编制单位：中建国际建设有限公司

主要执笔人：李国强、张进联、邓明胜、常学峰、于德水

1.前言

近几年，国内城市轨道交通建设蓬勃发展，浅埋暗挖车站的结构型式日趋科学合理，工程造价不断降低，结构使用功能与施工的安全度也不断提高。由于城市地铁车站浅埋暗挖洞桩法施工技术具有安全性较高、结构使用功能较好等诸多特点，而成为暗挖车站的首选技术。但是由于工程地质、水文地质、周边环境的影响，特别是车站主体结构群洞效应大多较为明显、工程成本和施工成本较高等特点，目前，城市地铁车站浅埋暗挖洞桩法施工技术的表现型式也多种多样，科学性和实用性尚未得到充分展现，高大断面洞室的开挖一直延续着多洞室开挖的理念。

我司结合当前地铁车站设计与施工的特点，经技术创新，研究开发了浅埋暗挖地铁车站高大洞室全断面开挖施工工法，不仅解决了钢支撑在地下洞室内的机械化吊装运输，而且实现了钢支撑技术与洞桩法施工技术在浅埋暗挖地铁车站工程中的首次组合应用，实现了高大断面洞室全断面开挖，给浅埋暗挖高大断面洞室“整体逆作、局部顺作”技术赋予了新的内涵。本工法施工工艺简捷，施工方法新颖，施工安全快速，在城市地铁建设中有着广阔的应用前景。

2.工法特点

高大断面中洞与左右两侧洞近距离且平行，立体交叉平行作业，施工组织科学合理，结构和围岩变形、地面沉降能够得到较好的控制，降低了施工安全风险。

高大断面中洞结构“整体顺作、局部逆作”。即先施工中洞拱部初支结构，施作拱部二衬结构；再进行中洞下部土方开挖与钢支撑安装，再从下往上施作中洞下部二衬结构（含中板结构）与钢支撑拆除，最后施作“后浇带”。

中洞拱部中段大台阶一次开挖，中洞拱部中段与两侧模筑初支结构的连接规范、快速。施工工艺简捷，施工更为安全、快速，施工作业环境得到了较大程度地改善，工程造价和施工成本得到了较大程度的降低。

“单轨移动天车（电葫芦）”系统的设计应用，从根本上解决了钢支撑、腰梁钢构件的洞内运输吊装，解决了钢支撑技术与洞桩法技术组合应用难题。

中洞钢支撑技术与洞桩法技术的首次组合应用，实现了中洞下部结构“纵向分台阶、横向中部拉槽”全断面一次开挖。

3.适用范围

本工法适用于浅埋暗挖法施工的各类软弱地层（如砂层、粉粘土层）工程条件下，城市地铁车站高大断面洞室的设计与施工。

4.工艺原理

本工法仍然遵循浅埋暗挖施工技术的“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”十六字方针。本工法的工艺原理以及主要施工技术，如下：

4.1 对高大断面中洞结构，采取“整体逆作、局部顺作”，即先施作拱部结构，再施作下部结构；拱部结构和下部结构，均按正常的从下向上的施工顺序施工。

在大跨洞室拱部施作大管棚，控制和防止大洞室拱部开挖过程中拱部围岩的坍塌。

大跨洞室拱部初支结构，两边拱在施工小导洞内模筑完成，拱部中段采用大台阶一次开挖、钢格栅一次架设、砼一次喷射完成。

采用洞内围护桩，作为大跨洞室下部结构的围护结构，实现对下部围岩的支挡防护；同时，通过桩顶冠梁，承担拱部围岩、拱部初支结构与二衬结构的自身荷载和施工动载，以及地面传递的竖向荷载，并承担部分施工中由围岩变形而产生的横向荷载。

对洞内围护桩设置钢支撑，以完善高大断面洞室（下部结构）围护结构体系；“单轨移动天车”系统的设计应用，较好地解决了钢支撑和腰梁等较大钢构件的洞内吊装运输，为大跨洞室下部结构全断面一次开挖提供了可能。

4.2 其他工艺原理与创新技术

对中侧洞间土体注浆预加固，提高近距离较大洞室之间未开挖土体的稳定性，有效地控制和减少了各洞室开挖过程中的变形。

后压浆技术以及反循环钻机的现场改制，不仅较大程度（30%）缩短了桩长，而且实现了洞内围护桩的机械成孔。

满堂脚手架+木模架+定型建筑钢模组合模架体系，施作各类断面二衬结构安全快速灵活，有利于组织施工流水。

5.施工工艺流程及工艺要点

5.1 施工工艺流程

车站主体工程的中洞结构，为暗挖双层单洞结构，其技术含量较高，施工难度大，施工风险大，是车站结构的核心，是车站主体结构施工管理的重点。高大断面中洞结构的施工步序，采取“整体逆作、局部顺作”。

                              图5-1  施工工艺流程图

5.2 施工工艺要点

本工法钢支撑技术在浅埋暗挖地铁车站结构设计和施工中应用，并实现了与洞桩法技术

的首次组合应用。同时，较好地应用了“桩端后压浆技术”，并对反循环钻机进行现场改装，实现了洞内灌注桩机械成孔；采用“导线定向、一次性跟管钻进”技术，较好地完成了110m超长大管棚施工；创新并较好地完成了中洞拱部中段大台阶全断面一次开挖；在注浆加固中侧洞间土体的条件下，采用“单轨移动天车”的创新技术，实现了高大断面中洞下部结构全断面开挖。（其他浅埋暗挖常规技术，在此从略）

5.2.1“改进型反循环钻机”施工导洞内围护桩

目前，在地下工程中，由于洞内空间和桩长的制约，洞内灌注桩一般的成孔方式均采用人工挖孔桩成孔。这样，不仅工效低、施工进度慢，而且施工安全风险大。要解决这一难题，首先是根据有限的洞内空间和地质情况选择钻机的类型，之后进行钻机轮廓尺寸和相应工作方法的改变；第二是尽可能缩短桩长。本工法采用了“改进型反循环钻机”，提高了施工效率，降低了施工风险，而且也大大降低了地下洞内围护桩的施工难度。

钻机的选型与改制

a 根据灌注桩穿越地层结构，选用类型适合的反循环钻机，如遇砂卵石地层可选用MD-50型。

b 根据施工小导洞初支结构净空尺寸对钻机进行现场改装，使之符合场地条件。

c 钢筋笼下放安装，采用改制后的钻机（钢管）锥形架，一般可通过1t卷扬机完成。

d 砼灌注，采用地泵输送，通过泵管直接将砼放到下料漏斗内，完成桩体砼灌注。

  1-中洞围护桩 

  2-中洞施工小导洞（初支结构）

  3-现场改装的反循环钻机

  4-灌注桩护筒

图5-2  改进反循环钻机示意图  

桩端后压浆技术应用

桩端后压浆技术是加固桩端土层、提高桩体承载能力的最佳方法。“后压浆技术”在地下洞内围护桩的成功应用，不仅缩短了桩长，降低了工程成本，而且也大大降低了地下洞内围护桩的施工难度。

5.2.2 高大断面拱部中段大台阶全断面一次开挖

中洞拱部初支结构由3段组成、分两步施工完成。由于大跨度中洞拱部中段结构型式非常“扁平”，开挖宽度大且高度小（矢高比小），技术含量高、施工难度较大，是本工法的施工关键。

高大断面中洞拱部中段初支结构施工中，拱部中段土方开挖、中段初支结构，以及中段初支结构与两侧“模筑边拱初支结构”的连接，是本工法的重点：

详见：图5-3 中洞拱部土方全断面开挖横断面图、图5-4 中洞拱部土方全断面开挖纵断面图。

初支结构

a初支结构由3段组成，两端初支结构在小导洞内模筑完成。在中洞中段未开挖的条件下，边拱初支结构格栅三维坐标的测量定位和施工控制尤为关键。施工中，应进行高精度测设，严格进行格栅三维立体坐标测设与复核，确保每榀初支钢格栅的精确定位。

b拱部初支格栅逐榀进行加工，入场前必须经过严格的检查验收。

c中洞拱部初支结构钢格栅，采取“中间节点栓接连接、两边节点焊接连接”的方式。

需要根据规范规定的钢筋焊接连接要求进行格栅钢筋的预留和搭接。

d格栅安装过程中，应严格控制格栅的安装与连接精度，确保同一榀格栅（若干节）之间不出现“死弯”，即在同一平面内并与水平面垂直、与洞室纵向轴线垂直。

e拱部中段与两边拱的连接处即中洞拱部拱腰附近，严禁出现下挠现象。

全断面一次开挖、初支结构一次成型

a 开挖时应严格执行浅埋暗挖的“十八字方针”，加强超前探测。

b严格执行“逐榀开挖”，严格控制开挖步距≯600mm。逐层（3步台阶）进行中洞拱部土方开挖，要严格控制上台阶掌子面的安全距离不得少于3m。

c 为降低施工风险，将拱部中段断面均分为3个部分，两侧部分先行开挖，中部稍稍滞后。在拱部中段土方开挖完成后，一次安装拱部中段两节钢格栅，并与两侧边拱初支钢格栅规范连接。

d 规范进行初支结构砼的拌制与喷射，并随时对中洞拱部初支结构背后“空穴”进行注浆充填；应特别注意施工小导洞内模筑边拱上方充填不到位的“空穴”。

1-中洞大管棚    2-中洞拱部初支结构

3-中洞拱部土方三步开挖 

4-中洞拱部上台阶核心土

5-施工小导洞    6-施工小导洞上部充填

7－小导洞内侧初支结构   

8-模筑中洞初支结构临时支撑

图5-3 中洞拱部土方全断面开挖横断面图

1-中洞拱部初支结构；2-拱部土方三步开挖；

3-拱部上台阶核心土；

4-端部风道二衬结构；

5-端部风道初支结构；

6-端部风道临时初支结构

图5-4 中洞拱部土方全断面开挖纵断面图

5.2.3、高大断面下部结构土方全断面开挖

对暗挖工程中的“直墙式深大基坑”结构，通常采用设置临时初支结构，进行“多层多洞室” 开挖。本工法实施全断面一次开挖的条件：（1）中侧洞间土体注浆加固完成；（2）大跨洞室拱部初支结构、二衬结构完成；（3）直墙式下部结构围护桩完成；（4）围护桩内侧设置横向钢支撑。 

在地下工程中，对较大型钢构件，通常采用的人工配合小型工具的搬运和安装方法，不仅工效低速度慢，而且极为不安全。“围护桩设置横向钢支撑”，是施工的难点和重点，是中洞下部结构能否实现“全断面开挖”的焦点所在。而本工法，通过在中洞拱部二衬结构上设计应用“单轨移动天车”系统，很好地解决了这一技术难题。

“单轨移动天车”

 “单轨移动天车”的设计应用，是“洞桩法”技术与“钢支撑”技术组合应用的关键，是中洞下部结构实施全断面开挖的关键；而且，在“立体交叉”平行作业的地下暗挖洞室内进行较大钢构件的吊装运输，其安全性和高效性尤为重要。见：图5-5 “单轨移动天车”结构示意图。

a在中洞拱部二衬结构施工中预埋“单轨移动天车”锚固件。单轨导梁与锚固件之间采用高强螺栓连接并焊接补强。

b锚固件的规格和锚固方式、锚固件的纵向分布间距、单轨梁与锚固件之间的连接方式和锚固点数量，需要通过计算确定。施工中，要确保锚固件的牢固性和可靠性。

c配置电缆，要确保其有效长度并固定牢固。洞内用电，需要精心设计和使用，增设必要的漏电、防水防潮措施。

1-中洞拱部预埋工字钢   

2-单轨移动5t电葫芦

5-中洞拱部二衬结构  

6-中洞拱部二衬结构钢筋

图5-5 “单轨移动天车”结构示意图

钢支撑安装与中洞下部结构土方开挖

a中洞下部结构土方开挖的方法为：竖向分层、纵向分台阶，单向推进、先撑后挖，中部拉槽、横向扩挖。随着中洞拱部二衬结构的完成和满堂脚手架的拆除，开始对第一层土方中部进行“拉槽”开挖，安装第一道钢支撑；之后，清除第一层剩余土方（横向扩挖），进行第二层土方中部“拉槽”开挖，安装第二道钢支撑；再清除第二层剩余土方（横向扩挖），对第三层土方进行中部“拉槽”开挖，安装第三道钢支撑；继续土方开挖直至“落底”。

　           1-中洞拱部预埋工字钢    2-单轨移动5t电葫芦   3-中洞三道钢支撑 

               4-中洞下部土方分层开挖中部拉槽  5-中洞围护桩  6-中洞施工小导洞  

图5-6  钢支撑安装与中洞下部结构土方开挖示意图（一）

1-中洞下部土方上轮廓线                      2-中洞下部土方下轮廓线

3-中洞下部土方纵向台阶式开挖  4-中洞三层钢支撑  5-中洞拱部初支结构

6-中洞拱部二衬结构      7-端部风道初支结构      8-端部风道二衬结构  

图5-7 钢支撑安装与中洞下部结构土方开挖示意图（二）

b 实施“中部纵向拉槽”开挖。为保证小型挖掘机作业，先对待开挖土体的中部进行开挖；务必保留两侧土方≮2m，以进行钢支撑和腰梁的安装。“中部纵向拉槽”的深度一般不超过3m，约为1/2钢支撑层距。两侧预留土方，在该区域钢支撑安装后开挖。

c 实施“竖向分层、纵向分块分台阶”，应保证合理的结构状态和合理的施工流水，及时安装腰梁和钢支撑。竖向，应严格控制开挖的层高不得超过钢支撑层距（一般3～5m），保证钢支撑的及时、逐层安装；纵向，一般控制每一流水段的长度不超过三道钢支撑的“覆盖”长度（一般6～8m），保证裸露桩体的范围不超过3根钢支撑。

d钢支撑和腰梁的安装，要及时、牢固。由于地下洞室内腰梁的受力比较复杂，应防止脱落事故的发生。

钢支撑拆除与二衬结构施工(见图5-8)

a二衬结构施工按照“纵向分块、竖向分层”的方式进行施工流水和平行作业。按柔性外包防水、钢筋安装、砼浇注的工序进行施工，按“底板、第三道钢支撑拆除与边墙、第二道钢支撑拆除与边墙和中板、第一道钢支撑拆除与边墙‘后浇带’”的步序进行施工。

b底板结构施工。纵向流水段长度一般可设为20～24m。竖向，须要考虑底板与边墙间施工缝设置要求，要考虑边墙二衬结构连接的外观质量。底板结构施工后，要及时进行满堂脚手架的搭设，以在第三道钢支撑拆除前对底板与边墙结合部位进行“回撑”。 

c边墙结构施工。纵向流水段长度一般可设为6～10m，要严格控制钢支撑的拆除数量。边墙结构施工完毕后，在拆除模板的同时，随时利用满堂脚手架和脚手架支托对墙体结构进行“回撑”，以保证已施结构的质量并实现“换撑”。

d “后浇带”一般采用横断面为“漏斗形”的模板型式，砼浇筑面高出墙体砼接缝≮10cm，以保证砼连接密实；在模架拆除后，用砼切割机将多出的素砼部分割除。

1-中洞拱部二衬结构  

2-中洞二衬中板结构

3-中洞下部二衬结构

4-中洞二衬结构施工缝

5-中洞二衬结构后浇带

6-中洞二衬结构底板砼垫层

7-中洞三道支撑（随二衬施工逐步拆除）

8-中洞下部二衬结构施工满堂脚手架

图5-8中洞下部二衬结构施工图

6.主要施工材料与设备

主要施工机械机具设备表               表6-1

本工法除了执行《地下铁道施工及验收规范》（GB50299-1999）和北京轨道交通《--工程施工质量验收标准》等有关规定和要求外，还应注意如下几个方面：

建立健全质量管理体系，设置项目质量总监，成立项目质量管理小组，完善质量管理制度与措施。

严格落实图纸会审与设计交底制度，坚持施工方案的项目负责人、公司技术负责人审批制度、安全负责人、监理工程师审批制度，坚持关键施工方案和重大风险源施工方案专家论证制度。

落实施工方案、质量标准交底制度，并加强落实程度的检查。

坚持工序质量检查检验，履行工序开工审批制度，做到上道工序质量不合格下道工序不开工。

积极开展现场科技攻关活动，不断优化与完善施工工艺和施工方法，保证施工质量、施工安全和施工效益。

加强施工监控量测管理，科学合理地布设监控检测网，制定监测工作程序和定时随时报告制度。

8.安全措施

    本工法的安全风险源或安全管理重点，有：围岩坍塌或地面塌陷、掌子面涌水、周边管线断裂、模架坍塌、洞口或洞内提升系统与作业、洞室内潮湿环境中安全用电管理等。本工法施工时，在积极响应和贯彻国家、地方（行业）有关安全法规的同时，应着重加强以下几个方面的工作：

建立健全安全管理体系，设置项目安全总监，成立安全监督管理小组，制定安全管理目标，完善安全管理程序和管理制度，加强安全检查巡视制度，划片包干责任到人，将安全事故与绩效考核挂钩。

建立与执行风险源管理制度，做到调研、跟踪、评估评比管理程序。

建立工序开工申请制度，做到设计有疑问不开工，周边环境调查不清不开工，没有施工方案或未经审批不开工，没有安全技术交底不开工。

加强安全警示、报告制度，配备安全设施，建立安全事故报告程序。

建立与执行“上下井”登记与销号制度。所有作业人员需配备必备的劳动保护用品。各种设备必须严格按安全操作规程进行操作，严禁违章作业。

加强洞内安全用电管理，所有用电设备及配电柜应安装漏电保护装置。施工现场实施定期安全用电检查和日巡查制度。

提升系统（井口、移动天车等），要有专项设计、专项安装方案，并经过专业机构审批、安全使用许可。

加强施工全过程监控量测，及时反馈监测信息，及时修正施工方案和施工组织。

总之，土方开挖过程中钢支撑的及时安装、二衬结构施工过程中钢支撑的拆除和及时“回撑”，是中洞下部结构施工的监控重点，是施工质量和施工安全管理的核心工作。

9.环保措施

创新与完善施工工艺和施工方法，采用一吹一抽两套通风设备，保证洞内空气流通，改善施工作业环境。

尽量不破坏原有的绿地、树木、花草等植被，科学布置现场施工围挡，保护自然环境。

加强道路硬化、材料覆盖、减少废气和烟尘排放，保护空气环境。

施工作业严格限定在规定的时间内进行，加强机械设备的选用、维修保养，以减少和控制施工噪声。

在现场设置沉淀池，对施工废水进行沉淀净化，不达标的废水不得排入市政污水管线。现场存放油料，必须对库房进行防渗漏处理，储存和使用都要采取措施，防止油料跑、冒、滴、漏、污染环境和水体。

生产生活垃圾及时清扫、清运，分类集中堆放，不随意倾倒；施工弃土按环保部门要求运至指定地点，并及时平整、碾压，保证不因大风下雨污染环境；加强废旧材料回收管理。

场地出口设洗车槽，并设专人对所有出场车辆进行冲洗达到标准；运土（垃圾）车辆，装土或垃圾应低于槽帮至少10cm并进行覆盖，严防遗撒污染道路，影响环境。

工程竣工后，恢复原有植被，防止水土流失，保持原有环境风貌的完整和美观。

10.效益分析

10.1 经济效益

该工法较大程度地降低了工程造价和施工成本，创造了较好的经济效益。

与中隔壁、眼镜法等分导洞开挖技术相比，中洞拱部中段大台阶一次开挖、中洞下部结构（中板以下）土方以“中部拉槽”的方式全断面从上向下逐层开挖，创造效益超过654万元。(仅计算了中洞拱部与下部结构减少的临时初支结构3746 m3的费用。)

与通常洞内钢支撑与腰梁人工搬运相比，中洞“单轨移动天车”（ 电葫芦自动运行系统）的设计使用，创造效益远超过102万元。(仅计算了3台10t吊车租赁一个月的费用和60道（设计为150道）钢支撑与腰梁的主材费用)。

与洞内人工挖孔桩相比，洞内围护桩创造效益314万元；洞内钻孔灌注桩的实施，创造效益211万元；桩端后压浆技术的应用，减小桩长4.8m，创造效益103万元。

合计创造效益超过1070万元（其他项目以及因工序交叉、工期延长而产生的材料费、机械费、劳务费、管理费等未计）。

10.2 技术效益

本工法，成功地实现了钢支撑技术与洞桩法技术的首次组合应用，有效地完成了洞内钻孔灌注桩及后压浆技术、洞内“单轨移动天车”系统、高大断面中洞拱部中段和下部结构全断面一次开挖等多项关键施工技术的创新与应用，实现了城市地铁车站浅埋暗挖技术新的突破。

10.3 社会效益

本工法大大降低了安全风险，较大程度地简化了施工工艺，减少了大量的临时喷射砼初支结构，较大程度地改善了地下施工作业环境，减少了大量钢筋、水泥等原材料的消耗，也避免了大量建筑垃圾的产生。

本工法，有效地压缩了主体工程的施工周期，在拆改移严重滞后、关键工序开工时间延迟半年多的情况下，按期完成了合同内光华路（金台夕照）站的施工任务，同时额外地完成了合同外双线2×500m国（国贸）～光（金台夕照站）区间的施工任务（该区间全长2×580m，包括暗挖、初支结构、外包防水及二衬结构），为北京地铁十号线“迎奥运”按期通车做出了一定的贡献。

11.应用实例

北京地铁十号线光华路（金台夕照）车站，主体工程结构为三洞近距离分离岛式，车站主体工程中部为单跨双层高大断面中洞，上层为站厅层，下层为站台层；中洞开挖断面为宽14.4m×高15.5m，洞长145.2m。站厅层设四个出入口至地面，从侧洞拱部结构穿过；站台层，设连通道与两侧行车侧洞相连。侧洞开挖断面为宽度10.81m×高9.435m。主体工程中、侧洞的两端为风道，与中洞、侧洞结构垂交。

该车站位于北京市东三环主路下，位于国贸繁华商务区，位于电视台新台址对面，地下管线多并年久失修渗漏水严重，周边环境极为复杂；特别是高大断面暗挖洞室并近距离结构，群洞效应极为明显；该车站04年4月1日开工、08年7月19日全部完工，且需要额外承担90%暗挖国光区间的施工任务，技术含量较高，施工安全风险大，施工组织极其困难，工期极为紧张。

本工法的应用，不仅较好地解决了多项施工技术难题，如期安全地完成了施工任务，工程质量优良，获得“结构‘长城杯’金奖”；同时，申请专利3项、创省部级优秀QC成果1项、于省部级杂志和专刊发表论文16篇，将浅埋暗挖城市地铁车站的设计与施工技术水平推向一个新的台阶，为以后的浅埋暗挖城市地铁车站设计与施工，提供了更为科学的成功的案例。

          1-中洞               2-左右侧洞           3-侧洞初支结构  

 4-侧洞二衬结构       5-中洞围护桩         6-桩顶冠梁

7-中洞拱部初支结构   8-中洞拱部二衬结构   9-中洞下部二衬结构

图11-1 近距离高大断面三洞分离岛式车站结构横断面图下载本文