地铁一次性暗挖换乘车站综合施工技术
隧道分公司
1工程概况
1.1设计简述
黄庄车站位于中关村大街与知春路十字路口为地铁四号线与十号线的换乘站 由于四号线与十号线车站同期设计、同期施工为方便乘客换乘两站设计成十字换乘站。四号线车站位于中关村大街下呈南北走向十号线车站位于知春路下两站在平面上斜交。
海淀黄庄十字路口路面交通异常繁忙 中关村大街机动车道及人行步道总宽为40.0m路口处局部拓宽为50m道路规划红线宽80.0m路西侧为宽35m左右的绿地知春路道路规划红线宽50.0m 中关村大街及知春路均已实现规划 黄庄站四号线车站和十号线车站主体结构形式是顶部为三连拱的两层三跨框架结构暗挖施工 四号线车站净宽21.5m岛式站台宽度14m十号线车站净宽21.6m,侧式站台宽度7.5m。黄庄站平面图见图1.1-1
四号线车站和十号线车站主体横断面图见图1.1-2。
图1.1-2四号线车站和十号线车站主体横断面图 常护
二次
车站主体采用暗挖初施期支砌护工车站主体为三连拱的两层三跨框架结构 由侧墙、梁、板、柱及三连拱等构件组成。纵向采用纵梁体系 中间设有两排① 800钢管柱楼板及底板横向形成三跨连续结构。在板和梁、板和墙交界路处设置线路受力斜托 以改善
7500 心 心
板的受力条件。主体结2150构0侧墙为挖孔灌注桩加内衬墙重合结构 线挖轨顶标高孔灌轨顶标注高桩作为施工期间的基坑支护 同时兼作永久结构受力的一部分挖人孔桩桩与内衬墙之间LI-U设iL T置TJ防水隔离层。拱顶采用三连拱复合衬砌结构形式初期支护为钢筋格栅拱、 网喷射混凝土结构二次衬砌为模筑钢
1.2.1 邻近建筑物
黄庄站1、 4号风井及4号风道与中发电子大厦30m高、地上9层、地下2层基础水平距离仅3.6m 1、 4号风井及4号风道施工势必对中发电子大厦造成不利的影响。 1、4号风井及4号风道和中发电子大厦位置关系见图1.2.1 。
1.2.2 管线情况黄庄站场区范围内管线密布大大小小各种管线和地下构筑物多达56条管线分属1 8家单位。测区范围仅井盖就有518个。尤其是东西走向的十号线车站上方有13条管线涉及上水、燃气、 电信、 电力、热力、雨水、污水等各种市政管线 两侧还各有一条热力管沟和电力隧道。各种管线现状条件千变万化、千差万别这些管线是黄庄车站施工最大的风险所在。十号线车站上方管线断面示意图见图1.2.2。
1.3设计工法拟定
1.3.1 地铁车站施工方法简介地铁车站施工方法主要有 明挖法、盖挖法和浅埋暗挖
法。 明挖法施工要求场地条件空旷交通流量小管线少。
盖挖法介于明挖法和暗挖法之间除结构顶板采用明挖施工外其余均采用暗挖施工。但盖挖法施工与明挖法施工一样都受到场地条件、管线和交通限制。
浅埋暗挖法施工在城市地铁施工中广泛应用需要场地小对交通影响小 管线可不改移或悬吊。
1.3.2 黄庄车站明挖、盖挖施工和暗挖施工方案比选
⑴中关村大街与知春路下管线均较多 中关村大街下管线基本位于道路两侧埋深较深而知春路整条道路下均有管线共有上水、燃气、 电信、 电力、 热力隧道、 电力隧道等多条管线和构筑物这些管线均沿车站纵向布置若采用明挖或盖挖施工结构顶板埋深不能太深管线必须改移而知春路管线没有改移位置。另外十号线车站长度为156m管线进行这么长距离悬吊难度太大 故十号线车站无法采用明挖或盖挖施工。
⑵四号线从十号线下方通过十号线车站的埋深决定了四号线埋深较大为6.85m暗挖结构拱顶埋深 如果四号线车站双层部分要采用明挖或盖挖施工车站须设计成地下三层受地下管线的限制 四号线与十号线车站关系已定。且车站长度受两条线共用厅的限制 已压缩到最小 即使车站须设计成地下三层也要这么长。故地下一层只能作为商业开发或自行车库使用车站南北两端独立空间作为商业开发意义不大若作为自行车库使用车库的出入口无处放置此外双层车站已进入路口现状道路交通十分拥挤 四号线车站双层部分要全部采用明挖或盖挖施工对现状交通的干扰较大。因此针对黄庄站特殊的管线和交通条件只宜选择浅埋暗挖法施工。
⑶黄庄站四号线与十号线均为地下两层三跨拱形结构。根据国内外浅埋暗挖车站施工经验除“PBA法卜 目前常用的施工方法有“眼镜法”、 “中洞法”、 “侧洞法”等。
“眼镜法”适用于断面宽度较大的单层结构不宜采用 “侧洞法”是修建大跨隧道的常用方法但由于首先开挖两个跨度较大的侧洞对地层干扰次数多地表沉降大施工风险亦较大而“中洞法”的中洞可以一次形成永久结构高度无须体系转换 中洞施工采用CRD工法较安全可靠且地面沉降可控制在设计要求范围内。
“眼镜法”、 “中洞法”、 “侧洞法”都存在以下缺点施工工序繁多结构
断面不经济且凿除量大、作业空间条件差、工程质量较难保证。而且黄庄站为
十字换乘站采用中洞法形成结构的侧墙为曲墙换乘节点难以处理。为解决上述方法存在的这些问题施工方案采用一种新的浅埋暗挖工法 “暗挖逆作法”。
暗挖逆作法暗挖逆作法源于盖挖逆作法与施工优化的 PBA工法的有机结合。其基本思想是通过暗挖形成结构的上层顶盖采用逆作完成下层开挖及各层墙、板内衬。
“暗挖逆作法”形成双层车站结构的墙体为直墙结构换乘节点亦成为双层直墙结构与单层暗挖拱形断面相交使节点区结构更趋合理安全性更高。
车站施工步序示意图见图1.3 。
1.4地质条件
十号线车站和四号线地质纵剖面图分别见图1.4-1 、图1.4-2。
1.5主要工程量
土方开挖25.7万方 回填3万方砼12.6万方钢材3万吨建筑面积2万5千平方米。
1.6主要工程特点
地下管线密布地上交通繁忙地质条件差周边环境复杂结构设计多
样群洞效应显著规模巨大工序频繁转换工期紧迫被专家称为“结构最为复杂、工期最为紧迫、规模巨大”的、一次性建成的暗挖地铁换乘车站。
1.7施工工期及造价
自2003年12月27日至2006年12月15日 中标价2.673亿元。
2黄庄站综合施工技术研究针对黄庄站“地下管线密布地上交通繁忙地质条件差周边环境复杂 结构设计多样群洞效应显著规模巨大工序频繁转换工期紧迫”的特点 结合施工实际项目部从进场之初就着手进行施工筹划和方案研究并在施工中不断优化施工方案确定在施工中进行地铁换乘车站群洞开挖复杂结构综合施工技术研究其主要内容包括
⑴地层异常区探测及处理施工技术
⑵浅埋暗挖地铁车站管线群中126m长、①159大管棚独头施作技术⑶管线安全性评
价、实测跟踪及监控量测综合分析施工技术目前黄庄站四号线车站南、北两端侧三连拱衬砌施工完成地下一层侧墙及中楼板衬砌施工完成正在进行地下二层土体开挖。十号线车站主体两侧拱衬砌施工完成正在进行中拱开挖支护施工。综合施工技术研究也已取得如下进展
⑴地铁换乘车站群洞开挖复杂结构综合施工技术研究已经取得阶段性成果。
⑵①159大管棚126m独头钻进一次性打设成功精度控制在3%。以内被专家称为“国内领先行业一流”。
⑶黄庄车站施工期间管线安全性评价在国内率先采用实测跟踪技术 已取得突破性进展。
⑷地层异常区探测及处理施工技术、管线群中施工技术等在北京地铁在施的四号线、十号线、奥运支线、机场线中被北京轨道交通建设管理公司树为典型上述施工技术在四条地铁线路建设中推广并于2006年4月12日在黄庄站召开了四条线建设、监理、设计和施工单位参加的现场观摩会。
3地层异常区探测及处理施工技术根据设计提供有关资料及现场调查结果黄庄车站施工范围内地下管线众多管线分布复杂管线埋深1.0〜8.8m各种市政管线尤其是上水管、雨水管及污水管等管线绝大多数存在渗漏现象渗漏管线周边土体长期被水浸泡软化而且由于翻修道路、管线施工等不同程度的造成土体扰动形成空洞、松散、富水等地质异常区上述地质异常区对地下结构施工安全造成很大威胁 施工风险极大。
3.1空洞探测为查明黄庄站施工场区范围内特殊的地质情况 了解车站暗挖结构上方地层实际情况消除地层异常带来的隐患我们在施工前邀请北京交通大学采用探地雷达设备进行了地层探测探测工作使用美国劳雷工业公司物探部生产的S IR2000探地雷达系统属SIR系列的最新级别设备为便携式包括主机、天线适用于不同探测深度和精度的天线 15MHZ-1.5 GHZ、 电缆、蓄电池等同时还配有数据处理专用软件。该仪器能够提供一种安全、快速的勘察方法不需要开挖也不会造成对建筑物的破坏 已广泛应用于岩土工程勘察等方面 在城市地下管线探测中也有广泛应用。分别采用
800MHz和400 MHz天线对地层
情况探测同时部分地段补充100MHz天线探测测线总计423条测线总长度9224.2m。探测以勘察钻孔揭示的地层情况为标准进行地球物理参数标定和该地层典型地层单元雷达信号标志的确定。
经过对探测数据的处理和综合分析获得场地内特殊地质洞穴、局部富水区等、分布状况的相关数据资料通过物探地质综合解释、分析认为黄庄站场地12m以上地层存在部分松散区较多主要是部分回填和杂填土欠密实部分地段存在由于地层含水状况变化导致的富水区主要有地质条件变化导致的上层滞水部分管线渗漏导致的局部富水区等。另外部分地段分布有土层分布不均匀出现的土洞和既有松散区加空洞等特殊地质情况。
3.2探测结果整理分析根据《北京地铁黄庄车站地质异常区探测情况综合报告》探测结果经整理后统一进行分区编号综合成果见黄庄车站地层异常分析汇总表表3.2、和异常区平面布置图图3.2、 。
经过整理探测结果并对其汇总地铁黄庄车站施工范围内共有地质异常区
37处其中位于结构施工范围内需要施工前处理的地质异常区有 35处包括可能空洞区19个其它异常区16个。
3.3各类地质异常区专项处理方案
根据地质探测报告将地质异常区进行筛选分类处理如下
⑴空洞区
对发现有空洞的区域采用级配砂石回填为防止空洞周边区域浆液量扩散过大对空洞区域外边缘部分注浆导管内压注水泥〜水玻璃双液浆进行控制注浆。注浆处理后分区恢复路面。
⑵松散及地层不均匀分布区
探孔均匀布置、打设注浆导管回填探孔后进行注浆填充加固处理。注浆处理后分区恢复路面。
⑶富水异常区
开挖后如发现有较多水渗出或有涌水现象首先尽可能探明水量、来源确定周边管线的影响及时抽排水汲取泥浆探明实际情况后及时回填探孔并布设注浆导管进行注浆处理。注浆处理后分区恢复路面。
⑷管线影响区
由于黄庄车站管线密布施工时回填不密实、管线渗漏水等情况对施工场区内地层造成了较大影响。
管线开挖前确保精确定位避开管线位置进行处理。在管线周边挖设探孔进行打管注浆处理。并在接近管线的导管内压注水泥〜水玻璃双液浆以避免浆液扩散范围过大对各类管线造成不利影响。如果图纸上管线位置不准确实际挖探未能避开管线则根据管线类型和埋深情况采取在管线下 50cm以下位置埋花管注浆处理避免注浆过程中引起的浆液堵塞管线及注浆压力过大引起的管线损坏情况发生。注浆处理后分区恢复路面。
