城市运营地铁上方明挖隧道组合式施工工法.docx

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城市运营地铁上方明挖隧道组合式施工工法

城市运营地铁上方明挖隧道组合式施工工法

编制单位：

公司

二〇一六年五月二十日

城市运营地铁上方明挖隧道组合式开挖施工工法

1、前言

地铁，作为城市公共交通中的一种重要运输工具，因其安全、快捷便利、运输能力大而广受各国城市喜爱，地铁在国外的历史已有150年，我国国内北京、上海等发展也有40多年历史，而郑州，虽然地铁建设起步较晚，目前仅有一条正在运营线路，但地铁发展态势迅猛，目前正在建设中有6条线路，建设里程超过150公里，规划2020年前将建设11条线路，2050年前建设21条线路，未来30年将是郑州地铁建设的高速发展期，地铁建设分布于城市的各个区域角落，因此不可避免的，会存在很多通过地铁上方区域与地铁平交或斜交的下穿隧道、高楼大厦、管廊等工程。

在运营地铁上方进行施工，会因地铁上方土体大面积卸载，给地铁带来极大的安全隐患，而目前郑州地区也没有任何可供借鉴的成功经验，还处于空白区域，在地铁轨道保护方面，郑州轨道交通公司也处于摸索阶段，没有可供指导性的文件、条例，而郑州轨道交通公司要求隧道最终变形监测水平位移和沉降控制标准为10mm，远小于北京、上海等城市的控制标准20mm，控制标准极为严格，为解决这一技术难题，我们同设计院共同开展了科技攻关，开发了“城市运营地铁上方相交明挖隧道组合式开挖施工工法”，解决了这一技术难题，控制住了地铁隧道最终隆起量，最终确保了运营地铁的安全。

该工法包括三轴搅拌桩满堂加固技术、基坑围护结构技术（地连墙、灌注桩等）、深基坑“弹钢琴”式土方开挖及底板快速施工技术、快速复载技术、实施动态监测技术等一系列成果，并在经三路-城东路下穿金水路隧道工程（与地铁1号线斜交）、未来路下穿金水路隧道工程（与地铁1号线正交）中成功应用，取得了很好的效果，满足了郑州地铁隆起量的安全底线值，有效解决了运营地铁上方因大面积卸荷带来的地铁保护难题，技术先进、操作性强、并具有显著的经济效益和社会效益、有较好的推广意义。

2、工法特点

2.1施工方法特点

2.1.1可以很好的解决因在城市建设中与地铁隧道相交工程而带来的对地铁安全保护的技术难题。

2.2.2通过三轴搅拌桩用水泥土置换原先土质，在地铁上方及周围进行土体加固，加大了未开挖土体的荷载重量，并使周边土体形成有效整体，且减少了相邻土层变形灵敏的问题，大大增加了土体抵抗变形能力，有效减少了因土体卸荷而引起的隆起量。

2.2.3采用“时空效应”原理，在基坑开挖及底板施工时实行“弹钢琴法”跳仓式施工工艺、底板快速施工及快速复载工艺，最大限度的减少因卸荷带来的基坑隆起量。

2.2.3地铁监测必须实时、全过程不间断监测，人工监测与自动化监测相结合，以指导施工。

3、适用范围

适用于城市建设中与运营地铁隧道相交的（包括正交、斜交、小于安全距离的平行）高楼大厦基础施工、下穿隧道、地下通道、地下广场、综合管廊等基坑开挖工程，该工法有很好的指导价值。

4、工艺原理

主要利用了“时空效应原理”、提高周边土体自身抵抗变形强度的能力、减少单次开挖的卸荷量及暴露时间以及充分利用隧道变形实时监测的原理，具体如下：

4.1对地铁隧道上方及周围进行满堂土体加固，增强了隧道上方及周边土体的抗隆起能力，减少邻近基坑开挖的叠加效应影响。

4.2对基坑开挖及底板施工实行分区分块“弹钢琴法”施工，分块面积不宜过大，每块面积控制在50m²以内，保证单次卸荷量小，具体结合工程实际工况确定；基坑开挖到位后，要迅速进行底板结构施工，减少坑底暴露时间。

4.3复载要及时，复载量可根据地铁上方土体卸载情况，由设计单位计算后提供，复载时间要掌控及时，复载量满足要求，不得打折。

4.4地铁监测要实时动态掌握，监测就是施工的眼睛，一切均以监测数据为依据进行指导施工。

5、施工工艺流程及操作要点

5.1施工工艺流程

施工策划

方案论证及完善

施工准备（含人材机）

基坑围护结构施工

地铁上方及周边土体加固

支撑体系安装及施工

基坑分区分块开挖跳仓式开

底板限时浇筑完成

底板复载

结构墙顶板施工

监测数据稳定

复载块回收。

5.2操作要点

5.2.1围护支撑体系施工

基坑围护体系施工，结合基坑实际工况，可采用地连墙、钻孔灌注桩、SMW工法桩等施工工艺的围护结构，其中SMW工法桩宜采用微扰动工艺、钻孔灌注桩宜选回旋钻机施工；支撑体系可采取钢筋砼支撑体系及钢管支撑体系，为便于后期施工及基坑安全，第一道支撑体系宜选用钢筋砼支撑。

5.2.2三轴搅拌桩土体加固

1、三轴搅拌桩桩径一般为850mm，水泥掺量为20%，地铁区域三轴搅拌桩加固形式宜采用门式加固（如下图5.2.2-1），加固区域宽度为两侧各不小于一个地铁管壁宽度（即6.2米）（如下图5.2.2-2），两侧深度为自然地面至地铁管壁下部平，加固厚度不宜小于4米。

图5.2.2-1

图5.2.2-2

（2）三轴搅拌桩加固施工同基坑施工方法一样，宜采用弹钢琴跳跃式进行施工，每次施工面积不宜过大，以尽量减少对周边土体造成大面积的扰动。

（3）三轴机械操作人员必须选用业务熟练、责任心强的，且必须定岗定人，并对范围及标高熟悉的人员，严禁操作人员疲劳驾驶，操作人员在操作过程中如遇异常情况，应立即停止施工，并及时上报。

5.2.3弹钢琴式分区分块施工方法

1、充分利用“时空效益”原理，将原有基坑分为多个小基坑（见下图5.2.3），减少了单次开挖的卸载量及卸载时间。

图5.2.3

2、每个小基坑的土方开挖严格按照“分层、对称、限时”的原则进行。

3、基坑施工采用弹钢琴式跳跃式的施工方法，可考虑“先远后近”的方式进行，首先施工距离地铁隧道相对远的分块区，再依次进行施工隧道正上方的分块区。

如上图5.2.3，施工顺序为:

1→9→3→7→5→2→6→4,先进行第1块的结构施工，基坑开挖至设计标高后,快速进行底板结构施工，随即进行加载复重，复载完成后，方可进行第9块的施工，依次进行完毕。

5.2.4底板快速施工法

1、为加快施工进度，素混凝土垫层掺入早强剂，减少初凝时间，以便尽快形成强度，尽快施工反贴式自粘防水卷材。

2、每一小单元内的底板钢筋网片可拆解为多块提前加工安装成型，以方便直接安装，节省时间。

3、为提高底板混凝土早期强度，可添加早强剂、调整塌落度、加强早期养护等措施，以确保底板尽快满足堆载条件。

4、人材机必须组织到位，必须确保24小时进行作业，严格按照指定的节点时间完成，每道工序之间必须安排紧凑，连贯不停歇，做到提前量。

5、每个小单元的详细时间安排见下表

时间安排分解表表5.2.4

分项

计划用时

备注

土方开挖

2h

垫层浇筑

2h

自粘防水卷材施工

1h

复合板卷材保护层

2h

底板钢筋绑扎

2h

底板混凝土浇筑

1h

合计

10h

5.2.5快速复载法

1、底板每平米需再次复载的荷载重量，必须经原设计单位计算后提供作为依据，且现场荷载堆放量要严格按照设计要求足量堆载，不得小于或超过设计要求的每平米堆载重量，荷载堆放时间要掌控好，只要满足条件，就要立即堆载完成。

2、配重块的选择上，可选择砂袋、混凝土块、钢板等，要根据实际工况、结合项目自身情况选择，配重块体积不可过大、方便吊装、运输及施工方便，考虑回收循环利用，宜选择混凝土配重块（见图5.2.5），配重块尺寸为1mX1mX0.5m，每块重量为1.2t/m²，混凝土标号采用C25，如下图。

图5.2.5

5.2.6全过程实时动态监测法

为确保地铁区域的顺利进行和运营地铁的绝对安全，施工过程中加强施工监测、实行信息化施工，充分分析监测数据，根据监测数据发展趋势，决定是否采取相关应急措施或改变施工工序、施工方法。

1、地铁区域主要监测采用测量机器人自动监测及人工监测相结合，主要监测项目如下表：

测量机器人自动监测项目表5.2.6-1

人工监测项目表5.2.6-2

2、监测频率设置的基本原则是必须在确保运行安全的墙体下，从实际出发，结合工程的特性，自始至终要与工程的实际进度相结合，满足现场工况要求，在全面、准确、及时的原则下安排监测频率，尽可能建立起一个完整的检查预警系统。

监测频率如下：

1）施工前将所有测点布设好并取得初始值3次；

2）围护结构施工期间1次/周；

3）三轴加固期间2次/周；

4）基坑开挖及结构施工期间1次/天

5）施工结束后1次/周

3、监测数据的反馈

地铁监测即是地铁影响区域内施工的眼睛，没有监测数据的及时反馈提供指导，就无法进行下步工作安排，就如同在黑暗中走路，没有灯光无法前进一样，所以监测极其重要，为此必须成立包括轨道交通公司安全科、建设单位、设计单位、监理单位及第三方地铁监测单位、施工单位在内的地铁区域施工领导工作小组，并建立起了有效迅捷的沟通平台，包括电话沟通、书面沟通、QQ群、微信群等（见下图5.2.6-3），以确保参与成员均能第一时间掌握地铁区域施工动态、施工进度情况、监测数据是否报警等，以保证可第一时间启动应急预案。

图5.2.6-3

5.3劳动力组织

工种

地铁区域施工阶段

施工准备

围护结构

三轴搅拌桩

基坑开挖、降水及支撑安装

结构底板、侧墙及顶板

管理技术人员

8

10

10

12

12

机械工

5

10

10

8

8

钢筋工

5

5

5

5

30

混凝土工

5

5

5

5

15

木工

5

5

5

5

20

普工

15

15

15

40

30

电工

5

5

5

5

5

特种工

8

8

8

8

8

合计

56

63

63

88

128

6、材料与设备

本工法无需特别说明的材料，采用的机械设备见表6。

机械设备表表6

序号

机械或设备

型号规格

数量

国别产地

制造年份

额定功率KW

备注

1

工程钻机

GZ-1500

8

郑州

2009年

50

2

三轴打桩机

JB160

3

江苏

2011年

383.5

3

切断机

GJ40

2

郑州

2010年

7

4

电焊机

BX1-330

10

郑州

2011年

21

5

泥浆泵

3PNL

8

郑州

2010年

22

6

钢筋调直机

GT4-14

2

郑州

2010年

5.5

7

轨道式龙门吊

MG20T-5T

2台

河南

2011年

2

8

塔吊

QTZ50

4台

徐州

2011年

24.3

9

履带吊机

QUY50

2台

湖北

2011年

191

10

汽车式起重机

QY25H

2台

长沙

2013年

175

11

挖掘机

CAT320

8

2010年

12

泥浆车

6

2011年

13

注浆泵

BW-15

3

郑州

2010年

22.5

14

全站仪

KTS-442L

1

苏州

2011年

15

土方外运车

60台

长春

2010年

7、质量控制

7.1工程质量组织措施

7.1.1严格质量控制程序，施工管理工作做到“十到位”

1、施工方案、技术、质量措施,各级负责人落实到位；

2、设计变更、材料变换，工程技术人员传达到位；

3、施工工艺、操作规程，工程技术人员交底到位；

4、质量控制、监督检查，质量检查人员追踪到位；

5、工序交替，施工班组长交接到位；

6、上下班转换，操作人