张育红 摘要：北京地铁１０号线呼家楼站的主体结构邻近桥桩且多处下穿管 线，通过施工安全、工期、技术等方面的比较，并用数值计算分析不同 ２车站主体结构施工方案优选 施工方法对周围环境的影响，最终选定“站厅层、站台层顺作，整体逆 ２．１可选择的施Ｊ－方案 作”的“ＰＢＡ”法作为临近桥桩暗挖车站的施工方案。 受邻近桥桩的制约，呼家楼车 关键词：地铁施工；暗挖车站；“ＣＲＤ”法；“ＰＢＡ”法；数值计算 站的结构只能采用分离岛式结构型 式，结构断面为单拱单跨断面，断 近年来，为了改善和发展城市 别位于京广桥两侧的辅路下，埋深 面形式属于高边墙结构，显然不适 交通，城市地铁大量修建，导致许 约ｌ ０ １ＴＩ。地铁车站结构邻近京广 合采用双侧壁导坑法施工。从减少 多新建的地铁线只能沿着既有立交 桥的桥桩，车站主体结构与桥桩距 废弃工程量和工序倒换次数、避免 桥路线延伸，交织穿行于立交桥的 离为４．３～６．０ ｍ，车站横向设置 对结构造成影响、施工速度快等方 基础群之间。北京、上海、广州地 的迂回风道及联络通道结构距离桥 面考虑，“中洞法”、“ＣＲＤ” 法 铁以及深圳地铁一期重叠隧道工程 桩约为２．１ ６～１ ０．０ ｉＴ１；主体为双 （交叉中隔壁法）、台阶法等方案 等建设中都遇到类似问题，给设计 线双｝同双层结构，结构断面为单 中首推“ＣＲＤ”法。采用“ＣＲＤ” 和施工带来了极大难题。邻近桥桩 拱单跨断面，标准断面开挖宽度 法尽管在标准段分为４层８部，在加 的暗挖地铁车站施工如何确保邻近 ｌ１．２ １ＴＩ，开挖高度１ ５．１ ５ ｍ；在 高段分为５层１０部，但因边墙较高， 桥桩等周边环境的安全和地铁结构 本站与６号线换乘节点处，采用单 仍有很大的侧压力，在初期支护形 自身的安全，如何形成一套在邻近 跨直墙断面形式，最大开挖高度 成以前，尤其是拆除临时支撑形成二 桥群桩条件下的暗挖地铁车站的施 １ ８．７５ ｍ。周边建筑物密集，结构 衬以前，会产生较大的拱腰及直边 工关键技术，是地下结构临近施工 上方市政管线密集，结构在多处下 墙变形，容易引起立交桥桩基础变 亟待解决的问题。 穿重要市政管线。 形过大。而“Ｐ Ｂ Ａ”法（洞桩法） １ 工程概况 车站穿越地层主要为粉细砂 施工对于这种高度大、跨度小的车 层、圆砾层、中粗砂、粘土层、粉 站在有效控制环境影响方面更具优 呼家楼站是北京地铁ｌ０号线的 土层，结构顶部位于粉土层与粉细 越性。因此，可行的设计方案有 中间站，车站位于东三环北路与朝 砂层交界处，潜水水位以上，底板 “ＣＲＤ”法和“ＰＢＡ”法。 阳北路的交叉路口，呈南北走向， 基本位于粉质粘土层和粉土层，承 ２．１．１“ＣＲＤ”法施工方案 车站长１ ７９．５ ＩＴＩ，车站采用分离岛 压水位以下。隧道范围内土体自稳 车站主体结构施工方案为 式站台结构，车站左右线结构分 性差，易发生流砂甚至塌方。 “ＣＲＤ”法，即：将车站断面分为 张育红：中国铁建股份有限公司科技设计部，高级工程师，北京１ ００８５５ ｌ畹代地市轨厘交塌４１２０１１ ＭＯＤＥＲＮＵＲＢＡＮＴＲＡＮＳＩＴ ０ ＿Ｉ＿侄 ８个小断面，每个小断面均采用短台 临时支护多，拆除废弃量大；对地 面沉降控制不利。 阶法开挖，并施工锁脚锚杆，然后 白下而上分段拆除临时支撑、分段 施作底板、站台层侧墙，中板、站 （２）“ＰＢＡ”法。合理地利＿Ｌ｝ｊ 车站上部尢水地层，进行车站下 部有水地层的护壁桩的作１Ｊｌ，；能 可靠地在松散地层中进行超浅埋 洞群多方位、多层次施＿ｒ，保证 地层空间和洞体结构的整体稳定 性；受力转化少，受力明确，施 ｌ 作业有安全感；洞内进行钻孔灌 图２“ＰＢＡ”法车站主体 结构标准断面图 厅层侧墙、顶拱，初步设计的车站 主体施工顺序详见图１。 ２．１．２“ＰＢＡ”法施工方案 “Ｐ Ｂ Ａ”法是由边桩、中桩 （柱）、顶底梁、顶拱共同构成 初期受力体系，承受施工过程的荷 载；将明挖、盖挖及分步暗挖法有 机结合起来发挥各自的优势。施工 注桩施工难度较大、作业条件差， 施工工作面小。 ２．２施工安全性比较 时先开挖和支护上部的２个导洞，在 作”和“站厅层、站台层顺作，整 ２．导洞内施工边桩；然后在桩间进行 体逆作”３种不同的方案，图２为呼 定喷，形成止水帷；再在桩顶施做 家楼站主体结构标准断面图。 桩顶纵梁；在导洞内施做车站顶部 ２－２呼家楼站“ＰＢＡ”法ｌ币【Ｊ“ＣＲＤ” 格栅支护（局部）；在２个边洞中立 法施上办案比较 ２．１施工方案总体比较 模回填混凝土，形成扣拱拱脚；开 ２．呼家楼车站是高平直墙结构， 曰一臼侧压力大，桥桩是摩擦桩，距离 桥桩近，而且地下水位高，降水 难，施工方案的选择 考虑这些特 点。从结构安全性、环境安全性、 挖导洞之间的土体并施工拱部的初 （１） “ｃ Ｒ Ｄ”法。技术上成 突发事件处置等几个方向进行了对 期支护。在顶盖的保护下可以逐层 熟，在隧道施工中有大量的成功案 比分析，如表ｌ所示。 ２．３施工进度比较 向下开挖土体，施作二次衬砌，可 例。但有水地层施工较困难，多次 ２＿采用顺作和逆作２种方法施工，最终 力学转化，结构受力不明确；车站 形成由初期支护ｌｌＺ－次衬砌组合而 施工分块较多，工序复杂，不利于 成的永久承载体系。“ＰＢＡ”工法 大型机械化施工，工期相对较长； 可以分为“整体顺作”、 “整体逆 针对影响工期的各个要素，对 “ＣＲＤ”法、 “ＰＢＡ”法进行对比 分析，如表２所示。 表１ 呼家楼采用“ＣＲＤ”法和“ＰＢＡ”法安全性比较 项 目 开挖支护原理 地层沉降 侧向变形 受力对称性 力学转换 地下水的控制 侧压力控制 旌ｒ步骤 “ｅＲＤ 法 “ＰＢＡ 法 先开挖后支护，随开挖随支护 先围护后开挖，随开挖随增加围护 较大 较小 大 小 不好 好 复杂 简单 不好、困难 好、较容易 不好、困难 好、容易 突发事件处置 篓萋 喜 登 斋 项目 围护结构施做时间 机械使用 分块情况 各个掌子面施工干扰 联络通道与正洞干扰 支护产生作用时间 总工期 “ＣＲＤ”法 无 人工、或采用小型机械 ４层４步局部５层１０步 较多 大 较长 较长 篓 。 表２呼家楼采用“ＣＲＤ”法与“ＰＢＡ”法工期影响因素比较 “ＰＢＡ”法 有 可以采用中、大型机械 根据监测情况采用３、４、５步 较少 小 短 较短 图１ “ＣＲＤ”法车站主体施工顺序图 囝ＭＯＤＥＲＮＵＲＢＡＮ ＴＲＡＮＳＩＴ ４１２０１１坝代墟市辄值交癌 ｌ＿ｌ一１王＝；， ｌ 地层物理力学参数 参数 弹性模量 地层 ／ＭＰａ ８ ９．７ ３２ １５．１ ４３．１ ６．７ ４４．２ ２０．６ 泊龇０．３５ ０．２９ ０．２３ Ｏ．２９ ８．８９ ７．７Ｏ ｌ９．７５ ｌ１．９８ 粘聚力 Ｃ／ＭＰａ ０．００６ ０．０４ｌ ０．０００１ Ｏ．０３ｌ ０．０００１ ０．０３３ 摩擦角 ／ｏ １０ ｌ８ ３Ｏ ３４ ４０ ｌ０ 抗拉强度 ／ＭＰａ ０．０５５ ０．０５ ０．００１ 本构模型 土层厚度 ／ｍ 杂填土 粉质粘土 中粗砂 粉土 圆砾 粘土 卵石 粉细砂 Ｍ—Ｃ Ｍ Ｃ Ｍ—Ｃ １．６８ ｌ０．１ １．Ｏ ｌ３．１ ８．２ ５．１ ７．６ ８．５８ ０．０７５ ０．００１ ０．０５ Ｍ—Ｃ Ｍ—Ｃ Ｍ—Ｃ ０．２ Ｏ．３５ ２３．９４ ７．４４ ０．２ Ｏ．２６ ２４．５６ １４．３１ ０．０００ｌ ０．０００１ ４０ ３０ ０．００１ ０．００１ Ｍ Ｃ Ｍ—Ｃ 其中：Ｋ－Ｅ￣［３（１—２ ）】，Ｇ Ｅ／［２（ｉ＋ ）］ ２．３呼家楼站表艇 剪Ｇ脚 一“ＰＢＡ”法和“ＣＲＤ” 一 ～ ＂ 法对环境影响的计算比较 ２．３．１计算模型 采用数值计算手段，从“地层 沉降控制、车站结构稳定性、施工 对邻近桥桩受力及变形”等方面对 “ＣＲＤ”法和“ＰＢＡ”法进行方案 比选。“ＰＢＡ”工法施工可以采取 “整体顺作、整体逆作，站厅层和 容 ２ ２ ２ ２ ２ ２ 站台层分别顺作、整体逆作”等３ ㈣ ㈣ 啪 啪咖 种不同的方案，因此，要选择对桥 桩保护和地层沉降控制最有利的施 工方案。 土体采用ＭＯｈｒ ＣＯｕｌＯｍｂ本 图３“ＣＲＤ”法模型 图４“ＰＢＡ”法模型 表４不同工法的地表沉降值 桥桩水平位移 工法 ＂ＣＲＤ＂法 “ＰＢ 变形值 制＿顷作 地表沉降值／ｒａｍ ７８．０ ７０．３０ ６４．７０ 桥桩水平变形／ｒａｍ １３．２ １１．８６ ９．５７ 桥桩最 矩值 １ ／ ．弯矩值拱部最大 ／ｋＮ・ｍ ２０６．３９ １７０．３３ １５９．８７ ‘ 构模型。在“Ｃ ＲＤ”法模型中，初 值、桥桩水平位移以及“ＰＢＡ”法 支、临时支撑和二衬均采用实体弹 不同施工顺序的拱部初期支护内力 性单元模型。而在“ＰＢＡ”法模型 列于表４中。从表４和图表５可知： 中，为了能比较不同工序引起的结 （１）从地层沉降控制以及对邻 构内力，扣拱部分的初支采用ｓｈｅｌｌ 近桥桩的保护来看， “ＰＢＡ”法比 单元。桥桩采用ｐｉｌｅ单元，以便查看 “ＣＲＤ”法具有优越性； 其变形与内力。每个桩分为８段，与 （２）在“ＰＢＡ”法３种施工顺 承台刚性连接。边桩、临时支撑采 序中，对于呼家楼站这样的环境条 用弹性单元。地层的物理力学参数 件，采用“站厅层顺作，站台层顺 如表３所示。 模型下边界隧道底以下３０ 郦 加９ ．． １ 作，整体逆作”的施工方案控制地 Ｉ］７１，２ 层变形和桥桩保护能力最强，更具 个隧道单洞外侧边缘以９Ｆ３６ ｍ，纵向 有适用性。 范围５０ ｍ，模型如图３、４所示。 ２．３．２计算结果 距离／ｍ 图５为“ＣＲＤ” ０ ２０ ４０ ６０ ８０ ｌ００ ｌ２Ｏ １４０ 法、“ＰＢＡ”法隧道 全部开挖完成后的 地表沉降曲线，可 以看出“Ｐ Ｂ Ａ”法 引起的地表沉降要 优于“Ｃ Ｒ Ｄ”法。 将计算得出的不同 工法的地表沉降 图５不同施工工法下的地表沉降分布 坝代堪市轨厦交匾４１２０１１ ＭＯＤＥＲＮＵＲＢＡＮＴＲＡＮＳＩＴ ０ 上侄 ３结束语 通过对“ＣＲＤ”法与“ＰＢＡ” 法的安全、工期、技术的比较， 认为在呼家楼车站施工中选用 “站厅层、站台层顺作，整体逆 ［２】梅洪斌．浅埋暗挖法在北京地铁 作”，即：拱部初期支护完成后， 开挖土方至中层板，施工中层板、 十号线呼家楼车站施工中的应用 ［ＪＪ．中国科技信息，２００６（７）． 站厅层侧墙、顶拱（扣拱）。然后 ［３］周伟．“ＰＢＡ”工法施工对临近桥 自中板位置向下分层开挖土方，架 桩和上覆管线的影响及其力学机 “Ｐ Ｂ Ａ”法施工有比较明显的优 设支撑，施作底板和站台层侧墙。势。有限元计算结果表明：采用 “Ｐ Ｂ Ａ”法施工对地层沉降和桥梁 桩基础变形控制效果比“ＣＲＤ” 理分析［Ｄ］．北京：北京交通大学， ２００７ 参考文献 ［１】王梦恕．地下工程浅埋暗挖技术通 论［Ｍ］．合肥：安徽教育出版社， ２００４． 收稿日期２０１１—０５—２７ 工法好；为确保车站邻近桥桩等构 筑物的安全，确定二衬施工顺序为 责任编辑朱开明 （下转第５０页）下沉４．１１ ＣｉＴＩ，仰拱 细的数值分析，得出以下结论：隆起３．４６ ｃｍ，拱肩下沉３．０３ ｃｍ，拱 参考文献 （１）围岩稳定性方面，单岩柱 ［１］贺少辉．地下工程［Ｍ］．北京：北 京交通大学出版社，２００６． 脚隆起２．５２ ｃｍ；单岩柱法顶拱下沉 法方案要优于双侧壁导坑法方案。４．２ ｃｍ，仰拱隆起３．５ ｃｉｎ，拱肩下沉 ３．７ＣＩＴＩ，拱脚隆起３．０ ｃｍ。 （２）锚杆受力方面，单岩柱法 ［２］关宝树．地下工程［Ｍ］．北京：高 的锚杆比双侧壁导坑法的锚杆受力 等教育出版社，２００７． 通过对２个开挖方案开挖过程中 要优越很多。［３］张延．软弱围岩中修建大跨隧道 的设计和施工［Ｊ］．地下空间， ２００２，２２（１）：２１—２８． 的地表沉降和围岩位移变化曲线比 （３）初衬应力方面，拱顶拉应 较发现，双侧壁导坑法的位移在各 力双侧壁导坑法为优，拱肩和边 个指标值方面均优于单岩柱法。 墙应力单岩柱法则优于双侧壁导 ［４】唐国荣，章慧健，仇文革，等．基 坑法。 于乌蒙山２号隧道论多线大跨车 站隧道的修建技术…．铁道标准 设计，２０１０（１０）：９９—１０２． ５结论 （４）围岩位移方面，双侧壁导 通过对超大断面单拱隧道双侧 坑法的位移在各个指标值方面均优 壁导坑法和单岩柱法２种开挖方案详 于单岩柱法。［５】张顶立，王梦恕，高军，等．复 杂围岩条件下大跨隧道修建技术 研究［Ｊ】．岩石力学与工程学报， ２００３，２２（２）：２９０－２９６． ［６］王梦恕．２ｌ世纪山岭隧道修建的 趋势【ＪＪ．铁道工程学报，ｌ９９８（增 图１ ２地表沉降累积曲线图（左为双侧壁导坑法，右为单岩柱法） 刊）：４—７． 【７］刘宝许，赵超志，高崇林．大跨距 渐变四连拱隧道施工力学效应数 —●一伸 —・ 值模拟研究［ＪＪ．铁道建筑，２００９ （１２）：３８—４２． 收稿日期２０１１—０６一Ｏ１ 责任编辑冒一平 ＋－ａ－ｔ￣，脚 ＿－叫＃顶 —．・．拱 一 叫删 Ｓ毯 港孽嚣墓云毒 开挖步序 邑毯§巷巷Ｂ墓ｉ誊嚣ｇ巷§誊罾 开挖步序 图１ ３隧道洞周位移变化曲线图（左为双侧壁导坑法，右为单岩柱法） ０ ＭＯＤＥＲＮＵＲＢＡＮ ＴＲＡＮＳＩＴ ４１２０１１ ｌ贝代堪市轨避交癌
