地铁暗挖车站洞桩法施工技术

地铁暗挖车站洞桩法施工技术
【摘要】在地铁车站施工中，暗挖车站洞桩施工技术是一种常见的施工技术，在地铁工程建设中发挥着重要作用。

【关键词】地铁；暗挖；洞桩法；施工
一、前言
洞桩法施工技术具有很好的安全性，临时支撑少而且造价低、工期短，在地铁工程施工作业中使用广泛，本文将对施工技术进行分析。

二、暗挖车站洞桩法施工工艺特点
1、充分利用无水的地层进行有水部位地层的作业,避免因长期降水引起的费用增大和地表沉降,有利于保护地下水资源。

2、依靠钻孔桩作支护,稳妥、安全,控制沉降量在30mm以内,避免中洞法、CRD法多方位、多层次开挖引起地面沉降量过大的缺陷。

3、与其他暗挖工艺相比,废弃工程量相对较少,结构受力条件也好,相对经济合理。

4、不受结构跨度和层数限制,适用范围较广,所引起的地面沉降变形相对较小,对保护暗挖结构附近的地下构筑物(桥桩、管线等)和周边建筑物的安全有利。

特别适合距桥梁桩基和高层建筑物很近的地下工程的施工,边桩本身可起到隔离桩的作用,从而达到保护构筑物安全的目的。

5、在边桩、桩顶纵梁、顶拱组成的承载体系形成后,则有较大的施工空间实施一定程度的机械化作业,施工进度可以加快。

6、利用水位线以上的地层开设小导洞,在小导洞内施工钻孔桩,利用其排桩效应对两侧土体起到了支挡作用,可最大限度减少因流沙、地下水带来的施工安全隐患
三、洞桩法施工技术
某车站主体结构宽26.4ｍ，高18.2ｍ，长132ｍ。

车站覆土厚度为3.9ｍ，土层主要为黏性土和砂性土互层分布，车站周边保护性文物较多，管线密集且部分年久失修，对施工过程中围岩位移的要求较高。

下面就以此地铁为例进行分析。

施工方式不当造成的地铁周围岩土体的变形以下沉为主。

该地铁站埋深较
浅，如果发生地面沉降，地铁上覆盖下沉变形将会接近于整体沉陷，该地铁站为环状通道，而通道周围岩土体不能形成完整的环状支撑，在这种情况下，为发挥岩土体的对通道结构的支撑作用，小导管注浆、管棚支撑是可行且有效的方法。

管棚支护主要起加固围岩并扩散围岩压力的作用，同时能减少开挖时的应力释放。

根据管棚直径，可将管棚分为大、中、小三种管棚，支护主要通过提高管棚及其端点支撑梁的刚度来实现对上覆地面变形的控制，该地铁站周围岩土体相对较软弱，而大管棚相对刚度更大，该地铁站施工采用了大管棚进行超前支护。

该地段周围岩土体渗水程度较严重，因而小导管支护采用水泥-水玻璃双液注浆。

首先做好初期支护及临时支护，首先完成底板及中墙建设，在之后的开挖过程中可将临时支撑和拱架都支撑于坑道中墙及底板之上。

搭建拱部大管棚以及左侧拱顶小导管，开挖时施工锁脚锚杆。

然后开挖中洞中部左侧；第三开挖中洞右侧顶部，同左侧中洞左侧相同，搭建拱部大管棚以及顶部小导管，开挖时施工锁脚锚杆；第四开挖中洞中部右侧；第五开挖中洞左侧下部，施工初期支护及临时支护，施工锁脚锚杆；第六开挖中洞右侧下部，施工初期支护及临时支护，施工锁脚锚杆。

中洞开挖完毕后施工中洞立柱以分担顶部承载力，做好柱间顶部二次衬砌。

按顺序开挖侧洞，并施工拱顶大管棚及小导管，施工锁脚锚杆做好初期支护及临时支护，开挖时可左右两侧同时施工，节省了工时，开挖成型后做好二次衬砌，可铺设防水层。

在施工作业中，混凝土浇筑是施工难点。

在逆作施工缝处由于受空间限制,施工中存在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难题。

逆作结构施工缝处下部混凝土,由于混凝土凝固收缩,在施工缝处很难浇筑密实而出现空隙,从而造成质量缺陷和安全隐患,影响结构实体质量和正常使用。

因此，可以采取以下对策：
1、施工缝位置设在结构受剪力较小且便于施工的部位,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筑密实,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。

2、施工缝处采用多道设防、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。

3、结构下部混凝土浇筑成高出施工缝的牛腿形式,以确保混凝土密实无空隙。

图1洞桩法施工示意图
四、地铁地面变形研究
对于暗挖法，最大的安全问题即地面沉降，且地面沉降一般要大于内部拱顶
下沉值，如果控制不好，对地下人员安全及地表建筑都将有严重影响，将会造成严重后果。

为安全起见，在车站施工前将通过收集区域地层数据进行数值模拟来研究施工可行性。

地层土体特征、地下水、地下隧道相互作用、施工方法、开挖速度及衬砌都是地层沉降的主要影响因素。

该地铁站采用中洞法为常用暗挖法，最大断面深度27.8m，车站内部高度6.28m，两侧洞间距5.66m，该区域的岩土层分为粉土、粉质粘土、粉细砂、中粗砂、粉质粘土、细中砂等岩土层。

各组岩层的力学参数根据室内外试验和以及往期资料的调查所取。

结合实际开采条件及车站布局，运用Flac3D分析其沉降特征，得到其沉降云图。

图2区域沉降云图
1、地表沉降
地铁车站的开挖扰动了洞周围岩，引发地表沉降，从而对周边建筑物和管线造成不利影响。

为提取目标面各施工阶段的计算数据，分析洞桩法施工引发地表变形的发展规律，选取车站中心线处为横坐标的原点，其左侧为负、右侧为正，如图3所示。

图3施工过程中地表变形曲线
由图3可以得出如下结论：
（1）施工阶段1引发的地表沉降为－13.1ｍｍ，占地表总沉降的比例为36％；说明该阶段为控制地表沉降的关键环节，可采用合理的超前支护措施加固围岩（北京地区较多采用深孔注浆作为超前加固措施），以提高洞周围岩的自承能力；
（2）施工阶段3引发的地表沉降为－22.4ｍｍ，占地表总沉降的比例为49％，主要是由拱部土体开挖工作面较大、拆除导洞临时支撑、结构传力途径发生改变导致的；故该阶段也是控制地表沉降的关键环节，可采取缩短进尺、设置横向支撑等措施控制；
（3）地表沉降对周边环境的影响范围为车站中心线两侧各约40ｍ。

施工阶段1和3地表变形沿车站纵向的分布如图4所示，
图4施工阶段1和3地表变形曲线
由图4可以得出如下结论：
（1）各施工阶段的地表沉降可分为4个阶段：微小增大→急剧增大→
缓慢发展→稳定阶段。

（2）相对于施工阶段1施工阶段3表现为如下特点：急剧增大阶段的地表沉降较大且历时较长，但其缓慢发展阶段历时较短，产生的地表沉降较小。

这是由于施工阶段3开挖土体已经产生塑性破坏，掌子面前方土体丧失了部分强度，一旦受扰动即产生较大地表沉降，这图2的计算结果基本一致。

2、保护措施
根据前面的分析结合暗挖车站洞内施工的特殊性，主要从调整暗挖施工顺序、对卸载范围内的既有线周边注浆、对卸载范围设置预应力锚杆和调整降水标高来控制既有隧道的隆起而且在既有地铁隧道上方如此近距离施工卸载，在国内还没有现成的经验，对地铁安全运行的风险太大必须有一个准确、严密的全过程监控手段
（1）对既有线周边土体加固
对新建车站底部及既有隧道周边的土体进行注浆加固提高新建车站底部及既有隧道周边土体的抗剪强度指标等值在距既有线6m处停止开挖，对既有线周边土体进行超前注浆加固注浆加固既有线时采用二重管无收缩双液注浆技术二重管钻机钻杆具有成孔和双液注浆功能钻孔和注浆能连续、快速进行确保注浆质量根据注浆压力、地质参数及现场试验综合确定扩散半径为0.3m孔距采用0.5m 浮主浆时跳孔施工采用后退式注浆后退幅度为15—30cm实行定量、定压注浆使宕土层的空隙或孔隙间充满浆液并固化注浆施工前必须核清既有隧道的准确位置且不能采用过高注浆压力，以确保既有地铁隧道安全
（2）设置预应力锚杆
根据分块开挖发生开挖卸载及时补偿卸载的原则，在导洞初期支护完成后开始在导洞内向下施工预应力锚杆预应力锚杆群不但及时进行了部分卸载补偿，同时也起到了加固土层，改善土层性状的作用。

由于洞内空间狭小选用锚杆钻机时必须考虑到洞内尺寸必要时可以对钻杆进行改装在暗挖导洞内每开挖支护5m施工一次锚杆保证从开挖卸载到完成预应力锚杆补偿卸载之间尽可能小的时间间隔
（3）调整降水标高
当隧道处在相对不透水土层中水位的上升或下降如同对隧道的加载或卸载新建车站开挖前先降水在既有隧道的底板以下相当于对既有隧道向下卸载，以平衡部分新建车站开挖时对既有隧道向上的卸载同时既有隧道周边的土体水疏干后也提高了土体的抗剪强度增强了抵抗卸载变形的能力。

五、结束语
总之，随着科技水平的不断进步，洞桩施工技术也将不断发展，以其自身优势不断在地铁施工中应用，具有广泛的发展前景。

参考文献
[1]崔玖江.隧道与地下工程修建技术[M].科学出版社,2012:247-257.
[2]王霆，刘维宁，张成满，等．地铁车站浅埋暗挖法施工引起地表沉降规律研究[J]．岩石力学与工程学报，2012，12(20):15—16。