广州“红层”地区洞桩法车站设计

林德强

摘 要：以广州地铁十一号线某地铁车站为例，简述洞桩法在广州“红层”地质中的应用，对后续类似工程有参考意义。

关键词：洞桩法;地铁;车站;设计;广州“红层”地质

0 引言

洞桩法首先在20世纪90年代在北京地铁复八线应用，经过多年发展积累了大量经验，目前洞桩法已成为大跨暗挖施工的主流工法。其工法原理类似于盖挖法：在小导洞内施工桩、柱及顶板，首先形成了以桩、柱、顶板为主的大刚度框架支撑体系，后续大面积开挖工作在拱盖保护下进行，可大范围投入机械施工，施工安全、适合大跨、多跨暗挖施工。以往广州地区暗挖车站多采用“明暗挖结合”、“分离岛”等结构形式，车站使用功能较差，从十一号线流花路站开始，广州地铁建设陆续设计多个采用洞桩法施工车站，有必要及时进行总结，以供后续类似工程参考借鉴。

1 工程概况

地质概况：车站场地地貌为珠江三角洲海陆交互相沉积平原地貌，覆盖层为新生界第四系，岩层为白垩系上统大塱山组三元里段（K2d1）：岩性主要为杂色砾岩夹暗紫红色粉细砂岩、砾岩与粉细砂互层即广州地区常见的“红层”。其中，强风化层呈红褐色、棕红色，岩石结构大部分破坏，岩芯呈碎块状、半岩半土状，遇水易软化、崩解，岩石抗压强度0.5 MPa～1.5 MPa;中风化岩层呈棕红色，粉砂状结构，中厚层状构造，泥质、钙质胶结，局部含砾石，岩质极软～较硬，岩体较破碎～较完整，其天然单轴抗压强度值为7.4 MPa～36.3 MPa;微风化层呈棕红色，粉砂状结构，中厚层状构造，泥质、钙质胶结，局部含砾石，岩质软～较硬，岩体较完整，其天然单轴抗压强度值为11.4 MPa～57.1 MPa。隧道开挖主要受层状基岩裂隙水影响，层状基岩裂隙水主要赋存在碎屑岩的强风化带和中风化带中，由于岩石裂隙发育不均匀，并且大部分被泥质充填，地下水赋存条件较差，但局部裂隙发育地段，裂隙水丰富。

车站概况：车站位于人民北路与流花路交叉路口，沿人民北路南北走向设置，路面交通繁忙，管线、建筑物密集，车站下穿了大型雨污合流渠箱、φ1 200铸铁给水管、110 kV 电缆、大型过街隧道及两座过街天桥，考虑采用全暗挖法施工。车站全长约696 m，站前配线长约420 m，其中车站主体长276 m，为地下二层三跨岛式车站，拱顶埋深约19 m，标准断面宽度为24.8 m，高16.75 m，采用洞桩法暗挖施工。

2 车站洞桩法设计

（1）施工竖井设计：车站两端Ⅳ、Ⅵ号竖井结合风亭组基坑设计，竖井基坑平面尺寸分别14.4 m×10 m，13.5 m

×9.8 m，后期风亭组基坑可利用部分支护桩节省投资，Ⅳ号竖井独立设置，基坑平面尺寸8 m×9 m。竖井深36 m～39 m，均采用Φ1.0 m@1.2 m支护桩加混凝土内支撑的支护，环框量尺寸1.4 m×1.0 m，竖向布置间距4 m～5 m。

（2）施工横通道设计：横通道高约19 m～22.5 m，宽为6.0 m，设置四道中间横隔壁，分5台阶逐层开挖，拱顶采用Φ42 mm间距0.3 m小导管前支护，初支格栅钢架间距0.5 m，C25喷射混凝土0.3 m厚，腰部采用3.0 m长间距1 m×1 m系统锚杆。

（3）小导洞设计：车站共设置4个小导洞，小导洞宽

4.6 m、高5.6 m拱顶采用Φ42间距0.3 m小导管超前支护，隧洞采用台阶法开挖， 初支格栅钢架间距0.75 m（Ⅳ级围岩）、0.5 mm（Ⅴ级围岩），C25喷射混凝土0.3 m厚。

（4）初支扣拱设计：中间拱开挖跨度4.6 m，边拱5.3 m

～8 m，埋深约19 m，拱顶采用Φ108间距0.4 m+Φ42间距

0.4 m小导管超前支护，采用台阶法开挖，初支格栅钢架间距0.75 m（Ⅳ级围岩）、0.5 mm（Ⅴ级围岩），C25喷射混凝土0.35 mm。

（5）二衬结构设计：车站顶板厚0.9 m，中板厚0.5 mm，底板厚1.2 m，侧墙厚1.0 m;顶纵梁1.6 m×2.6 m，中纵梁

1.6 m×1.0 m，底纵梁1.6 m×2.8 m，车站梁板均采用C35（P12）混凝土;车站设置两排框架柱，横向柱距7.6 m，纵向柱距8.4 m～9.2 m，采用直径1.2 m壁厚20 mm钢管混凝土柱，主内灌注C50微膨胀混凝土。框架柱与框架梁主要采用抗剪牛腿、抗拉牛腿及钢板连接。

（6）基础桩设计：框架柱基礎桩为直径1.8 m嵌岩桩，桩端嵌固于中风化层深度不少于7 m、微风化层不少于4 m，桩身主要在岩层中采用水磨钻抽芯人工挖孔桩工艺，施工效率约0.5～0.8 m/天。

（7）边桩与侧壁设计：小导洞开挖揭露边拱拱脚主要位于中风化地层、局部夹强风化层，实测岩石单轴抗压强度达21 MPa～67 MPa，模拟拱脚有临空面工况下的地基承载力试验结果表明，拱脚位于中风化地层地基承载力满足设计值要求，边拱拱脚可不设置边桩，设置了1.7 m宽×1.2 m高的条形基础。当拱脚位于强风化地层时根据受力情况设置间距3 m～4.5 m直径1.2 m边桩，采用吊脚桩设计，桩端要求进入中板下开挖面下不少于2.5 m并且进入中微风化地层不少于1 m。边墙侧壁采用间距1.2 m×1.2 m梅花型布置3.5 m长系统锚杆及200 mm厚挂网喷射混凝土层支护。

（8）主体开挖措施：地下一层开挖时拱脚形成临空面为主体开挖不利工况，需补充以下措施：1）主体开挖时在拱脚下临空侧壁留岩肩保持主体拱脚地基承载力，开挖发现有软弱地层及时进行注浆加固;2）对拱脚、拱顶、侧壁位

置进行沉降、收敛等位移变形监测，通过位移监测信息化施工控制岩肩高度、厚度和纵向长度，分段开挖岩肩并及时施工侧壁锚杆及锚喷混凝土层及时封闭掌子面，若变形不收敛及时采用空间锚杆、预应力锚索、内支撑等措施加强侧壁稳定性，保证施工安全。

3 阶段总结

（1）现阶段车站拱顶扣拱施工已过半，地面沉降监测值30 mm～60 mm，拱顶沉降10 mm～20 mm，净空收值在6 mm内。广州地区多淤泥层及软塑、可塑性黏土层极容易引起失水沉降，地表沉降最大点多分布于竖井及横通道周边，竖井开挖时地表沉降值接近30 mm，横通道开挖后35 mm，车站顶拱开挖引起的地表沉降只有约20 mm～30 mm，控制比较好，但总的地表沉降值已超过规范规定的60 mm控制值，局部需考虑进行注浆加固，若注意竖井及横通道施工阶段及时注浆堵漏，能把地表沉降控制得更好。

（2）车站顶拱处于强风化及中风化地层，原设计考虑采用机械及静态爆破开挖，强风化地层采用机械开挖较合适，施工功效能满足工期要求，但遇到中风化地层时由于无临空面，采用静态爆破效果不理想，采用机械法破岩由于洞内狭窄，修边困难，无法采用大功率机械，功效也很慢，平均功效只有约0.3 m每天，采用微差爆破开挖后，拱顶及地表沉降速率相对机械开挖成倍增加，但施工功效增加5倍以上，地表振动监测值可控制在1 cm/s 内，满足规范要求，实践证明在该地层下采用短进尺、弱爆破开挖可行，但对施工管理有更严格的要求。

（3）车站顶拱共设置了四个小导洞，小导洞施工时需在拱脚位置预留好连接节点与初支扣拱钢架连接，拱顶初支扣拱施工时发现小导洞预留连接节点多无法使用。主要原因为，小导洞钢架安装精度差、施工时不注意测量定位、设计文件中明确没有要求控制各小导洞格栅钢架的安装里程要一直等，导致实际施工小导洞格栅钢架忽左忽后、忽上忽下、忽前忽后，导致导洞间初支扣拱施工时拱部格栅钢架无法与留节点连接，只能采用L型短钢筋焊接连接。

4 结语

虽然本车站尚未施工完毕，但按以往洞桩法施工经验，扣拱施工成功对于洞法工艺来说已成功大半，初步证明洞桩法在广州地区 “红层地质”强风化、中风化、微风化地层中是适用的，但在该地层中车站初支结构、二衬结构、边桩、中间结构柱等结构受力情况尚待研究，本车站已布设相关结构内力及变形监测点，后续施工能陆续得到相关数据，以求研究在该地质情况下的结构受力情况，优化设计，寻求适合广州地区的“洞桩法”。