廣州“紅層”地區(qū)洞樁法車站設計

林德強

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)中的應用，對后續(xù)類似工程有參考意義。

關鍵詞：洞樁法;地鐵;車站;設計;廣州“紅層”地質(zhì)

0 引言

洞樁法首先在20世紀90年代在北京地鐵復八線應用，經(jīng)過多年發(fā)展積累了大量經(jīng)驗，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下進行，可大范圍投入機械施工，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“明暗挖結合”、“分離島”等結構形式，車站使用功能較差，從十一號線流花路站開始，廣州地鐵建設陸續(xù)設計多個采用洞樁法施工車站，有必要及時進行總結，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砂巖、礫巖與粉細砂互層即廣州地區(qū)常見的“紅層”。其中，強風化層呈紅褐色、棕紅色，巖石結構大部分破壞，巖芯呈碎塊狀、半巖半土狀，遇水易軟化、崩解，巖石抗壓強度0.5 MPa～1.5 MPa;中風化巖層呈棕紅色，粉砂狀結構，中厚層狀構造，泥質(zhì)、鈣質(zhì)膠結，局部含礫石，巖質(zhì)極軟～較硬，巖體較破碎～較完整，其天然單軸抗壓強度值為7.4 MPa～36.3 MPa;微風化層呈棕紅色，粉砂狀結構，中厚層狀構造，泥質(zhì)、鈣質(zhì)膠結，局部含礫石，巖質(zhì)軟～較硬，巖體較完整，其天然單軸抗壓強度值為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風化帶和中風化帶中，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，標準斷面寬度為24.8 m，高16.75 m，采用洞樁法暗挖施工。

2 車站洞樁法設計

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

×9.8 m，后期風亭組基坑可利用部分支護樁節(jié)省投資，Ⅳ號豎井獨立設置，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支護樁加混凝土內(nèi)支撐的支護，環(huán)框量尺寸1.4 m×1.0 m，豎向布置間距4 m～5 m。

（2）施工橫通道設計：橫通道高約19 m～22.5 m，寬為6.0 m，設置四道中間橫隔壁，分5臺階逐層開挖，拱頂采用Φ42 mm間距0.3 m小導管前支護，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）小導洞設計：車站共設置4個小導洞，小導洞寬

4.6 m、高5.6 m拱頂采用Φ42間距0.3 m小導管超前支護，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）初支扣拱設計：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小導管超前支護，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）二襯結構設計：車站頂板厚0.9 m，中板厚0.5 mm，底板厚1.2 m，側墻厚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。框架柱與框架梁主要采用抗剪牛腿、抗拉牛腿及鋼板連接。

（6）基礎樁設計：框架柱基礎樁為直徑1.8 m嵌巖樁，樁端嵌固于中風化層深度不少于7 m、微風化層不少于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）邊樁與側壁設計：小導洞開挖揭露邊拱拱腳主要位于中風化地層、局部夾強風化層，實測巖石單軸抗壓強度達21 MPa～67 MPa，模擬拱腳有臨空面工況下的地基承載力試驗結果表明，拱腳位于中風化地層地基承載力滿足設計值要求，邊拱拱腳可不設置邊樁，設置了1.7 m寬×1.2 m高的條形基礎。當拱腳位于強風化地層時根據(jù)受力情況設置間距3 m～4.5 m直徑1.2 m邊樁，采用吊腳樁設計，樁端要求進入中板下開挖面下不少于2.5 m并且進入中微風化地層不少于1 m。邊墻側壁采用間距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。

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

置進行沉降、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施工側壁錨桿及錨噴混凝土層及時封閉掌子面，若變形不收斂及時采用空間錨桿、預應力錨索、內(nèi)支撐等措施加強側壁穩(wěn)定性，保證施工安全。

3 階段總結

（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，地表沉降最大點多分布于豎井及橫通道周邊，豎井開挖時地表沉降值接近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，局部需考慮進行注漿加固，若注意豎井及橫通道施工階段及時注漿堵漏，能把地表沉降控制得更好。

（2）車站頂拱處于強風化及中風化地層，原設計考慮采用機械及靜態(tài)爆破開挖，強風化地層采用機械開挖較合適，施工功效能滿足工期要求，但遇到中風化地層時由于無臨空面，采用靜態(tài)爆破效果不理想，采用機械法破巖由于洞內(nèi)狹窄，修邊困難，無法采用大功率機械，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械開挖成倍增加，但施工功效增加5倍以上，地表振動監(jiān)測值可控制在1 cm/s 內(nèi)，滿足規(guī)范要求，實踐證明在該地層下采用短進尺、弱爆破開挖可行，但對施工管理有更嚴格的要求。

（3）車站頂拱共設置了四個小導洞，小導洞施工時需在拱腳位置預留好連接節(jié)點與初支扣拱鋼架連接，拱頂初支扣拱施工時發(fā)現(xiàn)小導洞預留連接節(jié)點多無法使用。主要原因為，小導洞鋼架安裝精度差、施工時不注意測量定位、設計文件中明確沒有要求控制各小導洞格柵鋼架的安裝里程要一直等，導致實際施工小導洞格柵鋼架忽左忽后、忽上忽下、忽前忽后，導致導洞間初支扣拱施工時拱部格柵鋼架無法與留節(jié)點連接，只能采用L型短鋼筋焊接連接。

4 結語

雖然本車站尚未施工完畢，但按以往洞樁法施工經(jīng)驗，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)”強風化、中風化、微風化地層中是適用的，但在該地層中車站初支結構、二襯結構、邊樁、中間結構柱等結構受力情況尚待研究，本車站已布設相關結構內(nèi)力及變形監(jiān)測點，后續(xù)施工能陸續(xù)得到相關數(shù)據(jù)，以求研究在該地質(zhì)情況下的結構受力情況，優(yōu)化設計，尋求適合廣州地區(qū)的“洞樁法”。