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北京地铁王府井站采用桩柱支承法的施工技术铁道部第十六工程局北京地铁四分指 董贤顺提 要 介绍王府井地铁站在采用桩柱支承法施工中遇到的许多新课题,为类 似工程提供参考关键词 施工方案 受力转换 防水全封闭1 工程概况 王府井站位于长安街与王府井大街十字路口交叉处 车站主体为三拱两柱双层结构,全长241. 40 m ,宽24. 40m ,高14. 22m ,覆土厚6～7 m ,设4个出入口, 2个风道, 1个施工竖井(见图1)本工程1993年3月15日开工,目前 正在施工中,要求1999年9月28日建成通车图1 王府井站施工平面图2 工程特点2. 1 地理环境特殊本站地处繁华闹市,两侧高楼林立,交通繁忙,地下管网密布,其中拱顶要穿过2座现有过街地道;穿过1处1. 8 m×1. 5 m污水管,该管年久失修,长年漏水;穿过1处古河床淤泥质土层段;以上建筑物及淤泥质土层段离拱顶仅0. 5～1. 0 m2. 2 地质条件差,地下水丰富车站所处的地质条件为永定河冲、 洪积扇的脊部,属于第四系冲、 洪积层,出入口通道和车站洞身遇到的地层依次为杂填土、 砂粘土、 圆粒土及砂粘土车站所处位置的地下水分上层滞水、 潜水和承压水3种。

上层滞水:主要存在上部砂粘土中,其水 位、 水量的变化受季节性影响,变化幅度较大;潜水:主要含水层为细、 中砂和圆砾层,含 水层厚度较大; 承压水:车站结构底部处在砂粘土中,是潜 水含水层的底部和承压水层的顶部,呈饱和状 态,在该层土下为中砂层和卵石层,为承压水的主要含水层(见图2)图2 王府井车站水文、 地质条件示意图2. 3 工程控制严格 根据王府井地铁车站所处的地理位置和地 质条件,建设单位对该站的施工提出如下要求:(1)采取暗挖法施工;(2)地表最大沉降量控制在30 mm以内;(3)各种既有管网线路不断、 不裂、 不渗、 不漏,确保正常使用;(4)施工过程必须做到 “稳妥可靠,万无一失,绝对安全”; (5)车站建成后不渗不漏2. 4 施工难度大7北京地铁王府井站采用桩柱支承法的施工技术——董贤顺(1)受北京长安街、 王府井十字路口地理位置所限,不允许进行大开口施工,必须采用浅埋 暗挖法作业,但由于车站覆土浅(6 m),跨度大 (24. 4 m),覆跨比仅为0. 25,因此施工难度大; (2)环境制约条件严格,采用浅埋暗挖法施工,地表下沉量不能超过30 mm;各种管网线 路不得断裂渗漏;必须保持现有地面交通和商 贸等各种社会活动的正常进行;(3)围 土 松 散,围 压 比 为 ΧH? Σw=2. 0×6?20 = 0. 6(Χ为单位容量;H为覆土厚;Σw为土体抗剪强度),属极不稳定的地质体,极易松弛、 塌陷,施工中控制围土稳定最为重要; (4)地下水丰富,水位高,主体结构有三分之二在水位线以下,施工中防、 治水困难,且较 易出现涌水和流砂现象,必须慎重对待地下水 的处理。

2. 5 施工工艺新 (1)在小导洞内施工钻孔桩无先例;(2)在国宾大道下开设2跨12m上弧初期支护,国内外罕见;(3)横通道与正洞立体交叉处采用坡屋顶法无施工先例; (4)由两拱一柱转换成三拱两柱的转换过程,无施工先例;(5)正洞与出入口、 风道交叉处要达到防水全封闭的具体做法无先例3 施工方案3. 1 方案选择 用浅埋暗挖法修建王府井车站的关键技术 是:在三分之二车站结构置于地下水中的情况 下,如何有效地控制地表沉降,防止洞室顶部土体坍塌和施工中出现流砂、 涌水,确保施工过程 中围土的稳定,使结构受力合理、 作业安全,并 为此寻求一个合理的施工结构与可靠的施工方 法是极为重要的3. 2 方案的选择原则(1)研究一个安全、 稳妥、 有效控制地表沉降的适用于松散、 含水地层洞群空间施工开挖、 支护程序;(2)确定控制地表沉降,防止土体坍塌的初期支护和超前支护体系;(3)开发应用分块开挖、 分环封闭、 打牢基础,充分利用有利地层,层层控制沉陷的综合治 理技术措施;(4)确保初期支护受力合理,并有足够的刚度和稳定性3. 3 浅埋暗挖桩柱支承法的方案选定 通过主要技术经济指标的综合分析、 比较, 综合本工程的基本特点,笔者认为,利用车站上部无水地层空间进行有水地层的护壁和中间支 承桩施工,结合大管棚和小导管注浆固结地层, 形成车站初期支护结构空间的浅埋暗挖桩柱支 承法,有以下特点:(1)能科学地利用车站上部无水地层,进行车站下部的有水作业,避免了因降水而引起 的费用增大和附加地表下沉,保护了地下水资 源;(2)能可靠地保证松散地层中超浅埋庞大洞群多方位、 多层次施工开挖过程中,地层空间和洞体结构的整体稳定性,符合安全、 稳妥的原 则; (3)开挖引起的地表沉降量不超过30mm ,符合控制地表下沉的原则;(4)造价适中,经济合理,可减少混凝土的拆除工程量(较中隔壁法减少15 %～20 % ,较 眼镜法减少15 % ); (5)可展开施工大作业面,充分发挥平行作业和大型机械作业,便于加快施工进度。

鉴于以上原因,决定选择桩柱支承法方案施工,并进一步完善施工程序3. 4 桩柱支承法施工程序 先施工东北竖井、 横通道,以此作为施工 进、 出料口及施工作业面 接着开挖小导洞,在 小导洞内施工钻孔桩 边孔采用钻孔桩护壁,支撑上弧初期支护,形成两拱一柱临时支护结构, 然后进行降水、 主体开挖、 防水、 二衬 两侧边孔 防水、 二衬施工完毕后开挖中孔,由两拱一柱转 化为永久性的三拱两柱,具体施工步骤如图8铁道标准设计 1999年3期 3a)、b)、c)、d)a)① 施工小导洞,为施工钻孔桩创造作业面;② 钻孔桩施工,护壁、 承重;③ 顶纵梁、 格栅混凝土回填与支撑,起连接、 支承平台作用,为上弧开挖作准备b)④ 上弧掘进,支护拱顶,严格控制地表沉降;⑤ 土方开挖,周边喷锚,南北向立钢支撑,保持稳定;⑥ 基底封闭,提高地基承载力c)⑦(底板、 边墙、 钢管柱、 中层板、 芯梁、 边拱)防水、 二衬,做完除中孔上弧外的全部衬砌(中桩处预留)d)⑧ 中孔上弧掘进,破除初期支护及中桩,支护中拱顶,严格控制地表沉降;⑨ 中孔防水、 二衬,预留洞处堵补施工站台墙、 板,完成全部主体工程。

图3 施工步骤4 施工过程 根据本工程的特点与难点,成立了攻关QC小组,及时解决施工难题,坚持超前控制和刚度控制原则,即在洞室开挖前,采取大管棚超 前护顶,小导管注化学浆加固地层;同时在掌子 面留核心土,及时封闭掌子面,提高围岩的自稳 和整体承载能力 这样,使钢格栅挂网初期支护 和大管棚、 小导管注浆加固地层相互作用,构成了强有力的支护体系 在开挖过程中合理布置 钢支撑,满足了承受动、 静荷载的要求,从根本 上实现了对地面沉降的有效控制 通过进行量 测分析,沉降量小于15mm ,使桩柱支承法方案 变成了现实 在施工中涉及的主要系统技术有以下几点4. 1 洞桩法施工技术(见图4)图4 桩位布置示意图在4m宽、5m高、 长240m的导洞内施工 50. 6 m、L= 18 m钢筋混凝土钻孔桩503根, 施工51. 25m、L= 26m钢筋混凝土钻孔桩82 根 在施工中解决了钻机研制、 泥浆处理、 钢筋 笼安装、 灌注水下混凝土施工等难题4. 2 横通道与正洞立体交叉结构 (1)修建立体交叉结构的目的a)支承横通道上部荷载,开创作业面,向 东、 西方向进行2孔12 m宽大跨度上弧掘进;b)继续向下开挖主体土方,并进行防水、 二衬;c)此结构要考虑到结构安全,方便施工, 能进行中层板、 边拱、 中拱施工;d)防水全封闭。

(2)方案的选择(见图5、6、7和表1)第一 方 案:整 体 横 向 拱 圈 法底 板 厚1. 0 m ,拱圈厚0. 6～0. 8 m ,整体拱,开口处留 洞,底板、 隔墙以后破除 第二方案:纵向拱圈法 中孔打4根桩,做2 次承台,上设纵向横通道处留3 m×3 m方洞9北京地铁王府井站采用桩柱支承法的施工技术——董贤顺进料,承台以后破除图5 方案1图6 方案2第三方案:坡屋面法 中孔打4根桩,桩顶 设承台,类似4根桩及边墙支承坡屋顶,横通道 处留弧型门进料,东南风道处设钢支撑,预留柱、 承台后破除图7 方案3通过反复比较,最后确定采用坡屋面法,其优点有4条:a)施工简单,工期短;b)破除量小;c)施工交通、 通风条件好;d)下步工序做中层板边拱比较容易 今后要解决的主要问题有两条:第一是顶 板跨度大,弯矩大,要通过验算配筋,合理布置; 第二是此做法无先例,要承担一定风险3)坡屋面法施工(见图8)表1 横通道与正洞立交方案选择表序号方案名称多种因素比较受力情况施工难易材料用量破除量交通通风情况 能否做中层板施工现状1整 体 横 向 拱圈法拱圈强度高 低板中桩处 受力集中需 加 工 拱 架,尺寸复 杂钢筋混凝土 方量大大较好不能西单地铁采 用过2纵 向 拱 圈 法横向侧压力 大中拱施工复 杂钢筋混凝土 方量大较大不好能 无先例3坡屋面法顶板纵向跨 度大,弯矩 较大平面支模施 工简单,工 期短钢筋混凝土 方量适中小好能 无先例图8 坡屋面法施工按照以上方案进行设计、 施工,仅用1个月 就完成了预定的目标,比整体横向拱圈法节约混凝土560 m3,减少破除量425 m3,节约钢轨拱架30 t,提前工期2个月,为上弧掘进开创了 良好的作业面,综合经济效益达73. 35万元。

从实践中认识到,搞技术工作不能因循守 旧,走老路,只有大胆创新,刻苦攻关,按客观规 律办事,才能在建筑市场立于不败之地 随着施 工的进展,我局加大了施工方案攻关力度4. 3 车站主体与出入口、 风道交叉处结构 (1)在南、 北边桩上部施工纵梁、 预埋格栅、 回填之前,首先要解决出入口预留问题,这 也是暗挖法经常遇到的问题 如果按照普通地 段施工,不作任何处理,则将来破除量很大,不01铁道标准设计 1999年3期 易由车站内向外开挖 经过反复研究采取了图9施工方法 具体做法如下:a)在纵梁与衬砌之间做永久结构(顶板),顶板端部加长2 m ,坐落在纵梁上,板底加斜 撑;b)顶板与初衬交界处做防水,并预留接 头,达到防水全封闭;c)顶板上部预埋短格栅,连接边孔上弧图9 出入口、 风道与正洞交叉处施工图(2)优缺点 优点:下步施工出入口时减少破除;达到防 水全封闭;能顺利地由车站内向外开挖,增加作 业面 缺点:在导洞内作业空间小,施工比较困难4. 4 封端墙施工技术 封端墙高14. 22m,宽24. 4m ,受土体侧压 力很大,如果用打大管棚加格栅支护的办法施 工,则遇到土体坡率角过大,管棚承受拉力不够,遇到地下水有坍塌的危险。

如果采取内侧加 支撑的办法,一是支撑量大;二是影响机械化作 业;三是影响边墙、 中层板施工 为此采取了以 下方法(见图10)图10 封端墙施工图(单位:m)施工要点:a)车站端墙横向开小导洞,在小导洞内施 工封端桩;b)施工封端梁、 封端墙、 回填;c)封端梁、 墙、 桩形成完整的封闭体系,抵 抗土压力4. 5 边拱与中拱交界处作法(见图11)图11 边拱与中拱交界处施工作法反燕尾槽处是防水的薄弱环节,也是受力 转换的关键部位,施工难度比较大,关键的问题 是操作认真仔细5 结论 工程实践证明,该站采用的研究手段先进,总体方案构思新颖,设计参数合理,结构安全可 靠,施工技术完善 它的建成,凝聚着我局广大 科技工作者及全体施工人员的心血与智慧,它 将与西单车站一样,时刻激励我们以高超的技 术手段去占领地铁建设市场王府井车站是我局继西单车站之后修建的 又一座大跨度浅埋暗挖车站,它的规模大,工艺 复杂,技术要求高,在施工中所采取的一系列施 工方案,有待于进一步研究与开发 有待进一步探索的问题如下:(1)洞内施工钻孔桩设备需要进一步完善 (2)中孔破除量较大,能否将初衬与二衬合二为一,减少破除,有。