城市副中心交通枢纽岩土工程施工技术.pdf
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1、北京城市副中心亚洲最大交通枢纽岩土工程施工技术 2022年03月北京建工:张治华 目目 录录 CONTENT CONTENT一、项目概况一、项目概况二、基坑工程设计方案二、基坑工程设计方案三、基坑工程施工三、基坑工程施工一、项目概况一、项目概况项目位于城市副中心核心区项目位于城市副中心核心区0101组团组团01010101街区内(杨坨地区),地处东六环、街区内(杨坨地区),地处东六环、北运河与现状京哈铁路围合的三角地内,距离北京行政办公区约北运河与现状京哈铁路围合的三角地内,距离北京行政办公区约1 1公里。公里。项目构成项目构成n两条城际铁路(京唐、城际联络线);n三条轨道交通线路(平谷线、M
2、101线、M6线)n组成东部地区大型全地下、多层次综合交通枢纽。36公顷先期实公顷先期实施范围施范围先期实施范围先期实施范围36公顷公顷 规划范围规划范围70公顷公顷项目背景项目背景城市副中心交通枢纽位于副中心整体空间的核心位置,是北京城市总体规划中提出的十个全国客运枢纽之一。作为城市副中心三年行动计划的重点建设项目,在解决好副中心职住平衡,避免大进大出,完善交通配套等方面具有重要意义,是城市副中心的对外交通门户,是引领城市功能优化的活力引擎。副中心站及隧道夹在北运河和运潮碱河两河之间,从西向东下穿既有的地铁6号线盾构区间、芙蓉东路、玉带河大街、六环西侧路、东六环四条现状道路。再向东下穿古路县
3、县城遗址。线路北侧是既有京哈铁路,站台区最外侧线路与京哈线路中心距离是44m。四条既有道路在与副中心相交部位,都是下拉槽。在场区的东南侧,六环西侧路西侧,有紫运南里小区,有6栋21、22层左右的高层住宅。重大管线主要有芙蓉东路西侧的高压电力塔,六环东侧直径1m的超高压燃气。车站埋深:-33m,地下三层方案。控制点:下穿北运河采取盾构方案,需要满足河道与铁路运营要求。(纵坡 17)控制点:下穿6号线距离需要满足运营安全要求。(间距2.5m)控制点:西咽喉区上坡进站(17),需要满足铁路运营要求。控制点:东段区间下穿路县故城遗址需要满足文物保护要求(10.711.9m)。京唐:17下穿北运河后下穿
4、6号线,17 上坡进站 京唐过文物:2.8 下坡城际联:17下穿北运河后下穿6号线,17上坡进站 城际联过文物:6 下坡接 23 下坡 地下三层:城际站台层,主要功能为站台、管理设备用房及轨行区;地下二层:城际车站的候车厅、出站通廊、旅服、管理设备用房;地下一层:城际车站的进站厅、旅服、管理设备用房;下沉夹层:公交站场、地铁换乘。铁路核心区,由城际车站、站外商业空间和室外工程三部分组成。主要使用功能介绍(1)东侧临近盾构井的双线和三线段采用明挖拱形结构,其余采用矩形框架混凝土结构。(2)矩形结构为三层结构,顶板覆土3.0m,密桩;拱形断面区域,顶板覆土约2025m,无桩。(3)站台区及西咽喉分
5、布有高层及裙房建筑。建筑高度为80100m,钢框架结构,东咽喉区为三层结构。长约长约1.8公里、宽最大约公里、宽最大约320m,东咽喉区长约,东咽喉区长约380m,西咽喉区长约,西咽喉区长约350m。2025年年2024年年2023年年2019年年12月月2020年年一期开工一期开工设备安装开工设备安装开工三期开工三期开工二期开工二期开工20202121年年6 6月月2021年年2022年年20202222年年1212月月20202 23 3年年1212月月工期计划:工期计划:主体工程完工主体工程完工20202 24 4年年1212月月基坑分三期施工,一期基坑2019年12月开工,工期约一年半
6、,二期基坑2021年6月开工,工期约一年半,三期基坑仅余六环路附近,2022年12月开工,工期约1年,设备、装修及试运营工期约一年。二二 基坑工程设计方案基坑工程设计方案 基坑设计原则和思路基坑设计原则和思路1、以工程安全为根本 本工程为目前国内最大的地下综合交通枢纽,工程社会影响巨大,一旦发身意外,工程损失巨大,设计与施工方案一定要确保安全,并注重考虑方案的可实施性。2、以地下水控制为主线 由于本工程埋深大,地下水位高,故地下水的控制对工程整体的安全和造价都有着巨大的影响,工程建设期间必须以地下水控制为主线,采取安全适用经济的措施控制地下水。3、以铁路保护为重点 本工程临近既有京哈铁路,距离
7、近,深度大,对铁路的保护是决定工程顺利进展的重中之重。必须把保证铁路的安全运营为工作的前提和重点。4、以降低造价为目的 副中心基坑工程工程量极大,基坑深度达到35m,土方达到近800万立方米,相应的工程造价相应的也高。设计过程中必须全程以控制和降低工程造价为目的,达到经济性的要求。5、全盘考虑,总体筹划 由于本工程总体规模大,包含国铁、地铁、地下商业开发、道路管线迁改等多项工程,单体大,体形差异大,工程实施应全盘考虑,总体筹划,以总体工程合理性为最高目标。6、因地制宜,化深为浅 本工程基坑开深度本工程基坑开深度35m,基坑南侧和西侧市政基坑深,基坑南侧和西侧市政基坑深22m,可以合理结合本工,
8、可以合理结合本工程在市政范围内位于坑中坑的的有利条件、合理安排开工顺序、将国铁基坑相对深程在市政范围内位于坑中坑的的有利条件、合理安排开工顺序、将国铁基坑相对深度变浅,节省投资,有利安全。度变浅,节省投资,有利安全。7、技术合理,永临结合 在基坑方案和围护构件选型过程中,始终追求方案最适宜、技术最合理的目标在基坑方案和围护构件选型过程中,始终追求方案最适宜、技术最合理的目标。支护体系设计中尽量考虑临时构件与永久构件结合,减少围护结构废弃。支护体系设计中尽量考虑临时构件与永久构件结合,减少围护结构废弃。8、关键技术、深入研究 本工程属于超深超大基坑,工程难度超大,需要采取超常规措施。对涉及到工本
9、工程属于超深超大基坑,工程难度超大,需要采取超常规措施。对涉及到工程方案成败的重难点关键技术进行深入研究,确保能够顺利实施。程方案成败的重难点关键技术进行深入研究,确保能够顺利实施。9、理论先导、实践结合 技术研究阶段要求进行充分论证分析,确定合理技术方案;有条件可设立试验技术研究阶段要求进行充分论证分析,确定合理技术方案;有条件可设立试验段,对本工程涉及到的关键技术先行实践,提前发现问题和解决方案,以确保主体段,对本工程涉及到的关键技术先行实践,提前发现问题和解决方案,以确保主体工程能够顺利实施。工程能够顺利实施。10、加强监测、做好应急 监控量测是安全施工的必要保障,是信息化设计与施工的基
10、础,施工过程中必监控量测是安全施工的必要保障,是信息化设计与施工的基础,施工过程中必须高度重视,并贯穿工程全过程。同时做好应急预案,确保工程万无一失。须高度重视,并贯穿工程全过程。同时做好应急预案,确保工程万无一失。基坑设计原则和思路基坑设计原则和思路 本基坑为超深超大的分级基坑,基坑总体平面面积约59公顷,其中以国铁部分基坑难度最高,站台区坑深32.5m,西咽喉区最深处达到37.5m。开发地块三层结构坑深约为16.5-25m,平谷线处坑深约32.5m。基坑的围护结构主要承受基坑卸载所产生的土压力和水压力并将此压力传递到支撑,是稳定基坑的一种施工临时措施。围护结构分为地下连续墙、钻孔灌注桩、土
11、钉墙三种结构形式,根据基坑的实施难度及水文地质的复杂性,推荐采用地下连续墙支护体系。基坑工程概况基坑工程概况 区为东咽喉拱形段,独立三层基坑;区为东咽喉矩形段、站台区及西咽喉东侧,北侧为与三层环隧基坑组成的共同基坑,南侧为与地铁负三层基坑相接的独立基坑(地铁后作);区为西咽喉西段,为外围地下二层商业开发基坑范围内的坑中坑,深度1621m。负三负二负三负三既有京哈区区区地质剖面概化图地质剖面概化图11m1625m杂填土1-0中砂 10中砂 10细砂4/6粉质粘土 2粉质粘土 11-1(厚度?11m)粉质粘土 10-1(厚度02m)中砂 10-3粉质粘土 9(厚度1.55m)细砂6粉质粘土 5(厚
12、度07m)粉土 2-132m现状潜水水位粉质粘土 7(厚度010m)细砂8粉质粘土 9(厚度15m)浅坑底深坑底地下空间浅基坑深度约16.525m;大铁深基坑深度32.5m;地质:地质:主要地层为第四系全新统人工堆积层(Q4ml)、第四系全新统冲洪积层(Q4al+pl)、第四系上更新统冲洪积层(Q3al+pl)水文水文:考虑年变幅12m,预判潜水水位埋深5m,运潮碱河与地下水之间存在水力联系,河水对潜水(二)层具有一定的补给作用场址范围内存在四层承压水,水头高度与潜水水位大致相同:按照最新水文地质成果:潜水水位9.0710.66,承压水(一)水头标高承压水(一)水头标高9.349.539.34
13、9.53;承压水(二)水头标高承压水(二)水头标高5.995.99;承压水(三)水头标高;承压水(三)水头标高3.253.62m3.253.62m;承压水(四)水头标高;承压水(四)水头标高-1.58-1.11-1.58-1.11;围护体形式比选围护体形式比选 根据本工程的基坑超深、地下水位高、地层以砂层为主的特点,可供选择的围护体形式主要有地下连续墙、钻孔灌注桩加止水帷幕、咬合钻孔灌注桩等形式,其中地连墙和咬合桩都兼具挡土和止水功能。按目前工程场地的地质条件,常规止水帷幕效果和能力都有问题。硬咬合工艺的咬合桩可适用本地层,但其截面固定,当需要较大围护体刚度时,只能采取增加桩直径的方式,并且硬
14、咬合机械还相对较少。本工程围护体推荐采用地连墙地连墙。围护型式优点缺点造价工期钻孔灌注桩1、采用机械施工,适应各种地层,施工进度可控制;2、结构刚度较大,利于地面及周边环境变形的控制;1、采用基坑内支撑体系时对施工有一定干扰;2、对城市环境有一定的影响;较高较长土钉墙1、结构简单,安全可靠,对主体结构施工无影响;2、施工简单,污染小,噪音低,对周边环境影响小。1、当基坑深度超过12米时,位移控制的难度及要求较高;2、放坡开挖需较大施工场地。低短地下连续墙1、结构整体性较好、较稳定2、可作为永久性结构;3、漏水点少,渗漏易处理;4、刚度大,地面沉降较小1、造价高;2、需要先进的生产设备;3、需要
15、足够的施工场地供大型机械的进出场和施工。高长地下水处理方案地下水处理方案 根据最新水文专项资料,第五含水层水头约为地面以下20m。按照这个水头计算,第五含水层顶板隔水层能够满足基底抗突涌要求。这样基坑地下水控制可以采用地连墙落到该隔水层、坑地连墙落到该隔水层、坑内设疏干降水井内设疏干降水井方案。不必再采用满堂封底加固。同时第五含水层顶板厚薄不一,地勘精度不够,需要考虑对该层进行局部补强局部补强措施。加固采用超级旋喷桩超级旋喷桩工艺。同时考虑到基坑整体体量较大,为保证坑内地下水控制效果,以200m维度加设素地连墙,对基坑进行分区止水。利用此层隔水利用此层隔水层抗突涌层抗突涌基坑上部方案基坑上部方
16、案 按照新的水文专项资料,基坑上部8m(地下水位以上,表层填土厚度)采用土钉墙支护。所有工程桩、地连墙、局部封底加固等均在-8m平台上施作。相当于空钻长度减少8m。区基坑围护方案区基坑围护方案 区基坑为窄条基坑,本段基坑宽度18.530m,有条件采用对撑。结构为单层拱形结构,对撑体系支撑刚度大,且稳定可靠。本段基坑围护体拟采用1.2m厚地下连续墙,内支撑采用混凝土撑和钢支撑相间形式。区基坑围护方案区基坑围护方案 东咽喉矩形结构段基坑为独立的三层结构到顶的基坑。基坑宽度为100m194m,且体量超大。不宜采用内支撑形式。可采用锚索、逆作、内支撑、中心岛等形式。经组合比选,推荐采用逆做的方案。1
17、1、逆作方案、逆作方案 基坑在地下一层采用顺做方案,放坡8米。地下二层顶板及地下三层顶板逆做。地下三层底板先实施中间部位,边跨约3跨预留反压土;随着地下三层两道支撑的架设,随挖随撑;最后实施剩余底板、拆除地下三层两道支撑,完成整个结构。方案优点:(1)充分利用主体结构梁板替代支撑,刚度大,基坑安全度高。(2)结构柱采用叠合柱或钢管柱,永临结合,方便施工,节省投资。方案问题:(1)逆做工法出土不易组织,施工难度大;(2)逆做工法工期可能较长。区基坑围护方案区基坑围护方案2 2、内支撑方案、内支撑方案 基坑在地下一层采用顺做方案,放坡8米。地下二层及地下三层采用内支撑方案。方案优点:(1)基坑顺做
18、,出土简单,施工难度小。(2)工期短。方案问题:(1)环撑范围内需一次施工完成;(2)支撑跨度达到近200米,刚度小,基坑变形大。IIIIII区基坑围护方案区基坑围护方案 III区为西咽喉西段,为外围地下二层商业开发基坑范围内的坑中坑,深度1318m。本区域基坑可作为单层独立基坑,整体宽度较窄,推荐采用地连墙加内支撑支护形式。区II区III区铁路保护专项方案铁路保护专项方案 本工程临近京哈铁路。本段京哈铁路为有砟轨道,客货混用铁路,最高设计时速160km/h。本工程京唐最外侧线路距离京哈最近线路距离62.7m,国铁基坑距离京哈正线约39.8m。0101标标0202标标0303标标0404标标0
19、1标(I、II、III区):01标平面范围包含玉带河大街以东国铁车站及东咽喉区、玉带河大街西侧邻近玉带河大街西侧约15m160m国铁车站范围。02标(IV区):02标平面范围包含玉带河大街至芙蓉路(包含芙蓉路)间国铁车站及西咽喉区、国铁车站南侧的平谷线车站及区间工程范围。03标(V区):03标平面范围包含芙蓉路以西枢纽地块范围内的开发工程,也包含了国铁西咽喉区的盾构井。04标(VI区):04标平面范围包含玉带河大街至芙蓉路之间国铁车站南侧的地块开发、换乘轴及地铁M101线车站范围。枢纽区域及标段划分枢纽区域及标段划分01标总建筑面积:约32万平方米合同工期:1553天三、基坑工程施工三、基坑工
20、程施工 北京建工现阶段建筑面积:3.6万主站台32-38轴约:2.万建筑面积:6万十六局现阶段建筑面积:2万II期10万中铁建设面积12.5万北京城市副中心站综合交通枢纽建工集团实施部分六环导改路六环西侧路导改路芙蓉东路导改路玉带河大街地连墙施工技术前期准备工艺流程导墙施工 导墙施工缝与地连墙分幅线严禁重合。为保证地下连续墙成槽时能顺利进行以及转角断面完整,导墙转角处最少应外延30cm保证导墙钢筋位置无误,要在导墙沟槽侧壁砸入定位筋后再进行导墙钢筋绑扎;模板表面必须涂刷脱模剂并保持清洁,为保证导墙侧壁垂直度,导墙模板内侧采用定性钢管支撑;为避免导墙模板发生位移,混凝土浇筑时从导墙两侧对称交替进
21、行,每侧浇筑厚度2030cm为宜。浇筑过程中留取同条件试块,为拆模及开槽时间提供依据。成槽施工抓斗测量放线 在施作好的导墙上划分出单元槽段,单元槽段划分要合理,充分考虑成槽机抓斗张开的最大尺寸、地连墙的厚度和深度等因素(确定:首开幅、闭合幅、连接幅),尽量减少闭合幅为保证成槽后钢筋笼能顺利下放到位。首开幅的开挖宽度=本幅槽段的分幅宽度+1m;连接幅的开挖宽度=本幅槽段的分幅宽度+0.5m;拐角处槽段划分要考虑抓斗张开时的最大尺寸。成槽机成槽成槽机抓槽顺序:先挖槽段两端的单孔,这就能使抓斗在挖单孔时均在土体中,吃力均衡,保证成槽垂直度。后挖隔墙。因为孔间隔墙的长度小于抓斗开斗长度,抓斗能套往隔墙
22、挖掘,抓斗两侧均无土,同样能使抓斗吃力均衡,有效地纠偏,保证成槽垂直度。沿槽长方向套挖。待单孔和孔间隔墙都挖到设计深度后,再沿槽长方向套挖,把抓斗挖单孔和隔墙时,因抓斗成槽的垂直度各不相同而形成的凹凸面修理平整,保证槽段横向有良好的直线性。挖除槽底沉渣。在抓斗沿槽长方向套挖的同时,把抓斗下放到槽段设计深度上挖除槽底沉渣。单位槽段成槽 成槽机成槽时及时补浆,防止塌方,一般要求泥浆液面高出地下水位1米以上,还应保持在导墙顶面以下3050cm。单位槽段成槽先抓两侧,后抓中间,转角处先抓长边后短边。抓斗两侧吃力要均衡。b)d、第三抓成槽第三抓第二抓c、第二抓成槽b)第一抓第一抓b)a)a、准备开挖的地
23、下连续墙沟槽b、第一抓成槽成槽施工抓斗成槽施工双轮铣双轮铣铣削施工示意图双轮铣铣削施工示意图双轮铣泥浆循环示意图双轮铣泥浆循环示意图已已澆澆注注混混凝凝土土一期槽段M B C 3 0已已澆澆注注混混凝凝土土一期槽段二期槽套铣接头二期槽套铣接头 2.80 mCutter2800Soil 2.20m68002800120028003.Soil28006800280012002800已澆注混凝土一期槽段已澆注混凝土一期槽段已澆注混凝土一期槽段已澆注混凝土一期槽段已澆注混凝土一期槽段3,土壤挖掘順序每側0.3m套銑每側0.3m套銑2800二期槽澆注混凝土二期槽開挖2.80m已澆注混凝土一期槽段土壤2.
24、20m2,一期槽1,一期槽已澆注混凝土一期槽段已澆注混凝土一期槽段已澆注混凝土一期槽段已澆注混凝土一期槽段已澆注混凝土一期槽段3,土壤挖掘順序每側0.3m套銑每側0.3m套銑2800二期槽澆注混凝土二期槽開挖2.80m已澆注混凝土一期槽段土壤2.20m2,一期槽1,一期槽每侧0.15m套铣每侧0.15m套铣土壤2.50m已浇筑混凝土一期槽段已浇筑混凝土一期槽段已浇筑混凝土一期槽段已浇筑混凝土一期槽段已浇筑混凝土一期槽段已浇筑混凝土一期槽段成槽施工槽段检测 槽段检验的内容 A、槽段的平面位置。B、槽段的深度。C、槽段的壁面垂直度。槽段检验的工具及方法 A、槽段平面位置偏差检测:用测锤实测槽段两端
25、的位置,两端实测位置线与该槽段分幅线之间的偏差即为槽段平面位置偏差。B、槽段深度检测:用测锤实测槽段左中右三个位置的槽底深度,三个位置的平均深度即为该槽段的深度。C、槽段壁面垂直度检测:用超声波测壁仪器在槽段内左中右三个位置上分别扫描槽壁壁面,扫描记录中壁面最底部凸出量或凹进量(以导墙面为扫描基准面)与槽段深度之比即为壁面垂直度,三个位置的平均值即为槽段壁面平均垂直度。也可检测槽壁端头的垂直度。清孔:地连墙常用二次清孔工艺有正循环法、气举反循环法。其中正循环法在钢筋笼吊装之后,利用导管向下泵送新鲜泥浆,顶起槽段内沉渣,循环泥浆进行沉淀池,再利用泥沙分离器处理;气举反循环法在钢筋笼吊装之前,细钢
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