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第３３卷第２期 ２００６年６月 黑龙江水专 学报 Ｖｏ１．３３，Ｎｏ．２ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｌｌｅｇｅ Ｊｕｎ．，２００６ 文章编号：１０００—９８３３（２００６）０２—００４３—０４ 分离岛式暗挖车站的洞桩法结构设计 张美琴 （中铁隧道勘测设计院有限公司，河南洛阳４７１００９） 摘要：北京地铁十号线某车站采用分离式结构设计，洞桩法施工。介绍了车站的结构设计和计算，对其结构形式的选取、施工程 序及模拟计算进行了论述。实践证明，采用洞桩法可减小施工过程中产生的变形，有效保护临近建（构）筑物，对以后类似 工程有一定的借鉴作用。 关键词：暗挖车站；分离岛式；洞桩法；结构设计 中圈分类号：Ｕ２３１ ．４ 文献标识码：Ａ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｎ Ｓｅｐａｒａｔｅｄ Ｍｅｔｒｏ Ｓｔａｔｉｏｎ Ｍｉｎｉｉｆｇ ｂｙ ｔｈｅ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｐｉｌｅ．．Ｂｅａｍ．．Ａｒｃ ＺｔｌＡＮＧ Ｍｅｉ—ｑｉｎ （Ｃｈｉｍ Ｒａｉｌｗａｙ Ｔｕｎｎｅｌ Ｓｕｒｖｅｙ＆Ｄｅｓｉｇｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｃｏ．Ｌｔｄ．，ｉｎ Ｈｅｎａｎ Ｐｒｏｖ．，Ｌｕｏｙａｎｇ ４７１００９。Ｃｈｉｓ）ｎ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｒａｉｌｗａｙ ｓｔａｔｉｏｎ，ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ １０ｔｈ ｌｉｎｅ ｏｆ Ｂｅｉｊ ｉｇ ｎｍｅｔｒｏ ｕｓｅｓ ｓｅｐａｒａｔｅｄ ｉｓｌａｎｄ ｆｏｒｍ ａｎｄ ｔｈｅ ＰＢＡ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ａｆｔｅｒ ａｎａｌｙｓｉｓ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｌｏｇｏｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔａｔｉｏｎ，ｍａｋｅｓ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎｓ ｏｎ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｆｏｒｍ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ，ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｆｏｒｍ ｓｃｈｅｍｅｓ ａｎｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎｓ．Ｐｒａｃｔｉｃｅ ｐｒｏｖｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ＰＢＡ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｒｆｍ ａｎｄ ｏｎｓｔｒｃｕｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｃａｎ ｄｅｆｉｎｅ ｔｈｅ ｅｔｔｌｓｅｍｅｎｔｓ ｎｄ ａｐｒｏｔｅｃｔ ｔｈｅ ｂｕｉｌｄｉｇｓｎ ｒｏｕｎｄ ａｔｈｅ ｓｔａｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｉｔ ｉｓ ｈｏｐｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｃａｎ ｐｒｏｖｉｄｅ ｓｏｍｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｍｅｔｒｏ ｓｔａｔｉｏｎ ｄｅ． ｓｉｇｎｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌｉａｒ ｃａｓｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ—ｍｉｎｉｇ ｎｍｅｔｒｏ ｓｔａｔｉｏｎ；ｅｐａｓｒａｔｅｄ ｉｓｌａｎｄ ｆｏｒｍ；ＰＢＡ；ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄｅｓｉｇｎ １工程概况 四纪冲积、洪积土层为主，车站主要穿越地层为：粉 质粘土、砂层、圆砾层及卵石层。地层物理力学参数 见表１。标准段结构顶部覆土厚约１ｆ０．６ ｍ。车站范 围内存在上层滞水、潜水和承压水３层，拱部位于粉 土层与粉细砂层交界处，潜水水位以上，底板基本位 于粉质粘土层和粉土层，承压水水位以下。 表１地层物理力学参数表 北京地铁十号线是北京市向２００８年北京奥委 会承诺的奥运工程。本站位于朝阳区东三环与朝阳 路的交叉路口，东三环现状路宽８０ ｍ，两侧为辅路， 地面为京广立交桥，桥宽２８ ｍ，车站沿三环布置，南 北走向，全暗挖施工。由于受桥桩基础，单侧地 下空间无法满足标准车站布置要求，只能将车站左、 右线双洞分离设置，左、右线主洞分别位于东三环的 两侧辅路下，线间距４７．２ ｍ，中间设４个联络通道。 车站全长１７８．３ ｍ，有效站台１２０ ｍ，紧邻京广立交 桥桩基础，最近距离为２．３５ ｍ。车站四周均为高层 公寓和住宅小区，站址范围内地面交通十分繁忙，地 下管线密集，周边条件错综复杂。 车站所处地层为永定河冲积扇的中下部，以第 收稿日期：２００６一Ｏ４一ｌ１ 作者简介：张美琴（１９７２一），女，山西清徐人，工程师。注册咨询 工程师，主要从事地下工程设计工作。 维普资讯 http://www.cqvip.com
４４ 黑龙江水专 学报 第３３卷 ２车站结构设计 ２．１结构选型 根据建筑布置要求，断面采用双洞单拱单跨双 层结构。针对本站单跨大、断面高、周边建筑物和桥 桩对变形要求严格的特点，控制施工期间的变形成 为结构设计和施工需要考虑的首要问题。 目前，国内采用暗挖法修建地下车站的工法主 要有中洞法、洞柱法、洞桩法等。中洞法采用分块分 部开挖，对地层的多次扰动和变形叠加不利周边建 （构）筑物的沉降控制，又受降水条件。若采用 洞柱法，无法如期提供下部导洞施工条件，对工期影 响较大。而洞桩法利用上部地层无水作业条件，先 图１横断面图 ２．３施工方案 贯通上部导洞和拱部初支，在不进行降水的条件下 由于受线路和地下管线（控制管线埋深约１０ 进行边桩作业，可缩短降水周期节约费用，同时可减 ｍ），结构起拱较坦，考虑到施工期间拱部承载 小因降水引起的建筑物早期沉降；另外，导洞先行可 时间长，结构采用“局部顺做、整体逆做”的方法进行 提前探明地质和管线渗漏水情况，为大拱施工提供 施工，先施工上部二衬结构，后施工下部二衬结构。 信息，增加了工程的安全性。经技术、经济方案比 即站厅层先做，站台层后做，每层结构顺做。首先开 较，决定采用洞桩法施工。 挖平行车站的施工导洞，施工钻孔灌注桩，边桩作为 ２．２断面结构设计 车站结构受力体系的一部分，兼作下部土体开挖时 断面为单拱单跨直墙平底形式，两侧为４．０ ｍ 的围护结构，导洞背后用Ｃ２０混凝土回填密实后进 ×４．５ ｍ的施工导洞，为边桩施工提供空间，边桩上 行主体大拱的开挖，将大拱初支拱脚锚人冠梁，形成 设冠梁，标准段断面内净空１０．０ ｍ×１２．１８ ｍ，拱部 与边桩共同作用的受力体系，然后施工站厅层－－￣，－ｌ－， 为复合式衬砌，超前导管加锚喷混凝土与格栅钢架 形成一个纵向“管梁”，在“管梁”和边桩的保护下开 联合支护，初支厚０．３５ ｍ，二衬厚０．７ ｍ；侧墙与边 挖下部主体，直至完成土建施工。施工步骤见图２。 桩形成复合墙结构，墙厚０．６ ｍ，底板厚１．２ ｍ，边桩 图中：①台阶法开挖导洞；②施作边桩、桩顶冠梁，立 为怊００＠１．２ ｍ的钻孔灌注桩。初支拱脚锚人边桩 模回填导洞背后空隙；③大拱初期支护，完成扣拱； 的冠梁内，二衬大拱脚铰支于边桩冠梁上，将上部荷 ④开挖到中板高度，铺设防水层，施工站厅层二衬结 载通过边桩下传至深层土体。初支与二衬间设全封 构；⑤向下开挖土体，施做 ０９钢管支撑；⑥开挖到 闭防水层，靠近桥桩一侧的导洞边墙设超前锚管斜 底板标高后，铺底，铺防水层，施工结构底板及部分 向定位注浆加固地层。标准横断面见图１。 边墙；⑦拆除支撑，施做剩余结构，完成土建施工。 图２施工步骤图 ２．４施工模拟计算 导设计和施工，提高工程的安全性。 施工期间，围岩作用于结构的压力随开挖和支 因隧道是一个狭长的建筑物，纵向很长，横向尺 撑不断变化，最后使用阶段由初支与－－，，－ｊ－共同承担。 寸相对较小，计算可以取中间每延米隧道作为平面 针对隧道的施工步骤，可以用有限元模拟施工过程， 应变问题来近似处理，考虑围岩与结构的共同作用 分析隧道及周边环境的内力、位移变化情况，以此指 及分步施工过程，采用有限元数值计算模型进行模 维普资讯 http://www.cqvip.com
第２期 张美琴．分离岛式暗挖车站的洞桩法结构设计 ４５ 拟计算。通过每个施工步骤的应力、应变和地面沉 降分析，指导信息化施工。 计算范围向上取至地面、横向两侧各取到结构 边线外侧３０ ｍ，向下计算到结构底板下２０ ｍ。为简 待二衬结构完成后，地层压力由车站围护结构和二 衬以复合墙的形式共同承担。 ， ， ‘‘曼 化计算，略去了桥桩。计算结构模型和计算结果见 图３～图４及表２。 ｉ ｌ画 图５主应力图 由以上结论可以看出，由于边桩的存在，无论竖 图３有限元计算模型 图４单元网格图 向承载，还是侧向挡土，它对控制地表沉降均贡献不 小，后期土体开挖引起的变形仅１ Ｆｌｉｔｒ２，可见，采用此 ／ｍｍ 表２各步沉降值 开挖步骤 开挖支护左导洞 开挖支护右导洞 种结构形式比较合理。 ２．５现场监控量测 地表沉降 ７ 地下工程按信息化设计，现场监控量测是监视 围岩稳定情况，判断隧道支护衬砌设计是否合理、安 全，施工方法是否正确的重要手段，通过监控量测， 达到以下目的： ９ 施做桩、回填导洞，开挖支护车站顶部 挖掘车站上部的土体和临时结构，施做二衬 开挖、支撑到车站底部，施做底板 ２３ ３０ （１）将监测数据与预测值相比较，判断前一步施 工工艺和支护参数是否符合预期要求，以确定和调 整下一步施工，确保施工安全和地表建筑物、地下管 线的安全。 ３１ 通过有限元分析可知： 导洞施工引起的地表沉降约占总沉降量的 ３０％，车站拱部的开挖支护对地表沉降影响最大，占 总沉降量的４５％。也就是说，变形主要发生在导洞 和大拱开挖阶段，占总变形的７５％。随着开挖由拱 （２）将现场测量的数据、信息及时反馈，以修改 和完善设计。 （３）将现场测量的数据与理论预测值比较，用反 分析法进行分析计算，使设计更符合实际，以便指导 今后的工程建设。 部向下进行，导洞后的回填混凝土对大拱的侧向变 形起了不可忽略的约束作用，边桩的支撑和挡土作 用也发挥出来，充分体现了边桩、主拱初支及“管梁” 的支撑体系作用，侧向将土体破裂面提高，从而有效 地控制了地层的侧向变形。整个施工过程中，导洞 和主拱开挖过程中地表变形最大，为２３ Ｆｌｉｔｒ２，据此可 知，在此阶段采取加固措施，处理好节点转换问题， 监测项目主要有地表沉降、建筑物沉降及倾斜、 管线变位、洞内拱顶下沉及周边收敛等。地表监测 点主要分布于结构断面上方的路面、立交桥桥墩和 周边建筑物控制点，地表沉降监测点沿车站断面纵 向每５ ｍ间距布置一个。测点布置平面图见图６。 图中，ＢＹＤ ８位于主体结构右线与北端行人通道交 叉口北侧。图７为点ＢＹＥ）８的累计沉降曲线，图中 第一条点划线为导洞完成时间，第二条点划线为大 拱完成时间。从现场量测数据可以看出，导洞开挖 期间变形较缓且均匀，扣大拱阶段变形较大，之后变 形速率大大减小，趋于稳定。由于设计施工中加强 了导洞和扣拱阶段初期支护措施，并重点处理了导 洞和大拱初支节点转换的问题，到主体扣拱开挖并 对控制地表沉降变形是最为有效的。 从图５中可以看出，车站顶部主应力方向沿着 拱顶分布，拱顶和拱腰相接部位是应力集中的部位。 最初车站上部土层压力主要由导洞承担，随着开挖 逐步向主拱转换，最后由主拱承担，此时边桩有向外 位移的趋势，中板两侧出现部分拉应力，边桩主要承 受被动土压力；随着桩间土体开挖面向下移动，侧向 土压力上升，边桩转而承受主动土压力，最后与底板 下桩的嵌固段被动区土压力，形成完整的挡土体系。 施做二衬完毕为止，累计沉降量仅为２３．３６ Ｆｌｉｔｒ２，比 计算结果小，见图７。 维普资讯 http://www.cqvip.com
黑龙江水专 学报 第３３卷 ㈧口 口 ．． ＥＥ、坦廿晷雕 一 一 ０ ５ ０ ５ 北（兰｝ 中心 ∞ ∞ ∞ ∞ ｜． ‘１． Ｔ．‘‘ Ｕ ０ ４ ．－｜‘弘ｌｌ ＩＩ ｐ，●ｌ●●●●Ｉ ＪＧ２－ｌ Ｄ ＪＧ２－２ Ｄ 。’ｌＩ ｌＬ－－ 图例：， ｐ ｐ ｌ， －Ｉ ｔ ｔ ｌ Ｉ■Ｉ ・地表沉降测点 建筑物沉降测点 洞内拱项沉降测点 ｖ桥墩沉降测点 ● ＇伊脚 广］ ｒ］ 一置钾 ｆ 一 舾 一，ｎ一８ｎｅ＝一 ～＿３－一１ ’．＿ 一． 、 、 、 ▲ Ｉ Ｉ ¨ Ｔ Ｖ ’ 卜 － － 、 －－ 、ｌ Ｉ ＿、 ● ‘■ ■ Ｉ － Ｉ 一、 Ｉ －２０．ｏｏ － － Ｉ －２５ ｏｏ 胁［二］胁［二］ Ｉ图７观测点累计沉降曲线 ３结语 （２）边桩与永久结构作为重合墙共同受力，可减 薄暗挖直墙高断面的边墙厚度。由于采用逆做形 （１）施工前期，断面拱部初支和二衬通过边桩将 式，中板受施工期间荷载工况控制，跨中和两端受力 上部荷载传至深层土体，相当于先有了“基础”；同 较大，配筋较一般顺做结构多。底板由于受力大，结 时，边桩相当于在开挖面和桥桩之间设了一道隔离 构厚，与侧墙刚度相差也较大，角部配筋较多。 屏障，将破裂面大大上移；边桩与主拱形成支撑体系 （３）分离式设计两主洞问联络通道较多，结构侧 后，加上导洞背后纵向连续的回填体，约束了拱脚的 向开洞引起的群洞效应和洞口加强需要特别加以重 侧向位移，这些都对减小沉降起了重要作用，并已在 视。 实践中得到验证。 参考文献： ［１］中铁隧道勘测设计院有限公司．北京地铁十号线一期工程——×××站施工设计报告［Ｒ］．洛阳：中铁隧道勘测设计院有限公司，２００５ ［２］徐治中，王恒，殷文华，等．邻近建筑物暗挖地铁车站采用洞桩法的技术探讨［Ｆ￣／ＯＬ］．隧道网： 一．ｓｔｅｃ．ｎｅｔ．
