北京地铁十号线国贸站的施工方法
2009-03-08 00:00
北京地铁十号线国贸站的施工方法
摘 要 通过对北京地铁十号线国贸站站位、工程地质和水文及环境限制条件的介绍,侧重讨论车站结构主体采用暗挖施工的依据,以及采用洞桩法的施工步骤。在介绍洞桩法施工技术的基础上,指出了洞桩法的施工特性和施工中应注意的问题。
关键词 地铁车站 洞桩法 施工步骤
1 工程概况
1.1 站位及周边环境
北京地铁十号线国贸站位于东三环中路与建国门外大街的交叉路口,国贸立交桥北侧,呈南北走向,布置形式为分离岛式车站,站体从国贸桥基础群桩间穿过。国贸站两个主洞体之间由南、北两个客流通道与一个设备联络通道连接;外连东北、西北和南侧3个风道以及东北、西北、东南5个出入口,并以一个L型换乘通道与既有1号线国贸站连接。
国贸立交桥为东三环路跨越东长安街延长线的重要大型互通立交,结构形式复杂多样,在车站施工影响范围内,梁部结构包含预应力钢—混叠合变截面箱梁、预应力混凝土简支T梁、钢筋混凝土异形板和预应力混凝土连续箱梁等4种形式;桥梁桩基形式和深度变化范围很大(桩基直径1. 2 m或1. 5 m,桩基长度变化范围约为9. 5~43. 0 m),基础有矩形和不规则四边形承台。给施工中控制结构变形带来相当大的困难。因此,必须根据国贸桥上述结构型式以及桩基与车站结构的竖向、水平相对位置关系,把这些桥基划分成A、B、C三个不同的等级进行保护。
此外,车站多处结构与国贸立交桥桩基的距离很近(桩基与车站结构外缘的最小水平距离约为1. 2 m,与既有管线的最小距离仅为7 cm)。
施工中必须依据这些要求采用不同的工法。如果工法使用不当会不可避免打破地层—桥梁原有的平衡,加大邻近地层和桥梁桩基移动和附加变位,从而使相关部位的桥梁梁部结构发生强迫位移。如果这种附加变位超过一定的水平,就会影响桥梁的正常运营和安全。
1.2 车站形式及规模
地铁十号线国贸站为分离岛式车站,平面位置主要受桥桩、既有一号线控制,埋深主要受地铁一号线国贸站~大望路区间控制,一号线在上,十号线在下。
车站全长131. 2m,起点里程为K21+383. 662,终点里程为K21+514. 862。
1.3 工程地质与水文条件
国贸站位于永定河冲积扇轴部,地形起伏不大。地层从上到下依次为:杂填土①1层、粉土填土①层,厚1. 4 m;粉质黏土③1层、粉土③层、粉细砂③3层,厚6. 4 m;粉质黏土④层、中粗砂④4层,厚3. 7 m;圆砾卵石⑤层、中粗砂⑤1层、粉细砂⑤2层,厚6. 7 m;粉质黏土⑥层、黏土⑥1层、粉土⑥2层,厚6. 1 m;卵石圆砾⑦层、中粗砂⑦1层、粉细砂⑦2层,厚8. 5 m;粉质黏土⑧、粉质黏土⑧1层,厚7. 2 m。
车站的地下水类型,按水力性质分为上层滞水、潜水和承压水。
上层滞水:赋存于上部粉土层、粉细砂层,局部为填土层,透水性一般,与地表水联系密切,其来源主要是大气降水、管道渗漏水补给。水位埋深0. 7~7. 4 m。
潜水:赋存于圆砾卵石层、中粗砂层、粉细砂层、粉土层、卵石圆砾层及局部细中砂层,透水性好,补给来源为大气降水和侧向径流补给。水位埋深为17. 1~19. 3 m。
承压水:赋存于粉土层、卵石圆砾层、中粗砂层、粉细砂层及以下粗粒土层,渗透系数大,为强透水层。但因受区域性地下水开采形成的降水漏斗影响,承压性较弱。水头埋深为25. 3~26. 0 m。
2 车站主体结构工法的确定
2.1 采用洞桩法施工的依据
(1)洞桩法适宜在地面建筑物多、地下管线密集或土质较弱的条件下使用。适用于对沉降控制较为严格的繁华市区施工。
由于边桩和扣拱共同工作,使支护结构的刚度大,整体性好,对结构外侧土体有明显的约束作用;同时桩体作为后期结构的安全储备,共同参与地下结构的受力,使深层土体参与作用,调动了深层土体的抗力。可以有效控制地表沉降和地层侧向变形。
另外,洞桩法是在开挖到有水地层后才进行局部降水,可以减少因降水造成的地层早期沉降。
(2)洞桩法适宜在对环境变形控制要求较高的建(构)筑物附近施工。
(3)洞桩法适用于上部无水,下部有水地质条件下的施工。利用车站上部无水地层的施工条件开挖小导洞,进行车站下部有水地层的护壁桩作业,提前对有水地层形成支护和截水。
(4)车站二次衬砌是在开挖大空间形成后施工的,结构的整体性好,安全系数高。
(5)工作面宽敞,便于使用大型机械,工期短。
(6)可以进行信息化施工。在导洞施工期间,后进尺的导洞可以利用先期施工的导洞了解地质情况,从而以信息化手段保证施工安全。
(7)造价适中。
2.2 洞桩法施工
(1)施工原则
分块要小,封闭要快,尽量减少力的转换和对土体的扰动。导洞掘进和扣拱施工应遵循“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”及“先撑后挖,及时支撑”。
(2)施工步骤
第1步:在车站上半断面的无水地层中,分左、右开挖边桩作业导洞,从而为施作整体支护体系的侧壁支撑(桩梁结构)部分提供必要的施工空间。导洞用小导管注浆加固地层,加格栅喷混凝土支护。
第2步:在左右导洞内施作车站边墙护壁桩,采用改制的钻机作业;待边桩完成后,在边桩间进行帷幕注浆,分别施作桩顶纵梁,并精确预埋好扣拱接驳格栅;在两个边洞中回填混凝土,形成扣拱拱脚。
第3步:在连接左右导洞的通道内进行大管棚施工,并在与导洞预埋格栅的拱脚处进行小导管回填注浆,然后分部、分段进行扣拱施工。
第4步:扣拱形成后,开挖并架设第一道横撑。
第5步:降水;向下开挖,对边桩及其间的土体喷射混凝土进行支护;开挖到站厅板下后,架设第二道横撑。
第6步:降水;继续向下开挖,对边桩及其间土体喷射混凝土进行支护;开挖到站台板下后,架设第三道横撑;对车站结构底板下地层进行注浆加固;然后开挖到车站底板高程。
第7步:素混凝土铺底,施工底板防水层;灌筑结构底板混凝土。
第8步:底板混凝土达到一定强度后,拆除第三道横撑;施工站台层边墙防水层和混凝土;并在其达到一定强度后施工第四道撑。
第9步:向上施做边墙混凝土和中板,在其达到一定强度后,拆除第二道横撑。
第10步:中板混凝土达到一定强度后,拆除第一道横撑;施工边墙和拱部衬砌及防水;达到强度后拆除第四道横撑;对施工缝进行必要的压浆处理,施工其他附属工程。
具体的施工步骤见图1。
2.3 洞桩法施工的特性
(1)通过对地表沉降曲线分析看出,因为边桩、导洞、支撑和二衬的的存在,深处地层参与作用;拱部开挖到形成扣拱时地表沉降最多,其后的桩间土体开挖,对地表变形影响不大,说明扣拱、边桩的承载作用明显,对土体的约束作用有效。
(2)在施工过程中,支撑要及时架设,架或拆支撑顺序要严格按照设计要求进行,不要随意更改,以免造成事故。结构施工过程中,因为拆撑,地层变形有增长,施工期间需引起注意。
(3)施工中要及时降水,防止含水地层可能出现的涌水、流砂,使作业面始终处于无水状态,确保支护体系发挥作用。降水不仅是满足抗浮的要求,而且还能提高土体的抗力。
(4)桩、拱、导洞、支撑和二衬组成了一个共同受力体系。洞桩法的施工过程就是一个结构体系不断转换,各部分逐步参与共同承载的过程,因此,每一环节的施工质量都要严格把关。
3 洞桩法需进一步完善的问题
受经济和安全条件的制约,导洞的空间不宜过大。因此,由导洞空间引发的洞内钻孔灌注桩技术控制和质量控制难度加大,主要体现在以下几个方面:
(1)富水砂层条件下泥浆稠度和含砂率控制;
(2)钢筋笼接驳及质量控制;
(3)小直径边桩二次清孔、水下混凝土灌筑及质量控制;
(4)导洞回填圬工量大,如何减少废弃工程量和采用轻质、密实的新型回填材料有待进一步研究;
(5)要解决因泥浆排放而引发的文明施工和环境污染问题。
4 结束语
在国内外的地铁车站建设中,对穿越既有桥梁桩基都极力避开。而国贸站洞桩法的意义就在于把国贸地铁车站成功地建在桥下、建在桥桩之林中间,为以后的地铁车站建设“迎桥而上”提供了范例,对设计或施工具有十分重要的参考意义。
参考文献
1 何满潮.软岩工程力学[J].隧道及地下工程, 1995(4)
2 申家国.浅埋暗挖地铁车站洞桩支承法施工技术[J].铁道建筑技术, 2001(2)
3 冯卫星,王克丽.地道桥设计与施工[M].石家庄河北科学技术出版社, 2000
