浅埋大跨地铁车站中洞法施工技术

中洞法施工技术中铁二局第二工程有限公司-2018年01月-浅埋大跨地铁车站----乌鲁木齐轨道交通1号线杨文富中铁二局第二工程有限公司简介11中洞法适用条件及项目背景1.1适用条件浅埋大跨地铁车站暗挖施工以洞桩法（PBA）、拱盖法、双侧壁导坑法和中洞法为主，其中中洞法适用于地层条件差、断面较大的多跨结构暗挖地铁车站，其核心思想是变大断面为中小断面。在周边地理环境复杂、地表沉降要求严格的城市地铁车站施工中有较好的适用性。

中洞法施工技术中铁二局第二工程有限公司简介11.2项目背景

乌鲁木齐地铁1号线新兴街站为暗挖地下两层岛式车站，车站主体总长度241m，标准段宽度20.5m，高度18.1m，围岩两端差异较大，采用爆破开挖。中洞法施工技术大里程(中洞法)小里程(拱盖法)中洞法施工技术中铁二局第二工程有限公司22中洞法开挖施工技术2.1开挖步序

中洞法开挖共分为3层、9个导洞进行施工，先由上至下依次施工中间三个导洞，待开挖进尺达到步距要求后，再由上至下对称开挖两侧侧洞。开挖中洞法施工技术中铁二局第二工程有限公司2.2施工工艺

每个小导洞采用钻爆法施工，洞群之间的资源配置相对独立。2开挖抓斗工效：

1m3/斗

3分钟/循环(竖井深30m)中洞法施工技术中铁二局第二工程有限公司2.3爆破施工对临时支护保护措施钻爆法施工存在的问题：临时支护结构保护。2开挖中洞法施工技术中铁二局第二工程有限公司22.3爆破施工对临时支护保护措施

通过开挖留设岩墙的形式对临时支护进行保护。

开挖以距临时支护0.8-1.2m为边界进行爆破设计步孔中洞法施工技术中铁二局第二工程有限公司22.4保护实际效果开挖中洞法施工技术中铁二局第二工程有限公司开挖22.5爆破震速监测(1)对临时仰拱的爆破震速监测监测点振源平均振速1.8cm/s中铁二局第二工程有限公司中洞法施工技术人员配置及职责分工序号人员高峰期作业面数量高峰期人数工作职责1测量工63负责炮孔及开挖轮廓放线2开挖工612负责钻孔、装药、爆破3出碴工620负责碴土运输4立架工634负责钢架安装5喷砼工618负责注浆及喷砼6钢筋工675负责钢筋搬运、加工、安装7模板工/35负责模板安装、拆除及砼浇筑8防水工/8负责防水材料搬运及铺设9拆撑工/20负责型钢拆除及搬运合计1502开挖2.6资源配置中铁二局第二工程有限公司中洞法施工技术序号设备名称型号数量(台)用途1龙门吊10t2出土2电动空压机优耐特斯2开挖3风钻YT28204风镐G10A205挖掘机PC6036装载机ZL503渣土运输7出碴车3m³容量48喷浆机PZ-66混凝土施工9混凝土搅拌机JS500210潜水泵QX10-60-5512排水11抽水机5kw2012通风机2*55KW2通风初期支护施工主要机械设备2.6资源配置2开挖各导洞开挖支护单循环施工平均耗时约20h。由于受爆破时间限制（夜间不允许爆破），各掌子面单日进尺均为1.5m。中铁二局第二工程有限公司中洞法9导洞照片中洞法施工技术2开挖2.7应用照片中铁二局第二工程有限公司中洞法开挖过程照片中洞法施工技术主体中洞1层主体中洞2层主体侧洞1层主体侧洞2层2开挖主体中洞3层主体侧洞3层中铁二局第二工程有限公司中柱33中柱施工技术3.1设计情况新兴街站通过底纵梁、钢管柱及顶纵梁共同构成中柱支撑体系。纵梁截面尺寸为2.6m*2.6m“八”字型设置；钢管柱采用壁厚24mm、外径1000mm的钢管分节拼装而成，内设钢筋笼，采用C50砼填充，中心间距6.5m。中洞法施工技术中洞法施工技术中铁二局第二工程有限公司中柱33.2中柱施做时机

标准中洞法施工步序。中铁二局第二工程有限公司中柱33.2中柱施做时机

纵梁施工及钢管柱安装共需4个月左右施工周期。结合项目实际围岩及工期情况，对钢管柱施做时机展开研究，是否能在中洞三层开挖进尺达到设计步距要求15m后先开挖侧洞，后施做中柱。中洞法施工技术中铁二局第二工程有限公司中柱33.2中柱施做时机数值模拟典型断面的选择中洞法施工技术中铁二局第二工程有限公司中柱33.2中柱施做时机大里程围岩最差处先立中柱模拟计算中洞法施工技术中铁二局第二工程有限公司中柱33.2中柱施做时机大里程围岩最差处后立中柱模拟计算中洞法施工技术中铁二局第二工程有限公司中柱33.2中柱施做时机大里程围岩最差处模拟计算结果中洞法施工技术开挖步序地表沉降(mm)差异幅度拱顶沉降(mm)差异幅度先施作后施作先施作后施作11-3.851-3.8510.00%-6.318-6.3180.00%21-5.314-5.3140.00%-8.013-8.0130.00%30-5.736-5.7360.00%-8.129-8.1290.00%31-7.625-12.39562.56%-9.218-13.92351.04%41-9.014-14.87365.00%-11.481-16.97447.84%51-10.973-17.29657.62%-12.376-19.83260.25%61-11.912-19.86467.04%-13.582-22.07962.56%设计预警值为21mm中铁二局第二工程有限公司中柱33.2中柱施做时机小里程围岩最差处先立中柱模拟计算中洞法施工技术中铁二局第二工程有限公司中柱33.2中柱施做时机小里程围岩最差处后立中柱模拟计算中洞法施工技术中铁二局第二工程有限公司中柱33.2中柱施做时机小里程围岩最差处模拟计算结果中洞法施工技术开挖步序地表沉降(mm)差异幅度拱顶沉降(mm)差异幅度先施作后施作先施作后施作11-2.163-2.1630.00%-2.873-2.8730.00%21-3.429-3.4290.00%-3.984-3.9840.00%30-4.021-4.0210.00%-4.247-4.2470.00%31-4.125-4.2593.37%-5.393-5.4681.39%41-5.573-5.6831.97%-6.813-6.9612.17%51-6.974-7.0461.03%-7.964-8.0130.62%61-8.621-8.711.04%-8.948-9.1261.99%设计预警值为21mm中铁二局第二工程有限公司中柱33.2中柱施做时机实际监测数据中洞法施工技术-11.912

通过先施做中柱，再进行侧洞开挖洞段的实际监测数据验证了数值模拟计算结果基本准确，为先开侧洞，同时施工中柱提供了理论依据。中铁二局第二工程有限公司中柱33.2中柱施做时机根据数值模拟及实际监测情况，大里程端90m软弱围岩段，先施工中立柱，再进行侧洞开挖；小里程端150m围岩较好部分则先开挖侧洞，再施工中立柱。中洞法施工技术大里程端施工步序小里程端施工步序中铁二局第二工程有限公司中柱33.2中柱施做时机实际监测数据中洞法施工技术-8.71

先进行侧洞开挖再施做中立柱洞段的最终监测数据验证了模拟计算结果准确可靠。

中洞法施工技术中铁二局第二工程有限公司中柱33.3中立柱施工技术

(1)钢管柱运输线路规划

钢管柱进场后，采用竖井龙门吊卸车并吊入竖井内，同时在横通道内设置一5吨卷扬机将钢管柱拉入横通道内。采用挖机配合人工将钢管柱吊转至运输炮车上，炮车上焊接6块三角板卡具用于钢管柱固定，挖机将炮车与钢管柱运输至吊装区域。右图为洞内运输路线图。钢管柱吊装线路示意图中洞法施工技术中铁二局第二工程有限公司中柱3

(2)钢管柱吊装钢管柱吊装自制提升架钢管柱吊装工艺流程中洞法施工技术中铁二局第二工程有限公司中柱3

(2)钢管柱吊装钢管柱安装流程示意图中洞法施工技术中铁二局第二工程有限公司中柱3

(3)钢管柱安装精度控制

按本站原设计柱脚法兰加工定位法兰（厚24mm，外径1400mm内径940mm的钢圆环，均匀开孔12颗）对柱脚定位杆进行精准定位后预埋。

中洞法施工技术中铁二局第二工程有限公司中柱33.4顶纵梁施工技术

主体结构顶纵梁宽度2.6m，高度2.6m。钢管柱标准柱间距6.5m，综合考虑安全性和工效，每组顶纵梁施工长度13m。中洞法施工技术中铁二局第二工程有限公司中柱33.4顶纵梁施工技术支架体系选择

顶纵梁施工时，1号竖井共计8个掌子面同时施工。而1号竖井满负荷运转状态下，仅能满足4个掌子面同时施工需求，需经已开挖完成的中洞由2号竖井提供剩余4个掌子面渣土外运及材料吊装通道。①②③④⑤⑥⑦⑧中洞法施工技术中铁二局第二工程有限公司中柱33.4顶纵梁施工技术

支架体系选择若采用满堂支架，临时仰拱无法承载运输车辆及顶纵梁自身荷载，满堂架必须自第三层搭设至第一层。但一旦搭设满堂架，侧洞运输车辆将无法从中洞通过。中洞法施工技术中铁二局第二工程有限公司中柱33.4顶纵梁施工技术

支架体系选择

通过技术攻关，选定抱箍法作为顶纵梁支架模板体系，确保运输车正常通行。受力关键：抱箍和163大梁中洞法施工技术中铁二局第二工程有限公司中柱33.4顶纵梁施工技术项目应力最大值(MPa)最大值区域应力控制值(MPa)是否满足要求箍体202.9螺栓板局部区域215满足箍板166.4箍板上端近筋板区215满足筋板171.9筋板尖角区域215满足项目位移最大值(mm)最大值位置位移控制值(mm)是否满足要求对拉位移0.2螺栓板外边缘20满足竖向下滑0.066筋板外边缘6满足中洞法施工技术中铁二局第二工程有限公司中柱33.4顶纵梁施工技术通过计算确定螺栓孔数量及位置。中洞法施工技术中铁二局第二工程有限公司中柱33.4顶纵梁施工技术支撑纵梁的弹性模量E=2.1×105MPa，惯性矩Ix=102250cm4，抗弯模量Wx=3298cm3最大弯矩：Mmax=QZ×LZ2/8=49.5×6.02/8=222.8kN·mσmax=Mmax/Wx=222.8×103/(3298×10-6)=67.6MPa<[σw]=215MPa（《钢结构设计规范》GB50017-2003）最大剪力：Qmax=1/2QZLZ=1/2×49.5×6.0=148.5kNτmax=QmaxSx/Ixd=148.5×1945.9×10-3/(102250×17×10-11)=16.6MPa<[τ]=125MPa（《钢结构设计规范》GB50017-2003）最大挠度：fmax=5QZLZ4/384EIx=5×49.5×103×6.04/（384×2.1×1011×102250×10-8）=3.8×10-3m=3.8mm<[f]=4.0mm（《建筑施工模板安全技术规范》GB50017-2003）满足要求。中洞法施工技术中铁二局第二工程有限公司中柱33.5应用照片中洞法施工技术中铁二局第二工程有限公司中柱33.5应用照片中洞法施工技术中铁二局第二工程有限公司二衬4φ42小导管，L=3.0m，环向间距1m，隔榀打设φ25中空注浆锚杆，L=3.5m，环向间距1m，1×1m梅花型布置φ22砂浆锚杆L=3.5m1×1m梅花型布置60挖掘机自上而下破除喷射砼5t电动葫芦自下而上拆除型钢I25工字钢间距50cm钢格栅间距50cm4二次衬砌施工技术4.1拆撑步序中洞法施工技术中铁二局第二工程有限公司二衬44.2拆撑时机及拆除范围研究防水施工基面处理混凝土浇筑完成钢筋绑扎顶板中板侧墙底板0段1段2段3段4段5段6段7段8段9段10段11段12段13段14段15段16段17段18段19段20段21段1号竖井2号竖井拆撑破撑

最优施工步序安排(中柱间距6.5m，综合考虑安全性和工期，拟定二衬每段长度两跨13m)中洞法施工技术中铁二局第二工程有限公司二衬4数值模拟垂直位移水平位移中洞法施工技术中铁二局第二工程有限公司二衬4初支轴力初支弯矩中洞法施工技术中铁二局第二工程有限公司二衬4中柱垂直应力中洞法施工技术中铁二局第二工程有限公司二衬4数值模拟结论

①拆除临时支撑对拱顶和拱底处初期支护竖向位移的影响相对较大，而对拱腰水平位移的影响较小。拆撑完毕后拱顶沉降值为2.73mm，拱底鼓出量为1.75mm，拱腰的水平位移为0.77mm，变化数值均偏小。②临时支撑拆除完毕后，初期支护拱顶轴力减至-12.9kN，弯矩增至3.8kN·m，拱底轴力增至43.8kN，拱底弯矩增至-1.1kN·m，左、右拱腰的轴力增至-560.7kN，弯矩降至-2.3kN·m。初支轴力最大值为-560.7kN，小于设计类比允许轴力-814KN；弯矩最大值3.8KN·m，小于设计类比允许弯矩93.65KN·m。③下部支撑拆除后中立柱受力增加，竖向轴力由-15466.9kN增至-22477.7kN，但随后趋于恒定，拆撑完成后其轴力为稳定在-24030.3kN，小于设计类比允许轴力-29950kN。此外，中立柱竖向不同位置的应力基本一致，未出现局部应力集中的现象，受力状态良好。

可按最优施工步序组织拆撑。中洞法施工技术中铁二局第二工程有限公司二衬4拆撑应急措施

在第二、三层钢管柱上相应位置安装小抱箍，小抱箍上沿纵向采用25a工字钢纵梁将第二层临时仰拱工字钢支撑牢固。

必要时在已拆撑段进行换撑施工，换撑工序材料采用25a工字钢，支撑第二层临时仰拱工字钢。中洞法施工技术中铁二局第二工程有限公司二衬4试验段监测情况中洞法施工技术中铁二局第二工程有限公司二衬4试验段监测情况（应力监测）中立柱应力计监测数据表左侧洞一层应力计监测数据表中立柱土压力盒监测数据表左侧洞一层土压力盒监测数据表

通过对上述两个典型断面结构内力监测数据的分析，拆撑前初期支护结构内力及中立柱受力远小于允许值，其中钢筋计监测最大应力57MPa，占屈服应力400MPa的14.26%，压力盒监测最大压强为0.591MPa，占极限压强25MPa(设计计算书)的2.36%，并且监测数据趋于稳定，说明初期支护提高了围岩的稳定性，而且围岩自身承载能力得到充分发挥。中洞法施工技术中铁二局第二工程有限公司二衬4试验段监测情况（施工监测）中洞法施工技术中铁二局第二工程有限公司二衬4实际监测情况

通过对上述两个典型断面拱顶沉降和净空收敛监测数据的分析，断面1支撑拆除后拱顶最大累计沉降量为3mm，突变量为0.5mm，远小于预警值21mm，断面2支撑拆除后拱顶最大累计沉降量为7.1mm，突变量为0.8mm，小于预警值21mm；断面1支撑拆除后净空收敛最大累计量为2.7mm，突变量0.2mm，小于预警值7mm，断面2支撑拆除后净空收敛最大累计量为5.6mm，突变量0.3mm，小于预警值7mm。监测数据在拆撑后无较大突变，并且趋于稳定。

结合内力监测综合分析表明，临时支撑所发挥的作用较小，按最优施工步序拆撑后洞室安全可控。中洞法施工技术中铁二局第二工程有限公司二衬44.3施工方法

在暗挖地铁车站二衬施工过程中，常规的施工方法是搭设满堂支撑架。结合新兴街站二衬轮廓线，为实现二衬流水施工，保证施工安全及工效，本站最终选用台车施工二衬。中洞法施工技术中铁二局第二工程有限公司二衬44.3施工方法(1)侧墙中板台车法施工步骤a、轨道定位及固定，简易台架绑扎侧墙钢筋；b、二衬台车行走至施工面位置（第一组为拼装台车）；c、台车侧墙液压杆撑出、面板就位→台车上平台及底模搭设→风道及中板钢筋绑扎、模板拼装→侧墙及中板混凝土浇筑；d、混凝土强度达到设计强度后收缩液压千斤顶移动台车至下组二衬施工面。侧墙中板台车图中板以上边墙高度30cm中洞法施工技术中铁二局第二工程有限公司二衬4(2)顶板台车法施工步骤a、轨道定位及固定，简易台架绑扎顶板钢筋；b、二衬台车行走至施工面位置（第一组为拼装台车）；c、台车液压杆撑出、面板就位→端头模板拼装→顶板混凝土浇筑；d、混凝土强度达到设计强度后收缩液压千斤顶移动台车至下组二衬施工面。顶板台车图中洞法施工技术中铁二局第二工程有限公司二衬4(3)中板承载力由于设计一般仅考虑中板在运营阶段的承载力要求，而拱顶二衬施工总荷载远大于设计承载力，固需对中板进行加强。通过设计变更，增强中板主筋配筋，成功解决该问题。原设计更改后C22@100(上铁)C28@100(上铁)C22、20@100(下铁)C22@100(下铁)中板梁顶主筋两排15C22中板梁底主筋一排15C22中板梁顶主筋两排15C32中板梁底主筋一排15C32中洞法施工技术中铁二局第二工程有限公司二衬4(4)拱顶钢筋拱顶钢筋为C28弧形钢筋，且两端已固定，采用常规的直螺纹连接十分困难，施工之初12个钢筋工完成一段拱顶钢筋绑扎需要12-14天。采用挤压套筒，完成一段拱顶钢筋仅需5-6天。中铁二局第二工程有限公司中洞法施工技术临时支撑混凝土破除顶板钢筋绑扎顶板台车侧墙中板台车二衬44.4应用照片中洞法施工技术中铁二局第二工程有限公司二衬4顶板钢管柱及拱顶侧墙及站台板站台板4.5应用照片中铁二局第二工程有限公司中洞法施工技术44.5机械设备配置

二次衬砌施工主要机械设备序号设备名称型号数量(台)用途1龙门吊10t2吊运2电动空压机优耐特斯2支撑拆除3风镐44挖掘机PC6035装载机ZL501出渣6出碴车3m³容量27抽水机5kw20抽水8通风机2*55KW2通风9台车50t8砼浇筑10钢筋弯曲机2钢筋加工11直螺纹滚丝机412钢筋切断机2二衬中铁二局第二工程有限公司中洞法施工技术4.6施工进度指标施工部位工程量工序内容施工人数施工时间底纵梁26m防水、钢筋、模板、混凝土3514日中立柱1根钢筋、吊装、混凝土101日顶纵梁13m平台搭设、防水、钢筋、模板、混凝土257日底板13m拆撑、清底、防水、钢筋、模板、混凝土59