三拱两柱中洞施工工法

1、三拱两柱结构暗挖中洞施工工法YJGF-15-2004完成单位：中铁三局集团第四工程有限公司主要完成人：陈铁师顾拥武任立志于冬雨海胜三拱两柱结构暗挖中洞施工工法一、前言随着我国城市地铁和交通快速轨道的发展，修建地铁的大城市也 越来越多。实践证明，轨道交通（地铁）具有高效、节能、环保、运量 大、速度快、安全性好、占用城市道路面积少、防空好等优点。轨道 交通所到之处交通压力缓解、楼宇兴旺、土地增值、商业更加旺盛。 由于地铁所经过的地段大部分为繁华的商业区，有些地段受拆改费用、 交通占道、地下管线保护、古文物保护、环境保护等方面的影响，明 挖（盖挖）地铁车站受到限制，只能采用暗挖法施工，从而出现了暗挖

2、 地铁车站。北京地铁五号线磁器口车站、天坛东门站、崇文门站工程，采用 三拱两柱暗挖车站中洞法综合配套施工技术，保证了工程质量和安全， 按期完成了施工任务，取得了良好的社会效益，总结形成本工法。二、技术特点采用CRD（Cross diaphragm）施工方法完成中洞开挖，形成安全 中洞初期支护体系。在中洞内完成底板、底梁、钢管柱、中板、顶梁和中拱，形成 稳定中洞支撑体系，承受围岩主要荷载，为边洞开挖提供安全条件。采用CRD法对称完成边洞开挖。拆除临时初期支护体系，完成边洞二衬施工。体系转换过程中，合理确定分段长度，同时加设钢支撑。充分发挥监控量测作用，信息化指导施工。三、适用范围适用于围岩自稳能

3、力较差的地铁大跨双层暗挖车站。适用于多连拱等地下停车场、地下商场、大跨公路、铁路隧道 的施工。四、工艺原理把大跨地质较差的隧道分成三个部分，各部分条块分割，保证开挖期间安全，先形成中洞初期临时结构，在临时结构内施做永久衬砌 结构，形成中部稳定支撑，承受围岩主要荷载，然后对称开挖边洞部 分的各分块，最后形成整体结构。体系转换过程中，结合监测情况加 设钢支撑。五、工艺流程（一）工艺程序施工准备一超前管棚一注浆加固一中洞各部开挖一防水层铺设一 中洞底板、底梁一立柱一中洞中板一顶梁、中拱一超前管棚一注浆加 固一边洞各部开挖一临时隔壁拆除一防水层铺设一边洞底板一边墙、 中板一边拱一二次衬砌背后注浆工法步

4、序见图1。第一步：进行中洞拱 部大管棚超前支护、 小导管注浆加固地层。3第二步：中洞采用CRD法，按图中顺序 进行开挖，及时封闭 初期支护。第三步：分段拆除部 分竖向临时支护，铺 设底部部分防水层， 施做部分底板、底纵 梁，预留钢筋及防水 板接头。第四步：分段施做立 柱、中纵梁，中层板。第六步：两边跨施做大管棚及超前 小导管加固地层，对称开挖边洞上 导坑及时封闭初期支护。第五步：分段施做顶 纵梁，拱部结构，在 顶纵梁上加设钢支撑 和钢拉杆。第七步：按图中顺序对称开挖两侧边 洞，及时施做封闭初期支护。第八步：分段拆除中洞下部临时支护， 铺设边跨防水层，施做边跨二次结构。第九步：分段拆除中间临时支

5、护，施做两侧边第十步：分段拆除剩余临时支护，施做边跨拱墙及中层板。部。图1（二）施工准备施工降水，使地下水降至结构底板1m以下。搭设竖井提升架。进行施工人员培训。开挖竖井、横通道，开辟车站施工工作室。准备好各种材料、机具，风、水、电等管线接至工作室。（三）中洞开挖施工断面结构尺寸的划分断面划分原则：一般将断面划分15m225m2大小的小洞室，宽度 范围4.56m，高度范围在3.24.2m左右。地层较差时，拱部洞室高 度尽量降低。超前支护(1)大管棚在车站拱部120范围布设，管棚直径108mm，壁厚0 =5mm，长度18m，搭接长度3m。外倾角1.5。2.0 ,管棚间距 33.3cm(每米3根)

6、，管棚采用无缝钢管，6m 一节进行焊接，条件受限制 时采用3m 一节。(2)小导管沿车站拱部开挖轮廓线外缘120。范围布孔，间距为 33.3cm。外插角为2030。，管长2.0m，材料规格为42X3.25mm， 纵向搭接长度1.5m。(3 )选用机具大管棚施工选用德国TT集团夯管锤，型号GRUNDORAMATLAS,小 导管采用风镐顶入。(4)注浆材料大管棚内注水泥砂浆注浆，小导管内注改性水玻璃浆液。水玻璃 35Be45Be，工业硫酸浓度95%以上。配比13%硫酸：13Be水玻璃约 为1:3(质量比)左右,PH值35,凝结时间控制在入土后46分钟，固 砂体单轴抗压强度大于0.15Mpa。中洞土

7、体开挖中洞采用CRD法施工，18部采用人工依次开挖。各部开挖时均 采用台阶法施工，台阶高3m4m，上下台阶开挖相距3m5m，开挖步 距为0.5m。各部洞室步距控制810m左右，开挖过后立即喷射C20 混凝土，喷射混凝土采用潮喷工艺。初喷35cm喷射混凝土后，安设格栅钢架，格栅钢架纵向间距 0.5m。格栅钢架与初喷混凝土间铺设6、 150mmX 150mm钢筋网，网 片搭接长度不少于15cm。初期支护背后注浆在拱顶、拱腰、拱脚、墙中等部位各埋设注浆管进行全断面周边 注浆。顶部纵向每3m左右布设注浆管，边墙45m埋设注浆管，开挖 34m后进行回填注浆，注浆机械选用低压注浆泵，注浆压力控制在 0.3

8、0.5Mpa。注浆材料为水泥浆，孔隙较大部位注水泥砂浆。（三）中洞结构施工中洞开挖全部贯通后进行中洞内部结构施工。分段跳槽施工，分段长度为立柱纵向跨度，一般长度 4.5m 6.5m。铺设底板防水层并施做保护层。进行底板及底纵梁施工，底板完成后，每隔1.0m恢复临时中隔 壁竖向钢支撑。进行立柱和中板施工，中板完工后每隔1.0m恢复临时中隔壁竖 向钢支撑。顶纵梁施工为保证梁的施工质量，将顶芯梁和顶拱分开浇筑混凝土，先施作 顶芯梁，再施工拱顶衬砌。铺设拱部防水板时，预留好防水板接头并 加保护，对连拱部位，做好“V”型节点防水。顶纵梁的混凝土达到强度要求后，在立柱及顶梁上安装8 28可调 式拉杆和横向

9、工字钢支撑，间距1m，其布置详见下图2。钢支撑分担 由中部拱跨传递的内侧挤力，钢拉杆承受拱脚外移产生的拉力。图2二二虹二二 f（四）边洞开挖支护边跨开挖前先施作大管棚及小导管超前支护，施工工艺同中洞 管棚支护工艺。开挖时，两侧导坑同时采用人工对称开挖。开挖时遵循“小分 块、短台阶、多循环、快封闭”的原则，严格对称开挖，各部洞室步 距控制在810m。初期支护同中洞初期支护施工工艺。（五）边洞结构施工拆除中洞下部竖向临时支护，拆除长度为立柱纵向跨度，先加设临时 钢支撑，加设方法如图3。地基整平后铺设底层防水板，做 好与既有中洞防水板的连接，并预留边图3 墙防水板接头。绑扎钢筋，支立模板，浇注底版混

10、凝土。底板砼达到设计强度后，拆除下部水平向临时支撑，敷设边墙 防水层，预留防水板接头，绑扎边墙钢筋，支立模板，浇筑边墙混凝 土。如图4。600mm钢管支撑加设水平钢支撑，拆除下部第二道水平向临时支护，绑扎中层 板、边墙钢筋，支立模板，灌注混凝土，振捣密实。钢支撑加设方法图5图4拆除剩余的临时支撑，敷 设剩余边墙及拱部防水板，施做上 层剩余边墙及两侧拱部二次衬砌。（六）二次衬砌背后注浆在边洞二次衬砌混凝土时，预 埋注浆管，直径为40mm,详见图5 “预埋注浆管布置图”。二次衬砌背后注浆浆液采用 水泥浆，拱部也可采用水泥砂浆，压注水泥浆时，根据注浆记录绘制P 一QT曲线来判断注浆效果(P一注浆压力

11、，T一注浆时间，Q一注浆 量)，注浆压力控制在0.10.2Mpa。(七)监控量测利用监测仪器对施工过程中的各种变形和应力进行量测，通过量 测数据计算施工过程中地层变化情况，计算初支和构件受力及变形情 况，以此判定施工过程是否安全。对于地表沉降和拱顶下沉、净空收 敛等监测项目，利用精密仪器直接测出变形，对于初支内力、土压力 及钢管柱等结构受力情况，埋设监测元件，利用振弦读数仪量测钢弦 频率的变化，计算结构的内力。量测仪器对于地表下沉，拱顶沉降类，利用精密铟钢尺配合SD0.7水准 仪进行量测。对于隧道净空收敛量测则利用收敛仪进行量测。(3 )对于初支内力、立柱等埋设钢筋计、表面应变计、土压力盒，

12、利用振弦读数仪和电子应变仪进行量测。监测项目监测项目主要包括工程地质与支护状况观察、地表沉陷监测、管 线位移监测、立柱受力监测、拱顶下沉、底部隆起及周边位移监测、 围岩压力监测、格栅及内衬主筋内力监测3 .监测方法、频率(见下表1、表2)。A类量测项目表1序号观测名称方法及 工具断面距离量测频率备注17天715天15 30天30天以后1地层及支护情况观察现场观察及地质描述每次开挖后立 即进行2地表沉降精密水 准仪10m2次/ 天1次/天1次/2 天1次/3天拆撑时频率适 当加密3拱顶下 沉精密水 准仪10m2次/ 天1次/天1次/2 天1次/3天开挖后立即进行或拆撑后立即进行4净空收敛收敛仪1

13、0m2次/ 天1次/天1次/2 天1次/3天开挖后立即进行或拆撑后立即进行5底部隆起精密水 准仪15m2次/ 天1次/天1次/2 天1次/3天开挖后立即进行或拆撑后立即进行6地表、地 面建筑、 地下管线及构筑物 变化水准仪和水平尺每 30m 一个 断面开挖面距量测断面前后V2B时，12 次/ d开挖面距量测断面前后V5B时，1次/ 2d开挖面距量测断面前后5B时，1次/ 1周B类量测项目表2序号观测名称方法及工具断面距离量测频率17天715天1530天30天以后1围岩压力压力传感器20m1次/天1次/天1次/2天1次/23天2立柱应力表面应变计6 m1次/天1次/天1次/2天1次/23天3格栅

14、、内衬主筋内力钢筋计频率仪20m2次/天1次/天1次/2天1次/23天监测的反馈程序及管理在取得监测数据后，及时进行整理，绘制U-T（U一位移、受力，T 一时间）变化曲线图。数据信息采用计算机进行管理，确保每次监测均 有结果。对当月的施工情况进行评价，并提出合理建议。六、机具设备序号机械名称规格型号指标数量（台）1电动空压机XP825E23.5m3/min22风镐C-10A1.2m3/min203机动翻斗车1.5T0.6m344混凝土喷射机PZ-55 m3/h65夯管锤tt 145mm26防水板热合机TH-167双液注浆泵G2JB11KW48灰浆搅拌机RM-1004.6KW49龙门架自制双梁2

15、10电动葫芦.QH610t611混凝土输送泵HBT6060m3/min212砼拌合机JZC-350350L213灰浆泵PH-53KW214钢筋加工机械套215交流电焊机BX3-300-230KW1816通风机SDFNo28KW417发电机静音型300KW118抽水机8DA-12扬程30m10七、劳力组织（一）车站开挖主要人员配置（见表4）开挖主要人员配置表（按一个竖井施工配备）表4序号工种人数工作内容1队长1负责全面工作2技术负责人1负责全面技术工作3技术员8现场技术指导及施工监测4安质员3安全、质量5测工2放样及控制测量6领工员3施工生产安排7试验2试件制做、送检8注浆班12超前注浆、背后回

16、填注浆9开挖班80开挖、出土、支立钢架10喷射班18搅拌料、操作喷射机、喷射混凝土11保证班12电工、风水供给、提升、机械维修 保养12钢筋班25钢筋制作（二）车站衬砌主要人员配置（见表5）衬砌主要人员配置表5序号工班工种人数工作内容1监测组测工、技术员3体系转换过程监测2拆除班操作手4操作风镐司机3运输弃渣清渣工3清理装运3钢筋班钢筋工12钢筋下料、绑扎电焊工8钢筋焊接4防水班铺设工3无钉铺设焊工1施工缝焊接质检员1充气检查焊接质量5立棋班工班长1负责协调工班工作架子工3搭设脚手架、立拱架木工2堵头、拱架加工模板工10支立、拆除、清理模板测量员2结构放线6灌注班工班长1负责协调工班工作输送泵

17、司机1输送泵操作、维修及下料控制检料工2混凝土进料的控制，收拾下料口振捣工4混凝土振捣试验工1制作试件、送检清渣工4现场清理残渣、关闭工作口、安拆导管7保证班工班长1负责协调工班工作电工3现场供电电葫芦司机3进出料提升管道工2各种管道安设、拆除修理工3机械修理八、质量要求本工法执行地下铁道工程施工及验收规范、地下工程防水技 术规范、混凝土结构工程质量验收规范等有关规定外，还应做到 以下几点：1、严格遵循“管超前、严注浆、短开挖、强支护、早封闭、早成 环、环套环、勤量测”的二十四字方针，开挖中严格控制进尺，开挖 后快速封闭成环。2、初期支护喷射混凝土完成后，对表面进行刮平处理，保证防水 层铺设时

18、基面平整度。3、防水材料选用优质材料，遵循“以防为主、以排为辅、刚柔结 合、多道设防、因地制宜、综合治理”的原则，采取以提高结构自身 防水性能、附加防水层、多道防线的整体防水方案。混凝土选用补偿 收缩抗渗混凝土。4、做好梁、拱、柱结合部位的防水。5、混凝土灌注采用泵送入模方式，充分振捣，保证混凝土密实， 对于拱部坍陷部位预埋注浆管，回填注浆填充空隙。九、安全措施地铁车站工程是一个复杂的项目，安全管理面广、点多，穿越地 下各种管线，环境安全要求高。因此施工过程中贯彻“安全第一、预 防为主”的方针，从宏观和微观两个方面控制。宏观上主要以有关的 法制、经济和教育为手段，使员工的行为符合安全规范要求；

19、微观上 则主要以具体危险源为对象，对施工的全过程建立事故树，对可能的 危险点进行判断分析，确定重要危险源、制定技术方案。具体措施如 下：1、建立完善的安全管理制度，加强对全体职工的安全意识教育， 实行安全生产责任制，把安全工作放在首位来抓。2、编制应急预案，明确抢险的具体技术措施，并进行应急演练。3、建立和完善监测系统网，并将监测点的资料实行信息化管理， 及时反馈信息，正确指导施工。4、收集地铁沿线重要建筑物、地下管线及岩土资料；制定专项施 工方案，保证施工安全。5、针对不同工程和工序，确定安全风险控制点和控制指标，加强 过程控制，降低风险指数。6、与第三方监测单位加强沟通，及时掌握双方的监测

20、情况，保证 成果准确。7、对重要建（构）筑物实行全过程监测。8、确定预警和报警的界限值，根据变形情况及时做出预警和报警， 提高信息化施工管理的时效性。9、对关键技术措施进行分析，论证和评审，对其可行性以及安全 风险性作出可靠的评估。十、经济效益和社会效益1、经济效益日前，国内使用的方法还有柱洞法和眼镜法等，该方法与上述方 法相比，具有工作面多，工期明显加快的优点，能提高工效22%，工程 造价降低35%。2、社会效益由于城市经济的飞速发展，修建地铁的大城市也越来越多，在繁 华市区进行地铁车站施工明挖法、盖挖法已越来越受限制。日前，国 内地铁车站大部分采用双层结构形式，因此该方法有广阔的应用前景， 该方法也可应用于地下停车场、地下商场等暗挖施做的工程。十一、工程实例磁器口车站是北京地铁5号线与规划北京地铁7号线的换乘站， 车站全长180米，宽21.87米，高14.933米。车站建筑面积为12244.2 皿，车站主体覆土深度为9.810.3 m。车站为双层岛式三拱两柱结构， 车站地下一层为站厅层，预留通道实现与七号线换乘，地下二层为站 台层。车站支护采用复合式衬砌，初期支护为25格栅钢架加C20喷射 混凝土，厚度30cm，二次衬砌为C30、抗渗等级S10的防水钢筋混凝 土，最薄处厚度50cm。立柱为C40钢管混凝土