洞桩法施工技术在地铁车站工程中的应用

时间：2024-05-20

马占起

中铁工程设计咨询集团有限公司济南分院，山东济南 250022

1 工程概况

某地铁站位于市政道路交叉口位置，车站形式为双层、单柱双跨式箱型框架结构，车站总长为185.6m，总建筑面积约12 635m2，车站共设置有3个出入口、2座风道和风井及1个残障电梯井和1个消防通道。受施工场地周围环境的限制，为尽量减少与控制施工过程对地铁站周边市民正常生产和生活及市政交通的影响，该地铁站主体结构工程施工采用矿山法进行全暗挖施工；同时为控制基坑结构施工引起的周边地面沉降变形位移，确保周边建筑结构和市政道路及地下管道设备的安全稳定，该主体结构选择采用对地层和环境影响均较小的洞桩法进行结构施工。

2 洞桩法施工原理及特点分析

应用洞桩法进行地铁车站工程的施工，即将地上框架结构的传统施工技术与暗挖法进行有机结合，在施工场地范围地面上不具备直接施工基坑围护结构的条件时，可在地下预先暗挖完成的导洞内进行围护边桩、中柱、底梁和顶梁、顶拱结构的施工，使其共同构成桩、梁、拱支撑的整体框架受力体系，承受基坑及主体结构施工过程中的各类荷载；在顶拱和边桩结构的整体围护下，在地下逐层向下开挖，同时对内部结构进行施工，最终形成由外层围护边桩及顶拱初期支护与内层结构二次施工组合而成的永久承载体系。在地铁站工程中采用洞桩法施工的主要特点如下：

1）对施工场地地面和周边环境的影响相对较小，适用于受交通条件及周边环境条件严格限制无法进行明挖施工的地下工程施工；

2）由于施工过程中引起的地面沉降变形相对较小，对保护工程施工场地周边的市政道路、建筑结构和附近的地下设施（如桥桩、管道等）的结构稳定和正常运营有利，达到安全施工的目标；

3）与其它大跨度结构暗挖施工技术（如中洞法、CRD法等）相比，在地铁站工程中采用洞桩法施工，其结构受力条件相对更好，废弃工程量少，周边地面沉降小，场地空间利用率高，而且其成本造价也相对较低，工程经济效益相对更好[1]。

3 洞桩法施工方法和步骤

施工竖井施工开挖至设计深度，完成井底封闭施工后，通过地下横向通道按先下后上，先侧边后中间的先后顺序对地铁站主体结构的6个导洞进行开挖施工；导洞施工完成后在下部边导洞内先进行条形基础施工，下部中导洞内进行底纵梁施工；下部基础结构完成后，在上部边导洞内先进行挖孔灌注桩和桩顶冠梁施工，再在中部上导洞内进行挖孔吊装钢管柱施工，最后进行柱顶纵梁浇筑施工；待主体结构的桩、柱、梁体系基本形成后，可对地铁站主体结构上部导洞间的主体拱部土体部分进行开挖，并及时施工初期支护结构，形成初期主体支撑顶拱；最后在桩、梁、拱框架支撑体系的围护下，逐层向下开挖土体并同时进行相应结构混凝土的浇筑施工，即按逆筑法完成整个地铁车站主体结构的施工[2]。

4 洞桩法施工关键技术

4.1 导洞开挖及群洞效应的控制

该地铁站主体工程中，6个施工导洞之间的设计间隔距离仅有6.8m，在导懂开挖过程中有效避免开挖施工的相互影响，合理设置各个导洞的开挖顺序，避免群洞效应所引起的较大地面沉降，确保施工场地周边地下设施和周边环境的稳定和安全，是施工导洞开挖过程中需要解决的重点技术问题。实际施工中，主要采取了如下措施：

1）合理设置各个施工导洞的开挖顺序，按先下后上，先侧边后中间的施工顺序依次进行开挖，在施工导洞的开挖过程中及时跟进支护设置；

2）根据施工现场的工程监测分析结果，及时反馈施工信息以指导施工导洞的设计修改和施工调整，及时调整支护结构的设计参数和施工方法，是确保安全施工的重要手段；

3）实际施工时，各施工导洞之间的位置在横、纵向均再拉开扩大一定的距离，下导洞超前上导洞10m～15m重新设置，减小施工过程中的相互干扰；

4）施工导洞应分台阶快速开挖施工，以减少对场地地层的扰动；同时加强初期支护结构的设置，支护结构应及时封闭成完整环状结构，可有效减小导洞的沉降和变形。

4.2 主体扣拱结构施工

该地铁站工程的主拱地层土质较差，且含水率相对较高；单个主拱开挖跨度达11.2m，双跨对称同时开挖达22.4m范围，且中间支撑结构截面相对较窄，中、上部施工导洞土层受主拱开挖的影响受力复杂，该大跨扣拱结构开挖施工的难度相对较大；同时，该地铁站结构顶部还设有多条雨污水管线与车站并行，距结构顶部近且多存在渗漏现象，扣拱结构施工过程中如何保证地下管线的正常使用也是该工程的一大难点。实际施工时，主要采取了如下施工措施：

1）扣拱部位采取分部开挖，有效减小的实际开挖跨度，阶段性缩短了循环作业的时长，分部开挖面完成后及时将开挖后的地层闭合成环，解决了开挖跨度大的问题；

2）在开挖施工接近地下管线位置时，预先施打必要的水平探孔，确定施工前方的详细水文地质情况，地层中存留的残留积水还可通过探孔及时排出；

3）加强施工过程的实时监控测量，对洞室拱顶自身沉降和管线沉降量应重点监测。当监测变形量和变形速率超过预先设定的警戒值时，应立即采取相应的应急措施，如加强预加固处理、初期支护、增设临时支撑结构、调整开挖工艺或步骤等。严格遵循短开挖、强支护、快封闭、勤监测的原则。

4.3 逆作结构防水技术

由于受施工场地和操作空间的限制，施工过程中结构防水板的预留和保护都存在较大的困难，施工缝位置的防水处理质量也难以保证；另一方面，由于混凝土凝固收缩的特性，结构施工缝位置下部混凝土浇灌施工时，其缝隙处难于浇灌密实而存有空隙，使得采用逆作法施工的地下结构在施工缝位置容易产生渗漏水的现象，严重时可造成工程质量缺陷甚至结构安全隐患，影响结构使用功能的充分发挥[1]。实际施工中采取的主要措施如下：

1）将施工缝尽量设置在结构受剪相对较小且便于施工的部位，施工时应留出足够的作业空间确保下部边墙混凝土的施工能顺利进行。为确保下部混凝土结构浇灌密实，逆作施工缝应留设成台阶式或斜缝形式，以便下部混凝土结构浇灌和振捣施工的实施；

2）结构施工缝位置应采取多道防线、综合防治的防水措施。实际施工时，设置了双道遇水膨胀嵌缝胶与预埋注浆管进行施工缝防水处理；

3）主扣拱结构的二衬混凝土，采取对称同步浇筑的工序进行浇筑施工，确保中间钢管柱顶纵梁在结构两侧的受力平衡。