 PBA 法作为车站暗挖段的施工工法。 2.2 顺作法和逆作法比选 顺作法是在拱部二衬完成后，在拱部二衬、中间梁柱和洞桩的支护下，开挖基坑土方，并施架内支撑，
5、一直开挖到基坑底施工底板，然后依次施工底板与中板间侧墙、中板、中板与拱间的侧墙。逆作法是基坑开挖到中板位置时，施工中板和中板与拱间的侧墙，再开挖中板下的土方到基坑底，然后施工底板和底板与中板间的侧墙。顺作法方便土方开挖，减少了侧墙逆作，逆作法先施工中板，利用中板结构作为基坑的支撑，有利于基坑的稳定。 综合道路、地下人防和周边环境的保护需要，选用逆作法作为暗挖段结构的施工工法。 经过专家论证,中街站采用洞桩法开挖,主体二衬混凝土结构采用逆作法施工,总体方案如下: 第一步:先开挖下导洞后开挖上导洞,先开挖边导洞后开挖中间导洞,导洞间施工前后拉开距离,避免群洞效应。充分利用先开挖的导洞了解地质情况。
6、 第二步:小导洞初支完成后,由内向外倒退着打钻孔桩,钻孔桩应跳做。底导洞内同时施工底纵梁。 第三步:中导洞中人工挖孔,施工钢管柱及顶纵梁。边导洞内施工桩顶冠梁及主体拱部格栅钢架拱脚。 第四步:立模回填导洞内拱架及其背后空隙。 第五步:主体断面拱部超前小导管注浆加固地层,分两部(扣拱 2、扣拱 3)开挖上部土体至第一开挖面,架设拱部格栅钢架,施作初期支护。 第六步:待主拱初支达到设计强度后,拆除临时竖撑,拆除永久结构断面范围内导洞格栅钢架,导洞格栅纵向拆除长度应根据监控量测严格控制,不应大于 6 米。铺设拱部防水层,浇筑拱部二衬。 第七步:向下开挖土体至中板下一定距离,铺设边墙防水层,及时施工站
7、厅板及边墙,站厅层封闭成环,预留边墙钢筋。 第八步:向下开挖土体到钢管撑下 0.5 米标高,拆除下导洞拱部支护,桩间喷射 50mm 厚 C20 混凝土找平,必要时桩背后注浆加固,架设腰梁及钢管撑。 第九步:继续开挖土体到基底标高,桩间喷射混凝土,施作底板垫层、防水层。浇筑底板及部分边墙。 第十步:待底板达到一定强度,跳拆钢管撑,铺设侧墙防水层,浇筑侧墙混凝土与上层边墙相接,结构封闭。施作车站内部结构,车站土建施工完成。 3. 总体施工控制要点 (1)要暗挖作业要保证无水施工,对于上层滞水要尽可能不破坏隔水层,如有渗流应采取措施封堵或疏干。 (2)导洞开挖要合理确定导洞间的开挖顺序, 按先下后上
8、,先边后中的顺序,相邻导洞前后开挖面错开距离不宜小于 15 米。开挖过程遵循“管超前、严注浆、短进尺、强支护、快封闭、勤量测”十八字法则。 (3)导洞内钻孔桩施工由于在导洞内进行钻孔灌注桩作业空间小,使泥浆处理、下钢筋笼、灌筑水下混凝土都较困难,且质量控制难度较大。因此需根据洞内作业空间和地质情况定制或改进钻机,严格控制护壁泥浆的质量,提高成孔效率和质量。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,采用直螺纹连接,使钢筋接头达到一级接头质量,筋接头可以设在同一截面上,尽可能加大每段钢筋笼长度,减少接头数量,缩短下钢筋笼时间。导洞内场地狭窄,加强对各操作环节协调指挥,规避各
9、种可能的断桩风险。 (4)主拱施工除要严格遵循十八字方针外,还要注意各分步扣拱要前后错开 15 米以上的安全距离,整个车站断面要左右对称进行,尽可能保持结构受力平衡。 (5)拱部二衬施工是严格控制临时支撑拆除长度,一般不宜超过八米,也可根据试验段确定,拆除竖支撑的时候宜先下后上的顺序进行,支撑工字钢要先割开一个缝隙,并监测缝隙变化,确保安全后方可进行拆除作业,监测数据如有异常应立即停止。 (6)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。施工缝位置设在结构受剪力较小
10、且便于施工的部位,留出作业空间,方便下一步边墙混凝土的施工。为保证下一步混凝土的浇灌密实,逆作施工缝留设成台阶形式或斜缝,以方便下一步混凝土浇灌和振捣。施工缝处采用“多道设防线、综合治理”的防水原则,设双道遇水膨胀嵌缝胶与预埋注浆管等方法进行防水处理。逆作结构下部混凝土浇灌成高出施工缝 20cm 的牛腿形式,以确保混凝土密实无空隙。 (7)沉降控制 通过监测数据表明,施工沉降主要发生在小导洞开挖、主拱部开挖及临时初期支护拆除三个阶段。整个施工过程中,拱部开挖时地表变形最大,所以必须在这个阶段采取控制地层变形的有效措施。控制沉降主要还是通过严格的工艺过程来控制,特殊情况下,为减少对周边建筑及地面
11、管线的影响,可采取额外的土体加固等措施。 4. 结束语 通过以上分析可以看出,浅埋暗挖洞桩法对邻近建筑物大断面地铁车站施工非常有效,特别是车站主体结构周边环境稳定性要求较高时,更能发挥其独特的作用。当前,我国大量建设城市地铁,而地铁多是建在建筑物密集的城市繁华地段,可见该工法有良好的发展前景和推广价值。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 申家国. 浅埋暗挖地铁车站洞桩支承法施工技术J 1 铁道建筑技术,2001 (2) . 2 周文海.浅埋暗挖地铁区间隧道“PBA”施工技术研究J.铁道标准设汁.2007(7). 3 郭永军.地铁暗挖车站扣拱施工技术J.科技情报开发与经济.20O6(1). 4 GB502992003,地下铁道工程施工及验收规范S.北京:中国计划出版社,2004(2).
