廣州“紅層”地區(qū)洞樁法車站設(shè)計(jì)

林德強(qiáng)

摘 要：以廣州地鐵十一號線某地鐵車站為例，簡述洞樁法在廣州“紅層”地質(zhì)中的應(yīng)用，對后續(xù)類似工程有參考意義。

關(guān)鍵詞：洞樁法;地鐵;車站;設(shè)計(jì);廣州“紅層”地質(zhì)

0 引言

洞樁法首先在20世紀(jì)90年代在北京地鐵復(fù)八線應(yīng)用，經(jīng)過多年發(fā)展積累了大量經(jīng)驗(yàn)，目前洞樁法已成為大跨暗挖施工的主流工法。其工法原理類似于蓋挖法：在小導(dǎo)洞內(nèi)施工樁、柱及頂板，首先形成了以樁、柱、頂板為主的大剛度框架支撐體系，后續(xù)大面積開挖工作在拱蓋保護(hù)下進(jìn)行，可大范圍投入機(jī)械施工，施工安全、適合大跨、多跨暗挖施工。以往廣州地區(qū)暗挖車站多采用“明暗挖結(jié)合”、“分離島”等結(jié)構(gòu)形式，車站使用功能較差，從十一號線流花路站開始，廣州地鐵建設(shè)陸續(xù)設(shè)計(jì)多個(gè)采用洞樁法施工車站，有必要及時(shí)進(jìn)行總結(jié)，以供后續(xù)類似工程參考借鑒。

1 工程概況

地質(zhì)概況：車站場地地貌為珠江三角洲海陸交互相沉積平原地貌，覆蓋層為新生界第四系，巖層為白堊系上統(tǒng)大塱山組三元里段（K2d1）：巖性主要為雜色礫巖夾暗紫紅色粉細(xì)砂巖、礫巖與粉細(xì)砂互層即廣州地區(qū)常見的“紅層”。其中，強(qiáng)風(fēng)化層呈紅褐色、棕紅色，巖石結(jié)構(gòu)大部分破壞，巖芯呈碎塊狀、半巖半土狀，遇水易軟化、崩解，巖石抗壓強(qiáng)度0.5 MPa～1.5 MPa;中風(fēng)化巖層呈棕紅色，粉砂狀結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，泥質(zhì)、鈣質(zhì)膠結(jié)，局部含礫石，巖質(zhì)極軟～較硬，巖體較破碎～較完整，其天然單軸抗壓強(qiáng)度值為7.4 MPa～36.3 MPa;微風(fēng)化層呈棕紅色，粉砂狀結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，泥質(zhì)、鈣質(zhì)膠結(jié)，局部含礫石，巖質(zhì)軟～較硬，巖體較完整，其天然單軸抗壓強(qiáng)度值為11.4 MPa～57.1 MPa。隧道開挖主要受層狀基巖裂隙水影響，層狀基巖裂隙水主要賦存在碎屑巖的強(qiáng)風(fēng)化帶和中風(fēng)化帶中，由于巖石裂隙發(fā)育不均勻，并且大部分被泥質(zhì)充填，地下水賦存條件較差，但局部裂隙發(fā)育地段，裂隙水豐富。

車站概況：車站位于人民北路與流花路交叉路口，沿人民北路南北走向設(shè)置，路面交通繁忙，管線、建筑物密集，車站下穿了大型雨污合流渠箱、φ1 200鑄鐵給水管、110 kV 電纜、大型過街隧道及兩座過街天橋，考慮采用全暗挖法施工。車站全長約696 m，站前配線長約420 m，其中車站主體長276 m，為地下二層三跨島式車站，拱頂埋深約19 m，標(biāo)準(zhǔn)斷面寬度為24.8 m，高16.75 m，采用洞樁法暗挖施工。

2 車站洞樁法設(shè)計(jì)

（1）施工豎井設(shè)計(jì)：車站兩端Ⅳ、Ⅵ號豎井結(jié)合風(fēng)亭組基坑設(shè)計(jì)，豎井基坑平面尺寸分別14.4 m×10 m，13.5 m

×9.8 m，后期風(fēng)亭組基坑可利用部分支護(hù)樁節(jié)省投資，Ⅳ號豎井獨(dú)立設(shè)置，基坑平面尺寸8 m×9 m。豎井深36 m～39 m，均采用Φ1.0 m@1.2 m支護(hù)樁加混凝土內(nèi)支撐的支護(hù)，環(huán)框量尺寸1.4 m×1.0 m，豎向布置間距4 m～5 m。

（2）施工橫通道設(shè)計(jì)：橫通道高約19 m～22.5 m，寬為6.0 m，設(shè)置四道中間橫隔壁，分5臺階逐層開挖，拱頂采用Φ42 mm間距0.3 m小導(dǎo)管前支護(hù)，初支格柵鋼架間距0.5 m，C25噴射混凝土0.3 m厚，腰部采用3.0 m長間距1 m×1 m系統(tǒng)錨桿。

（3）小導(dǎo)洞設(shè)計(jì)：車站共設(shè)置4個(gè)小導(dǎo)洞，小導(dǎo)洞寬

4.6 m、高5.6 m拱頂采用Φ42間距0.3 m小導(dǎo)管超前支護(hù)，隧洞采用臺階法開挖， 初支格柵鋼架間距0.75 m（Ⅳ級圍巖）、0.5 mm（Ⅴ級圍巖），C25噴射混凝土0.3 m厚。

（4）初支扣拱設(shè)計(jì)：中間拱開挖跨度4.6 m，邊拱5.3 m

～8 m，埋深約19 m，拱頂采用Φ108間距0.4 m+Φ42間距

0.4 m小導(dǎo)管超前支護(hù)，采用臺階法開挖，初支格柵鋼架間距0.75 m（Ⅳ級圍巖）、0.5 mm（Ⅴ級圍巖），C25噴射混凝土0.35 mm。

（5）二襯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：車站頂板厚0.9 m，中板厚0.5 mm，底板厚1.2 m，側(cè)墻厚1.0 m;頂縱梁1.6 m×2.6 m，中縱梁

1.6 m×1.0 m，底縱梁1.6 m×2.8 m，車站梁板均采用C35（P12）混凝土;車站設(shè)置兩排框架柱，橫向柱距7.6 m，縱向柱距8.4 m～9.2 m，采用直徑1.2 m壁厚20 mm鋼管混凝土柱，主內(nèi)灌注C50微膨脹混凝土?？蚣苤c框架梁主要采用抗剪牛腿、抗拉牛腿及鋼板連接。

（6）基礎(chǔ)樁設(shè)計(jì)：框架柱基礎(chǔ)樁為直徑1.8 m嵌巖樁，樁端嵌固于中風(fēng)化層深度不少于7 m、微風(fēng)化層不少于4 m，樁身主要在巖層中采用水磨鉆抽芯人工挖孔樁工藝，施工效率約0.5～0.8 m/天。

（7）邊樁與側(cè)壁設(shè)計(jì)：小導(dǎo)洞開挖揭露邊拱拱腳主要位于中風(fēng)化地層、局部夾強(qiáng)風(fēng)化層，實(shí)測巖石單軸抗壓強(qiáng)度達(dá)21 MPa～67 MPa，模擬拱腳有臨空面工況下的地基承載力試驗(yàn)結(jié)果表明，拱腳位于中風(fēng)化地層地基承載力滿足設(shè)計(jì)值要求，邊拱拱腳可不設(shè)置邊樁，設(shè)置了1.7 m寬×1.2 m高的條形基礎(chǔ)。當(dāng)拱腳位于強(qiáng)風(fēng)化地層時(shí)根據(jù)受力情況設(shè)置間距3 m～4.5 m直徑1.2 m邊樁，采用吊腳樁設(shè)計(jì)，樁端要求進(jìn)入中板下開挖面下不少于2.5 m并且進(jìn)入中微風(fēng)化地層不少于1 m。邊墻側(cè)壁采用間距1.2 m×1.2 m梅花型布置3.5 m長系統(tǒng)錨桿及200 mm厚掛網(wǎng)噴射混凝土層支護(hù)。

（8）主體開挖措施：地下一層開挖時(shí)拱腳形成臨空面為主體開挖不利工況，需補(bǔ)充以下措施：1）主體開挖時(shí)在拱腳下臨空側(cè)壁留巖肩保持主體拱腳地基承載力，開挖發(fā)現(xiàn)有軟弱地層及時(shí)進(jìn)行注漿加固;2）對拱腳、拱頂、側(cè)壁位

置進(jìn)行沉降、收斂等位移變形監(jiān)測，通過位移監(jiān)測信息化施工控制巖肩高度、厚度和縱向長度，分段開挖巖肩并及時(shí)施工側(cè)壁錨桿及錨噴混凝土層及時(shí)封閉掌子面，若變形不收斂及時(shí)采用空間錨桿、預(yù)應(yīng)力錨索、內(nèi)支撐等措施加強(qiáng)側(cè)壁穩(wěn)定性，保證施工安全。

3 階段總結(jié)

（1）現(xiàn)階段車站拱頂扣拱施工已過半，地面沉降監(jiān)測值30 mm～60 mm，拱頂沉降10 mm～20 mm，凈空收值在6 mm內(nèi)。廣州地區(qū)多淤泥層及軟塑、可塑性黏土層極容易引起失水沉降，地表沉降最大點(diǎn)多分布于豎井及橫通道周邊，豎井開挖時(shí)地表沉降值接近30 mm，橫通道開挖后35 mm，車站頂拱開挖引起的地表沉降只有約20 mm～30 mm，控制比較好，但總的地表沉降值已超過規(guī)范規(guī)定的60 mm控制值，局部需考慮進(jìn)行注漿加固，若注意豎井及橫通道施工階段及時(shí)注漿堵漏，能把地表沉降控制得更好。

（2）車站頂拱處于強(qiáng)風(fēng)化及中風(fēng)化地層，原設(shè)計(jì)考慮采用機(jī)械及靜態(tài)爆破開挖，強(qiáng)風(fēng)化地層采用機(jī)械開挖較合適，施工功效能滿足工期要求，但遇到中風(fēng)化地層時(shí)由于無臨空面，采用靜態(tài)爆破效果不理想，采用機(jī)械法破巖由于洞內(nèi)狹窄，修邊困難，無法采用大功率機(jī)械，功效也很慢，平均功效只有約0.3 m每天，采用微差爆破開挖后，拱頂及地表沉降速率相對機(jī)械開挖成倍增加，但施工功效增加5倍以上，地表振動(dòng)監(jiān)測值可控制在1 cm/s 內(nèi)，滿足規(guī)范要求，實(shí)踐證明在該地層下采用短進(jìn)尺、弱爆破開挖可行，但對施工管理有更嚴(yán)格的要求。

（3）車站頂拱共設(shè)置了四個(gè)小導(dǎo)洞，小導(dǎo)洞施工時(shí)需在拱腳位置預(yù)留好連接節(jié)點(diǎn)與初支扣拱鋼架連接，拱頂初支扣拱施工時(shí)發(fā)現(xiàn)小導(dǎo)洞預(yù)留連接節(jié)點(diǎn)多無法使用。主要原因?yàn)椋?dǎo)洞鋼架安裝精度差、施工時(shí)不注意測量定位、設(shè)計(jì)文件中明確沒有要求控制各小導(dǎo)洞格柵鋼架的安裝里程要一直等，導(dǎo)致實(shí)際施工小導(dǎo)洞格柵鋼架忽左忽后、忽上忽下、忽前忽后，導(dǎo)致導(dǎo)洞間初支扣拱施工時(shí)拱部格柵鋼架無法與留節(jié)點(diǎn)連接，只能采用L型短鋼筋焊接連接。

4 結(jié)語

雖然本車站尚未施工完畢，但按以往洞樁法施工經(jīng)驗(yàn)，扣拱施工成功對于洞法工藝來說已成功大半，初步證明洞樁法在廣州地區(qū) “紅層地質(zhì)”強(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化、微風(fēng)化地層中是適用的，但在該地層中車站初支結(jié)構(gòu)、二襯結(jié)構(gòu)、邊樁、中間結(jié)構(gòu)柱等結(jié)構(gòu)受力情況尚待研究，本車站已布設(shè)相關(guān)結(jié)構(gòu)內(nèi)力及變形監(jiān)測點(diǎn)，后續(xù)施工能陸續(xù)得到相關(guān)數(shù)據(jù)，以求研究在該地質(zhì)情況下的結(jié)構(gòu)受力情況，優(yōu)化設(shè)計(jì)，尋求適合廣州地區(qū)的“洞樁法”。