浅谈广州地铁三号线施工方法典尚设计.doc

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1、浅谈广州地铁三号线施工方法 张光辉（水电七局 市场开发部）摘要：广州地铁三号线的岗顶-石牌桥站区间，由于地理位置和施工环境极其复杂、地质差、埋深浅、施工质量要求高，在地铁工程施工中具有代表性。根据本隧洞的不同地质情况分别采取了浅埋暗挖、挖孔桩、超前支护、CRD 工法、短台阶法等多种施工方法。本文对投标阶段的施工方案进行简要介绍，对其他领域地下工程不良地质地段施工颇具借鉴意义。关键词：地铁、 不良地质、浅埋暗挖、挖孔桩、超前支护、CRD工法、短台阶法一、工程概况广州地铁三号线岗顶站石牌桥站区间位于广州市天河区，途经中山大道，由右线和左线组成，其中右线全长为641.853(起点为支YCK5+281

2、250,终点为支YCK5+921.350)，左线全长为645.956m（起点为支ZCK5+281.250，终点为支ZCK5+921.350）。本标段施工竖井采用挖孔桩围护，区间隧道断面多样（设计断面多达11种），包括标准断面、喇叭段、渡线段等，本标工程主体为区间隧道正线开挖，渡线开挖，初期支护，防水与混凝土二次衬砌施工，主要工程量如下：开挖：56360m3，喷混凝土：8511m3，混凝土浇筑：16853m3，钢筋：2196t，防水层：26600m2。附图1 本标隧洞布置示意图二、工程地质及水文地质本区段线路经过的地貌类型主要为珠江河流堆积阶地, 隧道穿越地层主要是残积土(Q3al+pl)、强

3、风化带（强风化泥质粉砂岩、砾岩）和中等风化带（中等风化的泥质粉砂岩与粉砂质泥岩、砾岩）部分地段遇到微风化带。隧道底板基本上处于中、微风化带的软质粉砂岩、泥岩、砾岩；隧道上覆地层主要是强风化岩、残积层的粉质粘土，个别地段如YCK5+295+400段拱部上覆砂层。在区间的起始端,隧道顶板围岩为冲洪积砂层，隧道的涌水量较大。同时隧道范围内处于强风化、中等风化岩层中，特别是在砾岩分布区域，地下水分布具有较大的随机性，局部有存在大量地下水的可能。区间隧道工程覆盖厚度8m，最大为15m，为浅埋暗挖隧道。地质复杂，开挖断面大，施工中要防塌、防陷、防涌水、防沉，是本工程的重点和难点。三、标段环境岗顶站至石牌桥

4、站区间，所经天河东路地面建筑物较多，以下环境状况将对工程施工产生影响：（1）建、构筑物南方信托大厦38层框架楼，隧道左线从该建筑物旁边穿过，施工方案必须考虑到开挖对该楼房基础的影响。岗顶站石牌桥站区间在YCK5+620640范围内通过石牌涌地段，围岩为硬塑状残积土及强风化岩层，拱顶距石牌涌底约9m左右。施工方案充分考虑渗水的影响。 （2）地面交通，本区间下穿天河西路，天河西路是较繁华的路段，来往车辆较多。（3）地下管线，本标段地下管线较多，在竖井周围由给水管、排水管、电讯电缆、煤气管等，改移或悬吊处理工作量较大。四、基本施工方法（1）竖井施工方法竖井坐落在左线、右线和渡线的正上方，竖井开挖尺寸

5、为20m7m（长宽），开挖深度为19.074m，作为本标施工的唯一施工通道。竖井井口采用1200mm密排人工挖孔灌注咬合桩围护，桩深约22m，桩顶灌注1.0m高，1.3m宽的顶冠梁，距井2m和7m处，各设一道钢筋混凝土组合支撑梁。附图2 竖井结构布置图 附图3 挖孔桩施工顺序图 人工挖孔桩施工挖孔桩采用跳桩分四批开挖，前批桩成桩后，后批桩才能施工。同批相邻桩孔开挖时保持不小于2m的高差，施工顺序如附图3所示。桩体开挖采用人工开挖或钻爆法施工，跳挖、间隔施工。为了缩短工期，采用多处开孔，同时开挖。普通土层采用人工开挖，每次挖深1.0m。 岩石采用YT-28气腿钻钻孔，浅孔控制爆破。 开挖料装入吊

6、桶，用多功能提升架提升至地面，倒入手推车运到临时弃碴场。挖孔桩护壁采用C20现浇混凝土，厚度15cm，采用内八字搭接，搭接长度不小于50mm，以保证护壁的整体性，一般土层和风化岩层每节护壁高度为1.0m。钢筋笼在现场搭设平台加工制作，采用25 t汽车吊吊放入桩孔底就位。混凝土灌筑采用漏斗和串筒输送，串筒底面与混凝土面的高度不大于2m，施工中保证连续灌筑，混凝土灌筑前抽干桩孔内积水，若孔内积水较大，抽干有困难时，采用导管水下混凝土灌筑工艺。竖井提升系统竖井提升系统布置综合考虑隧洞正线开挖出碴及混凝土衬砌施工设备及材料运输的提升承载能力和提升能力。提升系统采用三梁龙门架提升，梁上配三台10t的电动

7、葫芦提升1.5m3吊桶出碴。龙门架采用桁架立柱，I45a工字钢梁。钢梁设至临时堆碴场，吊桶运碴至碴场直接弃碴。 竖井施工竖井采用“先井中，后井周”的原则，逐层向下开挖 ，每次开挖深度0.51m。竖井采用挖掘机、人工、液压风镐开挖并与分块浅孔小药量弱爆破开挖相结合的开挖方法。自地面以下第一层钢筋混凝土支撑的土层，采用PC200（0.8m3）液压挖掘机开挖。开挖到第一层钢筋混凝土支撑之下时，浇筑第一层支撑。再继续往下开挖时，改为人工挖装土方进入吊斗，由竖井提升系统将土方提升水平运输到场内堆土场暂存。开挖将按每层1.5m水平分层开挖，当挖到第二道支撑下1.5m时，浇筑第二道钢筋横支撑。同时施作大跨隧

8、道拱部长管棚，为隧洞正线开挖施工做好顶拱支护。（2）隧洞开挖方法鉴于本工程的隧洞设计跨度大、断面类型多、地质复杂、埋深浅、线间距小等特点，主要施工方法采用台阶法、CRD法、中墙+ 侧洞法、中墙+台阶法。在地质条件较差洞段施工应遵循“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”的基本工艺。施工组织计划和施工工序严格遵守“先排管，后注浆，再开挖，注浆一段，开挖一段，支护一段，封闭一段”的原则。开挖方法：采用非爆破及弱爆破相结合的开挖方法，隧道从南方信托大厦38层框架楼旁边穿过,考虑到开挖对该楼房基础的影响,该段左线尽可能采用人工开挖，严格控制开挖进尺，尽早封闭断面，及时形成封闭结构，控制爆破以

9、减少对围岩的扰动。隧道下半断面位于中风化层时，施工爆破中应严格控制炸药用量，减少爆破振动，采用预裂爆破、光面爆破新技术，减少爆破振动对地层的扰动。出碴方法为：上部断面开挖的土石方，采用人工翻碴，下断面直接采用WZl60型轨行式挖装机装入侧卸式矿车内，电瓶车牵引到竖井底，转载到吊桶内由电动葫芦提升罐笼，直接提到地面临时碴场卸碴，晚上再用轮胎式装载机配合自卸汽车将土方外运到弃土场支护方式：隧洞支护主要采用大管棚和小管棚超前，预注浆支护，开挖面采用喷混凝土封闭、锚杆、钢筋网、格栅拱架联合支护。下面就隧洞开挖与支护施工进行说明。1）单线隧道断面开挖施工单线区间隧道标准断面（A型断面）开挖尺寸6.5（宽

10、7.1m(高)，单线区间隧道所处地质多为、类围岩地段，其中左线类围岩段长180.75m，类围岩长290.433m：右线类围岩长136.135m，类围岩长333.588m。单线隧道采用短台阶法开挖，上下台阶长度控制在57m左右。隧道拱部土方采用人工开挖上半断面，每0. 51.0m一循环。上半段面环形开挖留核心土，开挖后掌子面立即喷50mm厚的C20早强混凝土临时封闭。沿隧洞开挖掌子面拱部1500范围布置L=3.5m的42超前注浆小导管，环向间距300mm，外插角100左右，纵向间距200mm，每四个循环施作一次，注浆浆液为水泥浆，每次必须在注浆固结土体之后才能进行开挖，严禁不注浆即开挖。沿拱部

11、1500范围布置L=500cm的20锚杆，间距1.01.0m，梅花型布置。满铺 6.5(网格间距150150mm)的钢筋网，除拱部1500范围外边墙设22砂浆锚杆，架立格栅钢架，喷射30cm厚C20早强混凝土，包裹钢架。类围岩下半断面石方开挖采用弱爆破开挖，然后架立格栅钢架及网喷混凝土。锚杆施作采用YT-28手风钻钻孔，先用锚杆注浆机注浆，人工安装锚杆，保证锚杆的安设及质量。2） 双线隧道开挖施工双线隧道最大开挖尺寸为10.8m(宽)8.7m(高)。隧道通过地段地质均为类围岩，其中左线II类围岩支护段长26.35m，右线类围岩长25.00m。D型断面（8.4m(宽)7.7m(高)）、E型断面（

12、9.5m(宽)8.2m(高)）、F型断面（10.8m(宽)8.7m(高)。F断面采用“CRD”法，将开挖断面分四部开挖支护，每部之间台阶长57，各部开挖错进，间距35m。D、E断面采用CD法，有利于加快工期。施工期间加强围岩的观测，若发现变形过大，则增加临时仰拱采用I16型钢支撑，改为“CRD”工法施工。“CRD”工法施工步骤为：拱部超前小导管预注浆右侧导坑上台阶开挖，留核心土初期支护（包括侧壁临时支护）右侧导坑中间台阶开挖初期支护（包括侧壁临时支护及临时仰拱）左侧导坑上台阶开挖，留核心土初期支护左侧导坑中间台阶开挖初期支护（包括临时支护）右侧导坑下台阶开挖初期支护（包括侧壁临时支护）左侧导坑

13、下台阶开挖初期支护。参见附图4 “CRD”法开挖施工方法图。附图4 “CRD”开挖施工方法图3）连拱段隧道开挖施工因双连拱起点中间隔墙较薄，为使其能承受双联拱侧压力，必须先施作中隔墙。首先开挖导洞，导洞临时支护采用22砂浆锚杆，I16型钢网喷进行联合支护。当导洞开挖支护完成后，从导洞末端向竖井方向进行灌注中间隔墙混凝土。为防止左右线隧道顶拱衬砌混凝土的侧压力使中隔墙，发生水平位移，在中间隔墙两侧采用开挖土石方填实。左线小断面隧道采用短台阶法开挖支护施工。首先用超前小导管注浆，预以加固地层，当超前小导管所注水泥浆达到设计强度后开挖上半断面左或右部，软弱地层人工开挖，留核心土，较硬部分弱爆破，每次

14、开挖循环进尺0.5m。右线隧道开挖断面较大，采用“侧洞”工法分四部开挖支护施工，每部之间台阶长度57m。侧洞下半断面采用人工或钻爆法开挖，在施工主体结构的同时施工临时中壁支护。侧洞施工完后，先铺放部分仰拱及边墙防水层，绑扎钢筋，灌注仰拱及边墙二衬模筑砼，以后再挖中部上半断面，此时可立拱架模筑大跨度拱部模筑砼。拱部混凝土砌筑后，再挖中部下半断面，再灌注剩余部分的仰拱。连拱隧洞段开挖施工方法：拱部超前小导管预注浆中墙小导洞开挖中墙小导洞临时支护施作中墙钢筋混凝土3小断面 上台阶开挖（保留核心土）小断面 上台阶初期支护小断面 下台阶开挖小断面 下台阶初期支护小断面 施作防水层和砼衬砌8大断面 拱部超

15、前预注浆及左侧导坑上台阶开挖大断面 左侧导坑上台阶初期支护（包括临时支护）大断面 左侧导坑中间台阶开挖大断面 左侧导坑中间台阶初期支护（包括临时支护）大断面 左侧导坑下台阶开挖大断面 左侧导坑下台阶初期支护（包括临时支护）大断面 左侧导坑施作防水层和砼衬砌15大断面 右侧导坑上台阶开挖大断面 右侧导坑上台阶初期支护大断面 右侧导坑上台阶施作防水层和砼衬砌18大断面 右侧导坑下台阶开挖大断面 右侧导坑下台阶初期支护大断面 右侧导坑下台阶施作防水层和砼衬砌21。 附图5 连拱隧洞开挖施工方法图4）喇叭口段开挖施工喇叭口地段所在桩号为右线支YCK5+621.985YCK5+724.615，全长102

16、63m，所在地段综合围岩类型为类。连接两条隧洞的中间隔墙在中部最薄为1.0m，为使其能承受双联拱侧压力，必须先施作中隔墙。喇叭口段开挖施工方法：左侧中墙拱部42超前注浆小导管左侧上半断面环形开挖预留核心土，初期支护闭和成环（包括初喷砼、立钢架、挂网钢筋、施工锚杆、喷混凝土、中隔墙支护、临时仰拱支护等）左侧中墙下半断面开挖，初期支护闭合成环（包括初喷混凝土、立钢架、挂网钢筋、施工锚杆、喷混凝土、中隔墙支护、临时仰拱支护等）左侧隧道拱部42超前注浆小导管开挖、支护左侧隧道上半断面（同左侧）开挖、支护左侧隧道下半断面（同左侧）中墙钢筋混凝土灌注右线拱部42超前注浆小导管右线上半断面环形开挖预留核心

17、土，初期支护闭和成环，同左线右线下半断面环形开挖预留核心土，初期支护闭和成环，同左线。附图6 喇叭口段开挖施工方法图（3）隧洞混凝土衬砌衬砌后典型标准断面为5.25.8m马蹄型断面，衬厚0.3m。大跨度非标准断面为5.65.9m18.212.5m马蹄型断面，衬厚0.3m0.9m。区间隧道主体结构采用防水钢筋混凝土，混凝土标号C25，抗渗标号S8。1）模板选用：在大跨度、喇叭口隧道地段和不规则渡线段采用人工组合钢模或木模板衬砌，支撑采用钢管、方木、衬砌拱架等，每次衬砌长度3.06.0m。区间隧道标准线路采用模板台车，衬砌长度9.0m。2）钢筋制安：钢筋在隧洞外的钢筋加工厂制作成型，运输至施工工作

18、面，人工安装，钢筋制作与安装满足有关规范要求。3）混凝土入仓浇筑：结构混凝土采用商品混凝土，混凝土运输采用6.0m3混凝土搅拌车运输，自井口通过真空溜槽输送到井底的HB60混凝土输送泵内，泵送入仓，50软轴振捣器振捣密实。隧道两侧混凝土应均衡上升，两侧混凝土高差不大于50cm。同一浇筑块，在浇筑时左右对称均匀连续进行，加强振捣，在斜面（约3.3%）上浇筑混凝土从低处开始，浇筑面保持水平。单线隧道混凝土强度达到2.5Mpa时方可拆模，大跨隧道及喇叭口地段混凝土要求达到设计强度的70%时方可拆模。混凝土终凝后应及时养生，结构混凝土养生期不少于14天。附图7 隧洞衬砌施工方法图（4）隧道结构防水施工

19、本区间隧道防水设计等级为二级防水，区间隧道防水采用三道防水：第一道为初期支护喷射混凝土；第二道为柔性防水，即无纺布和1.5mm厚PVC防水板组成的防水层；第三道为刚性防水，即钢筋混凝土结构自防水。这里主要介绍第二道柔性防水施工方法，防水层的施工必须在初期支护稳定后进行，喷射混凝土基面要求平整；对喷射混凝土基面处理后，铺设防水板和土工布，搭接宽100mm； PVC防水板及无纺布一般由拱顶开始，向两边铺设，每两幅防水层用专用热合机焊接，接缝为双焊缝,焊接时加热时间和压力经现场试验确定；焊缝质量检查用5号注射针与压力表相接，用打气筒向双焊缝中间空腔充气，当压力达0.15MPa时停止，保持该压力时间不

20、少于2分钟，说明焊缝良好检查时，不要扎透防水层。（5）施工进度指标标书规定控制性工期为： 2002年9月15日开工， 2004年6月30日竣工，总工期为21.5个月。根据地质条件和施工条件，各类围岩、各种断面条件下的成洞指标如下：1）单线隧道开挖初支 ：类围岩：30m/月；类围岩：40m/月；2）单线隧道二衬：45 m/月；3）渡线段加宽断面开挖初支：25m/月；二衬45m/月；4）喇叭口连拱断面开挖初支：30m/月；二衬45m/月。结束语：七局作为水电行业施工的劲旅，在水电市场及众多领域开辟了广阔的市场，但在地铁施工方面尚未涉足。2002年，七局为开辟新的市场领域，参与广州地铁三号线2个标段投标，本人有幸参加本标施工组织设计，认真向老专家学习请教，不断探索创新，最终编制出高水平的标书。在众多单位角逐的情况下，我局的施工组织设计顺利通过专家和评委评审，获得一致好评，极大鼓舞了众多市场开发人向新的领域进军的信心。