4.暗挖地铁车站案例

⑤三联拱二次衬砌施工
三联拱二次衬砌以导洞底板为基础分段施工,分段长度为6~9 m,分段位置与顶纵梁施工缝保持一致。三跨连续浇注,先对称浇注边拱,后浇注中拱,混凝土强度达到70%后方可拆除支撑杆件。拱部模板采用S3015可调钢模,直墙采用平模,与顶纵梁接茬部位用可调丝杆调整高程并施加一定的预应力,使施工缝接茬平顺。
图9中板以下临时支撑方案
四、学生掌握的主要问题
（1）暗挖车站结构和构造；
（2）暗挖车站结构设计计算方法；
（3）洞桩法施工的主要步骤。
暗挖地铁车站案例二
北京地铁黄庄车站
一、工程概况
地铁黄庄车站是四号线车站与十号线车站的换乘站，10号线在上，4号线在下，两车站呈“十”字型布置。本车站位于双榆树站与中关村站之间，在中关村大街与知春路交叉口处。四号线车站在现状中关村大街下，呈南北走向；十号线车站呈东西走向。地铁黄庄站为地下两层端头厅式暗挖车站，总建筑面积为25122.164m2，车站有效站台中心线埋深14.300m。本站共设6个出入口，6个出口均直达地面，四个换乘通道，两条消防疏散通道。
图1车站总平面图
车站通过地层由上至下依次为杂填土、粉土层、粘土层、粉细砂、中粗砂、细砂和粉质粘土,车站拱部结构位于粉细砂层,中板以下结构位于粉土⑥2层和粉质粘土⑥层。车站所处位置地下水丰富,第一层上层滞水在结构顶部,水量不大。第二层潜水在上层导洞的拱脚位置,含水层岩性为中粗砂、粉细砂层,透水性好,水量较大。第三层层间潜水赋存于粉土⑥2层,该层水分布在车站的中下部,疏干难度大,对施工影响很大。车站各部位所处地层如图2所示。
主体结构如图6所示。
三、施工方案
（1）总体Fra Baidu bibliotek工方案
结合本站主体及风道均采用洞桩法施工的特点，充分利用西北、西南风井及东北临时施工竖井作为全车站主要施工通道，按照主体及风道断面均采用逆筑施工的设计思路来确定本站的总体施工方案。施工步序见图7。
（2）主要施工阶段
①主体结构群洞施工
小导洞开挖遵循“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”的原则组织施工,根据地质情况选择合适的超前支护参数和开挖步距,重点控制群洞效应和二次扰动对沉降的影响。本站先施工下导洞,后施工上导洞,上下导洞掌子面错开10～20m。导洞开挖采用台阶法开挖,上台阶留核心土,台阶长度控制在4～5m,在砂性地层中开挖步距采用0.5m,粘性土可扩大到0.75m。松散粉细砂地层环向间距应适当加密或采用双排小导管。
暗挖地铁车站案例一
北京地铁劲松车站
一、工程概况
劲松站位于东三环与大郊亭路相交的十字路口东侧辅路下,跨路口设置,呈南北走向,从北向南按2‰下坡设置,线间距15m,为双柱三联拱双层岛式暗挖车站。车站与规划地铁M7线形成“十字形”换乘。车站结构长190m,共设4个出入口,两座风道。车站主体结构及风道采用柱洞逆筑法施工,出入口采用暗挖台阶法施工。车站总平面图如图1所示。
工程地质：北京城区位于新华夏系第二沉降带的区域构造背脊之上，在勘探深度范围内未见断层活动迹象。区域内第四纪覆盖层厚度为100～150m之间，其下为古生代二迭系砾岩和砂岩。根据地质资料，与本工程有关的地层自上而下依次为：
(1)人工填土层(Qml)
房渣土杂填土①1层：杂色，稍密，稍湿～湿，含砖块、石块，局部为生活垃圾；该层厚度为0～2.0m。
粉土④2层：褐黄色～灰色，密实，湿～饱和，压缩模量Es=6.5～15.8MPa，属中高压缩性～中低压缩性土，含云母、氧化铁，局部夹粉质粘土薄层或透镜体；该层厚度为3.2～4.7m。
③钢管柱及顶、底纵梁施工
底纵梁的施工：下层导洞完工后,从端头向竖井口分段浇注底纵梁,分段长度以12～20m为宜,分段位置取钢管柱纵向柱间距的1 /4处。底纵梁既是钢管柱的扩大基础,也是车站底板的一部分,梁内需要准确预埋底板的两层横向主筋、钢管柱柱脚板,柱内钢筋笼锚入筋等,防水层预留搭接并做好保护措施。
(3)第四纪全新世冲洪积层(Q41al+pl)
粉土③层：褐黄色～灰色，中密～密实，湿～饱和，压缩模量Es=7.4～20.6MPa，属中高压缩性～低压缩性土，含云母、氧化铁、姜石，局部夹粉质粘土、粉砂透镜体；该层厚度为0～3.2m。
粉质粘土③1层：褐黄色～灰色，软塑为主局部硬塑，压缩模量Es=5.7～11.7MPa，属中高压缩性～中低压缩性土，含云母、氧化铁、姜石、螺壳碎片，局部夹粉土透镜体；该层厚度为0.8～2.8m。以上两层总厚度一般1.6～5.45m，层底标高为45.09～42.99m。
(4)初期支护
采用格栅钢架与网喷混凝土联合支护，喷层厚300mm或350mm，φ6钢筋网,网格间距150mm，格栅钢架纵向间距2榀/m。
主体结构及风道挑高段围护桩主体结构边导洞内施作φ600mm钻孔灌注桩，间距1m；风道挑高段结合上下导洞施作φ1000mm挖孔桩，间距1.5m。边桩间挂φ6钢筋网并喷射混凝土封闭。
⑥中层板及中板上侧墙施工
充分利用施工空间优势,开挖采用YC60 - 6挖机及小型拖拉机出碴,用人工清理余土至中板底部标高,两侧挖沟槽深1.6m以上,满足钢筋接头错开50%的要求。中层板采用土模法施工,每次浇注长度24m。底模利用原状土,铺3～5 cm厚的M15号水泥砂浆。中纵梁人工挖沟槽,侧面砖砌抹砂浆,土模阳角采用2. 5号角钢保护,使棱角分明;土模上覆不易褶皱的地板胶,确保中板以下土方开挖时能顺利脱模。中板以下侧墙的接茬部位预浇注20 cm以上,逆筑混凝土接茬面用砂浆抹成15°以上斜角,铺塑料隔离层。
图8横通道马头门加固
三联拱初支施工：借鉴既有车站施工经验,采取“边拱先行,后中拱”的施工顺序,顶纵梁之间的约束力变拉力为压力,实现了三联拱初支力学上最大限度的平衡,且水平支撑实施简单,更容易控制水平压力。经监测,顶纵梁之间承受最大压力为10 kN,为此顶纵梁间设I25工字钢予以支撑。三联拱施工中,需要控制的重点是导洞破除的时间效应和节点的连接质量。两边拱初支尽量对称同步,且必须超前中拱至少6m。在三联拱初支未封闭前,应保持中导洞初支的完整性,扣拱下台阶的土方也不应与掌子面紧跟,以约束导洞的变形,避免三联拱初支产生失稳性破坏。
粉土素填土①层：褐色～褐黄色，湿，稍密，含砖渣、灰渣、水泥块、树根等，局部为粉质粘土填土；该层厚度为1～2.4m。以上两层总厚度一般1.0～2.8m，层底标高为50.09～47.89m。
(2)第四纪全新世冲洪积地层(Q42+3pl)
粉细砂②3层：褐黄色，中密，湿～饱和，标准贯入击数N=11～34，属中高压缩性～低压缩性土，含云母、氧化铁、少量砾石，局部夹粘性土薄层和中粗砂透镜体；该层厚度为0～2.9m，层底标高为50.09～45.1m。
顶纵梁的施工：顶纵梁形状特殊,呈倒“T”形,操作空间小,需制定针对性措施确保灌满混凝土。搭设多功能可调脚手架操作平台,钢筋绑扎在平台上进行,两侧预留与三联拱二次衬砌相连的环向主筋。底模采用15mm厚胶合板,侧模采用小块钢模,两侧倒角请专业厂家加工异型钢模。分段长度除第一段外均取6m(纵向一跨) ,分段位置取钢管柱纵向柱间距的1/4处。靠拱部每隔2m设一根回填注浆管,顶纵梁完工后,对拱部进行系统的回填注浆。
⑦底板施工
土方采用YC60-6挖机(带破锤)及小型拖拉机开挖,分三步:第一步,开挖到导洞拱脚标高,破除导洞拱顶;第二步,开挖两导洞中间土体(拉槽) ,破除钢管柱间导洞侧墙;第三步,开挖导洞两侧到桩间的土体。底板分三幅,先中间,后两边,分段长度为12m。中间浇注完后,及时对称施加两侧的支撑,腰梁和支撑均采用2 I25工钢。腰梁距离底板约3m,支撑每3m一根,利用千斤顶施加一定的预应力,见图9 所示。两侧支撑安装好后,土方继续开挖到底板标高,对称施工两侧底板,强度达到70%后,拆除钢支撑,施作侧墙。
（2）断面结构检算
断面结构参数是在对车站结构进行检算的基础上,结合工程类比后综合确定的。结构检算采用“荷载-结构”模型,按确定的施工方法分别计算施工阶段及运营阶段结构受力状况。通过分析,确定车站结构施工中的三个阶段并据此确定结构断面参数。
第一阶段:站厅层开挖至中板附近,未施作中板,天梁与侧墙边桩之间及两天梁之间设置临时斜撑或横撑,将边桩冠梁及天梁视为固定支座,主要荷载由拱部初支承担,检算初支的承载能力。如图3所示。
钢管柱的施工：钢管柱的施工分吊装、固定、钢筋笼安装和混凝土浇注四道工序。钢管柱在上层导洞内分节吊装就位,分节长度根据导洞高度预留足够的起吊富余量,节长定为3.0m,各节之间采用高强螺栓连接。
钢管柱全部栓接完毕,将钢管柱落在柱脚钢板上,与柱脚板上的限位角钢密贴,在孔口上、下部50 cm范围内灌注C20混凝土,填充孔桩护壁与钢管柱间空隙,中间部分填充砂子,防止钢管柱偏移。钢管柱内混凝土采用C50微膨胀混凝土。灌注中为保证管内混凝土的捣固质量,采用特制的12m长振捣器振捣。
④三联拱初支扣拱施工
三联拱初支扣拱施工在导洞间进行,扣拱作业面从横通道和风道加高段开始,拱部超前施作φ159mm管棚及结构马头门的加固。
交叉口处护拱施工：横通道及风道加高段为结构交叉部位,受力复杂,三联拱施工过程中将破坏导洞阶段的初支受力体系,为保证扣拱施工前完成力学转换,采取施作双侧护拱的做法,与出入口护拱、边导洞冠梁形成一体。横通道拱部设多道加强环内套拱。如图8所示。
(3)超前支护
在西北、西南风道挑高段进入主体断面及东北竖井横通道转入主体施工共计四处开口处均采用拱部设管棚+小导管超前支护形式。管棚采用φ159mm,t =8mm热轧钢管,环向间距0.3m,在西北、西南两端设置长度为18m,东北竖井施工通道内向北、向南设置长度分别为7m、18m；水煤气管壁厚3.25mm,管长L=2.5m,环向间距0.3m,沿大管棚间隙布置，纵向间距1m。主体其它地段采用φ32水煤气管超前注浆加固，水煤气管壁厚3.25mm，管长L=1.5m，环向间距0.3m，纵向间距0.5m。
图2劲松车站结构及地质横断面图
工程重点及难点：（1）车站结构形式复杂,独立及组合构件对结构设计要求高；（2）地面建(构)筑物多、地下管线多、沉降要求高；（3）工程水文地质条件差、拱部开挖支护风险大；（4）施工工序繁多,施工难度大。
二、车站结构设计
（一）车站横断面设计
（1）内轮廓制定
内轮廓设计时考虑以下因素:①横断面与施工方法密切相关,本站最终选用柱洞逆筑法施工,为配合钻孔桩施工需要,采用直墙带拱结构断面形式。②根据车站跨度及埋深条件,对单跨两层大断面、双跨两层联拱、三跨两层联拱等几种内轮廓形式进行了比较,因单跨两层大断面施工难度极大,并且,目前国内在类似地层中尚无成功的先例。双跨两层联拱断面施工风险大,工序转换多,废弃工程量大,且楼梯及设备、管理用房布置不便。三联拱断面形式是使用功能较好的断面形式,断面利用率高,在国内外,尤其是北京地铁中已有成功实例。由于两柱的减跨作用,使得单跨的跨度不超过8m,安全性高,风险小,且对防水较弱的联拱的相交凹槽采用注浆回填的方法进行堵水可达到理想效果,综合比较后最终采用三联拱断面形式。③除了设置临时支顶措施外,在拱部内轮廓设计中考虑柱两侧拱型的严格对称以及三联拱力学的平衡,避免因水平应力的不均衡引起结构位移而造成初支结构不稳定。
②导洞内钻孔桩施工
本站风道及主体结构均采用洞桩法施工,大量的钻孔桩需在导洞内施工,与地面作业不同,洞内钻孔桩施工受导洞空间的限制,需要解决设备选型和文明施工环境两个方面的问题。设备选型上需要根据不同的地质条件,着重考虑轻型、钻杆高度小的反循环钻孔机械。本站以细颗粒地层为主,选用ZWY50A型自行式反循环钻机,对钻架高度进行改装。泥浆采用膨润土,在自制泥浆池内制备,泥浆池容量应不小于单桩体积的1.2倍。洞内纵向采用砖砌矮墙隔离出运输通道,在孔桩钻进过程中,泥浆循环利用。
第二阶段:车站中板施作完成,站厅层二衬结构封闭,站台层开挖至设计高程,二衬结构未施作,边墙设置钢管混凝土支撑。
第三阶段:车站结构正常使用阶段,考虑静水压力的作用。
第三阶段内力计算结果如图4、图5。
通过对第一阶段初期支护强度检算,及第二、三阶段的抗裂组合检算,同时考虑钢管柱与顶板、底板交接区域及边墙角隅区域内力值较大,进行了配筋加强、截面加厚或加肋,最终确定的主体结构尺寸参数见表1。