车站主体明挖基坑结构施工方案.doc
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中铁三局集团北京地铁四号线工程05标段陶然亭车站主体明挖基坑结构施工方案
陶然亭车站主体明挖基坑结构施工方案
一、编制依据
1）北京地铁四号线05标段土建施工合同;
2）北京地铁四号线工程陶然亭车站主体围护结构施工设计图纸；
3）现场调查所获得的资料；
4）国家相关行业现行的技术规范、验收标准；
5）我公司在地铁领域和车站工程中的施工经验;
二、工程概况
陶然亭车站位于菜市口南大街与陶然亭路、白纸坊路交叉十字路口，呈南北向布置。
车站主体设计为地下二层两跨岛式站台车站。
设计起点为里程K5+411.25，终点里程K5+607.75，车站中心里程K5+490，全长196.5米。
车站地下一层为站厅层，地下二层为站台层，车站共设四个出入口，两个风道。
车站南、北两端为地下两层明挖结构，中间段为地下一层暗挖结构。
其中南端明挖段长55米，北端明挖段长94米，中间暗挖段长47.5米。
详见“图1北京地铁四号线5标段陶然亭车站施工总平面图”。
根据设计图纸和场地实际情况，车站主体结构在平面上分成南、北端与主体暗挖三大施工区域。
明挖主体结构由底板、站台板、中板、顶板以及侧墙和柱等构件组成。
详见“图2陶然亭车站主体明挖段主体结构横断面示意图”。
整个车站明挖主体结构采用顺作法施工，即自底部向顶部施工，其主体结构砼的施工程序为：
底部结构→边墙、柱→中板→顶板。
三、总体施工方案概述
南、北明挖基坑主体结构施工时，总体上分五步完成整个一环结构施工。
如下图所示：
3.1围护边桩及桩间支护施工
根据桩身穿过地层和地下水情况，经技术、经济、环境保护等综合比较，决定选择旋挖钻机进行钻孔灌注施工。
考虑到北端基坑比南端基坑工程量大，北端基坑采用2台旋挖钻机，南端基坑采用1台旋挖钻机。
采用间隔跳2根作法施工围护边桩，桩顶设钢筋砼冠梁。
桩间采用10cm厚网喷砼支护，随土方开挖，自上而下施工。
3.2.2土方开挖施工
南北基坑土方开挖主要采用挖掘机开挖，分别用3台反铲分别在三层台阶上接力开挖，后期少量土方采用垂直方式提升。
南端基坑由北向南开挖，北端基坑由南向北施工。
3.2.3基坑支撑体系施工
本车站基坑采用钢管支撑体系，采用龙门吊吊装，支撑方法为：
随土石开挖，自上而下施作，第一道支撑设在冠梁上，第二道支撑设在顶板以上1.2m，第三道支撑设在中板以上2.3m，第四道支撑设于底板以上2.2m。
钢管支撑依据设计计算施加预应力，并根据监控量测情况调整预应力，以确保基坑开挖安全。
四、施工场地布置及临时工程
4.1施工场地布置
为便于管理和高效组织生产,根据现场拆迁情况,施工场地按如下方案布置:
现场只设围护桩钢筋笼加工场地、临时砂、石料堆放场地、临时弃碴场、泥浆池、沉淀池等。
现场不设职工住宿，只设现场门卫，项目经理部主要管理人员办公在外租住，施工人员住宿也在外租住，乘上下班车换岗作业；
各施工场地平面布置详见“图3陶然亭车站主体明挖段基坑开挖施工场地布置图”。
4.2主要临时工程
4.2.1施工围挡
车站明挖施工围挡占道宽25.75m，南端长110m，北端长148m。
围挡迎车面设三角缓冲区，缓冲区长70m，缓冲区内设梯形花坛一道，花坛长20m。
为不影响路口视野，围挡靠近路口20m范围设铁丝网可视围挡。
考虑到施工安全，围挡全部采用I18a工字钢加固，I18a工字钢立柱间距1.5m,高出地面1m，立柱埋于600×600×600mm的混凝土基础内供风、供水、供电，埋深60cm。
详见“图4车站主体明挖段围挡加固施工图”。
4.2.2施工供风、供水、供电
1、临时供风、供电措施
考虑到车站东南、西北两个场地拆迁进度滞后，变压器不能及时安装。
前期拟临时采用200KW的柴油发电机供电，采用17m3/min的内燃空压机供风，以满足现场临时供电、供风等。
施工用水从从甲方提供的供水点接驳φ100mm供水管引至各生产区域。
2、施工供风、供水、供电
东南、西北场地拆迁完成后，施工供风、供水、供电均采用集中方式供给，即南端明挖集中从车站东南施工场地供给，北端明挖集中从车站西北施工场地供给：
1）施工供风：
南北基坑各配置一台21m3/min的电动空压机。
2）施工供水：
从甲方提供的供水点接驳φ100mm供水管，引至各生产、生活区域。
管路每100m设置一阀门。
车站施工用水以φ100mm供水管为主管路，φ42mm供水管为支管路，主体基坑四周每60m设置一阀门供生产用水。
另根据施工要求，在施工用水压力不足时，可在适当地点增设增压泵，以满足施工要求。
3）施工供电：
车站明挖施工用电拟分别从甲方提供的两台变压器（东南场地1台1000KVA、西北场地一台630KMA）接驳点引至各施工区域；另外为了满足施工期间意外停电的应急需要,车站配备一台200KVA发电机备用。
现场施工照明按以下方案实施：
（1）车站明挖基坑四周每30m设置一个塔灯，保证基坑照明，并配备足够的高压钠灯帮助局部照明。
（2）车站明挖结构施工时，每层结构隔50m增设一配电箱作为施工照明用电，配电箱设置良好的接地装置，有漏电开关，防止触电。
4.2.3临时弃碴场
本工程均在夜间出碴，白天开挖土方用挖掘机直接倒运至临时弃渣场，夜间集中装运到指定弃碴场,临时碴场位置和面积详见场地布置图，弃碴通过自卸汽车在夜间运输至弃土场。
4.2.4施工排水
施工场地沿主体基坑周边设排水沟，排水沟截面为400×400mm（宽×高），并每隔30m设置一沉淀池，沉淀池尺寸800×800×800mm，排水沟泛水坡度为1%，排水口通向不同的马路窨井。
施工废水经沉淀处理后排入市政排水系统。
4.2.5洗车槽
施工场地根据环境要求及施工要求设置大门,大门内侧设保安室，门口设洗车槽，洗车槽设蓄水池和沉淀池，以便车辆外出时清洗，确保不带泥上路,不污染城市交通道路。
4.2.6基坑护栏
基坑顶四周设置防护栏杆，高1.2m，采用φ42钢管制作，管间采用扣件连接，并涂刷成红白相间的警戒色。
在基坑四角安设钢爬梯，供施工人员上下。
五、施工计划
5.1施工进度计划
5.1.1主要施工工序时间及进度指标分析
车站基坑开挖工序时间及进度指标分析表
编号
工作名称
工时（d）
指标分析
1
施工准备
30
主要包括施工准备、临建等
2
南、北基坑围护桩
北端50天，南端70天
南端132根,北端194根,共326根。
进度指标2根/台·天,北端采用2台旋挖钻机，南端采用1台旋挖钻机同时作业。
3
南、北基坑冠梁施作
北端40天，南端30天
冠梁施工考虑30米一段，每段施工平均按5天考虑。
北端冠梁长230m，南端冠梁长152m。
4
南、北基坑土方开挖、支护
北基坑120天，南基坑70天
南基坑2.1万方,北基坑3.6万方,各三台反铲接力,最大出土量500m3/d,考虑综合因素平均进度300m3/d。
5.2.2施工进度横道图
车站主体明挖段基坑开挖详见“图5车站明挖段基坑开挖施工进度计划横道图”。
5.2劳动力计划
本分部工程为便于组织管理，将参与本分部工程的项目部全体人员分为管理层和作业层，分别组织、统一管理。
其中管理层包括项目班子和安质环保部、工程部、经财部、设物部、办公室。
作业层按工种组建作业队，作业层人员配置数量见下表。
作业层劳力计划表
序号
人数
工种
月份
第1月
第2月
第3月
第4月
第5月
第6月
第7月
1
隧道工
0
0
0
0
0
0
0
2
钢筋工
10
20
20
20
20
60
60
3
混凝土工
10
20
20
20
20
60
60
4
木工
20
10
0
0
0
40
40
5
机械工
6
48
120
120
120
60
40
6
电焊工
2
12
20
20
20
30
40
7
电工
4
4
6
6
6
6
6
8
起重工
0
0
8
8
8
12
12
9
普工
30
30
70
70
70
100
120
10
钳工
0
2
2
2
2
2
2
11
车工
0
2
2
2
2
2
2
12
架子工
0
0
12
12
12
40
40
13
泥工
0
0
20
20
20
40
40
14
后勤人员
0
10
16
16
16
16
16
合计
82
158
316
316
316
468
478
5.3机械设备配置计划
5.3.1主要配置说明
1、钻孔桩设备
考虑到本分部工程地处市中心区，文明施工特别重要，我们选用需用泥浆较少的旋挖钻机。
该地段地质条件为粘质粉土、砂质粉土、粉细砂及圆砾层（最大砾石粒径80mm），符合使用这种钻机条件。
钻机作业时配置两台20t吊车和四套泥浆搅拌机和泥浆泵。
2、基坑挖运土方设备
配置6台PC200反铲挖掘机挖装，30台15t斯太尔3J型自卸汽车外运。
基坑土方分三层开挖，挖第一层时用第一台挖掘机，挖第二层时用第二台接力，类推。
地面配置一台装载机直接给自卸汽车装土。
3、龙门吊提升设备
南、北基坑各配置1台10t行走式龙门吊车，用于吊装和拆卸钢管横撑以及后续结构施工时钢筋、模板等起吊作业。
4、压缩空气供应及初支设备
1）混凝土喷射机：
南、北两侧基坑前期桩间支护作业，各配备2台混凝土喷射机，计4台。
2）空压机：
每台混凝土喷射作业时耗风量为6m3，管路损耗按20%计，明挖基坑开挖时最多时使用2台，同时工作时总耗风量为15m3，考虑其它用风作业，配置1台21m3的SA110-21/0.85型低噪音电动空压机。
3）拌合站：
为规范砼的拌合程序，南、北基坑各设置一集中搅拌站。
地面集中拌合砼，经料斗运至工作面使用。
5.3.2主要机械设备配置计划
主要机械设备配置计划见下表：
机械名称
规格型号
额定功率（kw）或容量（m3）吨位
厂牌及出厂时间
数量（台）
新旧程度（%）
小计
其中
拥有
新购
租赁
旋挖钻机
ED5500
106kw
日本
3
3
90
泥浆搅拌机
MVT-400
0.4m3/盘
4
4
90
泥浆泵
ZL/ZPWL
90m3/h
博山
4
4
90
吊车
QY20
20t
泸州,99
2
2
85
反铲挖掘机
PC200
1.1m3
日本,98
6
3
3
80
装载机
ZL40B
2.0m3
柳工,00
2
2
90
自卸汽车
FV313JDL26
15t，208kw
斯太尔
30
30
混凝土喷射机
PZ-5
5m3/h
康达
4
4
90
砼拌和站
JZC350
5.5KW
山东方圆
2
2
100
电动空压机
SA110-21/0.8585
21m3
北京复盛
2
2
100
内燃空压机
P600SCV
17m3
上海
1
1
80
柴油发电机
250GF
250kva
泰安,00
1
1
90
变压器
SL7
630KVA
北京
2
2
钢筋切断机
GQ40
3kw
天津
2
2
100
钢筋弯曲机
GW40
3kw
天津
2
2
100
钢筋调直机
GT4-10
φ4-10
天津
2
2
100
交流电焊机
BX1-315A
24kw
上海通用
13
13
100
龙门吊
MH10T×20m
10t
南京
2
2
100
5.4主要测量、监测设备配置计划
主要测量、监测设备配置见下表。
设备名称
规格型号
主要工作
性能指标
厂牌及
出厂
时间
数量（台）
新旧
程度（%）
小计
其中
拥有
新购
租赁
多点位移计
DW-SA
最小读数1mm
新购
30
30
100%
钢筋应力计
新购
60
60
100%
支撑轴力计
VW-1型频率接收仪
0.1HZ
2000.03
12
12
90%
收敛计
SD-1A
精度001mm测长＜30m
2001.03
3
3
80%
精密水准仪
WILFD
±1.0mm
2000.03
3
3
80%
测斜仪
SINCO
垂直精度0.01mm测深＜50m
新购
2
2
100%
精密水准仪
WILD-N3
±1.0mm
1999.6
1
1
90%
精密水准仪
NA2+FS1
GK2A+FS1
±1.0mm
1998.10
2
2
1
90%
国产水准仪
DSZ3
±2.5mm
新购
2
2
1
90%
电子经纬仪
DJ-2
2s
新购
2
2
100%
全站仪
Lecia602
2s
新购
1
1
100%
六、车站主体明挖基坑开挖施工方案
本站南、北两个主体基坑长度分别为55m及94m，净宽19.10m，基坑深度20m左右，采用φ800钻孔灌注桩进行围护，桩间距1.1-1.2m，桩长25.25m。
桩身采用C30钢筋砼，桩顶设800×800mm冠梁，将围护桩连成整体，桩间挂网喷砼，确保桩间土体稳定。
基坑开挖时，在围护边桩上沿基坑竖向设置四层φ609钢管支撑（壁厚t=12mm或t=14mm），在车站四个角部增设斜撑。
支撑方法为：
随土方开挖，自上而下施作，第一道支撑设在冠梁上，第二道支撑设在顶板以上1.2m，第三道支撑设在中板以上2.3m，第四道支撑设于底板以上2.2m。
钢管支撑依据设计计算施加应力，以确保基坑开挖安全。
6.1总体施工流程
总体施工流程见下图
围护结构钻孔灌注桩施工
地面临时设施施工、施工准备
降水井施工
围护桩冠梁施工
龙门吊安装、调试
基坑土方分区、分层开挖与支护
防水、二衬结构施工
6.2明挖基坑开挖施工
6.2.1围护桩的施工
1、施工顺序
为防止钻孔桩施工时由于相邻两桩施工距离太近或间隔时间太短，造成塌孔，采取分批跳孔施作，钻孔桩施工时按每间隔两孔施作。
如下图所示：
钻孔桩施工顺序图
2、旋挖钻机钻孔灌注桩施工工艺流程
工工艺流程见下图。
桩位放线
钻机就位
人工挖探孔
钻进、掏碴
施工准备
清孔
钻机移位
成孔检查
安放钢筋骨架
下导管
灌注砼前准备
灌注水下砼
桩头剔凿清理
桩体检测
冠梁施工
制备泥浆
桩位复测
向孔内注水及粘土
测量孔深、垂直度、直径
钢筋骨架制作及监测元件预设
测回淤
测量砼面高度
制作砼试件
砼试件养护
3、施工方法
1）施工准备
平整场地、场地准备，清除杂物，统一规划泥浆池。
2）测量放线
护壁混凝土设计图
根据施工图纸及现场导线控制点，使用全站仪测定桩位，并打入木桩；以“十字交叉法”引到四周用短钢筋作好护桩。
3）人工挖探孔
为有效的保护地下未查明的管线，车站主体明挖段基坑钻孔灌注桩施工时，地面以下至原状土面，采用人工挖探孔，混凝土护壁施工。
（1）混凝土护壁设计
①护壁厚度计算：
根据有关文献[谢尊渊，方先和.建筑施工.中国建筑工业出版社.1986；饶勃主编.施工技术.中国建材工业出版社.1992]推荐公式：
T=0.1D+5cm
式中：
T为护壁厚度；D为桩径。
计算确定护壁厚度为13cm，如右图所示：
②护壁混凝土标号为C20，护壁钢筋主筋采用8φ16（Ⅱ级），箍筋φ8@200（Ⅰ级），主筋上下层之间采用孔内焊接，焊接长度不少于10d（d为钢筋直径）,以使上下两节形成整体，如下图。
（2）人工挖探坑施工
①开挖第一节护壁土方：
先挖中间部分的土方，然后扩及周边，有效地控制开挖孔的截面尺寸。
根据地质情况，每节的开挖高度不得超过1.0m。
②放附加钢筋支护壁模板：
为防止桩孔壁坍方，确保安全施工，成孔时设置钢筋混凝土护壁，使其与土壁能紧密结合。
护壁模板采用组合模板，分三片组装而成。
如右图所示，组合模板为木模板，外包铁皮，考虑到拆模要求，模板预留有50mm的间隙，供拆模时做为收缩余量。
模板间连接是在肋板上钻孔，并用6mm厚的钢板夹住φ16螺栓固定，三片模板安装完成后，在开有预留口的部位固定调节丝杠，用来调节模板的开合，在模板开合达到设计要求后，用一楔形木条嵌入开口内并锁定丝杠，然后调整中心、园度并固定，待检查后浇注混凝土。
第一节护壁要高出地面150mm，便于挡土、挡水。
③浇筑第一节护壁混凝土：
第一节桩孔护壁混凝土挖完以后应立即浇筑混凝土。
浇筑混凝土考虑对称浇筑，以防模板偏移。
人工浇筑，人工捣实，混凝土强度为C20，坍落度控制在100mm，确保孔壁的稳定性。
④检查桩位（中心）轴线及标高：
第一节护壁做好以后，将桩位十字轴线和标高测设在护壁的上口，然后用十字线对中，吊线坠向井底投设，以半径尺杆检查孔壁的垂直度、平整度。
随之进行修整。
⑤架设垂直运输架及辘轳：
第一节桩孔成孔以后，即着手在桩孔上口架设垂直运输支架。
支架搭设要稳定、牢固。
在垂直运输架上安装辘轳，辘轳应配备自动卡紧保险装置。
地面运土用手推车。
⑥安装吊桶、照明、活动盖板和通风机。
在安装吊桶时，注意使吊桶与桩孔中心位置重合，作为挖土时直观上控制桩位中心和护壁支模的中心线。
井底照明必须用12V低压电源、防水带罩的安全灯具。
桩口上设防护栏。
防护栏杆高1.2m，采用φ42钢管制作，管间采用扣件连接，并涂刷成红白相间的警戒色。
⑦开挖吊运第二节桩孔土方（修边），从第二节开始，利用提升设备运土，桩孔内人员必须戴好安全帽，地面人员拴好安全带。
吊桶离开孔口上方1.5m时，推动活动安全盖板，掩蔽孔口，防止卸土的土块、石块等杂物坠落孔内伤人。
吊桶在小推车内卸土后，再打开活动盖板，下放吊桶装土。
⑧先拆除第一节护壁模板支第二节护壁模板，放附加钢筋，护壁模板采用拆上节支下节依次周转使用，拆模强度达到1MPa。
⑨浇筑第二节护壁混凝土：
混凝土用串桶送来，人工浇筑，人工插捣密实。
混凝土可由试验确定是否掺入早强剂，以加速混凝土的硬化。
⑩逐层往下循环作业，直至原状土面，然后清除虚土。
4）泥浆制备
钻孔施工时采用膨润土泥浆进行护壁。
泥浆比重应控制在1.1～1.3，胶体率不低于95%；含砂率不大于4%。
泥浆性能指标及测试方法见下表。
泥浆性能指标及测试方法表
顺序
项目
性能指标
测试方法
1
相对密度
1.06～1.10
相对密度计
2
粘度
18～28秒
500cc/700cc漏斗法
3
含砂率
≤4%
含砂率计
4
胶体率
≥95%
静置、澄清
5
失水率
≤20ml/30min
滤纸法
6
泥皮厚
≤3mm/30min
7
静切力
1～2.5Pa
空心不锈钢泥浆切力计
8
酸碱度
8～10PH
比色法
成孔过程中,泥浆系统应定期清理,确保文明施工。
泥浆池实行专人管理、负责。
5）钻进成孔
钻进时，边钻进边注入泥浆进行护壁，钻进过程中随时检测垂直度，并随时调整。
成孔后泥浆比重控制在1.25以内，成孔时做好记录。
施工中应注意以下事项：
（1）开始钻进时，应先轻压慢转，待钻头正常工作后，逐渐加大转速。
（2）桩孔上部孔段钻进时轻压慢转，尽量减小桩孔超径；在粘土层，适当增加扫孔次数，防止缩径；砂层中用中等压力、慢转速，并适当增加泵量。
（3）施工过程中如发现地质情况与原钻探资料不符，立即通知设计、监理等单位及时处理。
（4）根据孔内土层地质柱状图和捞取钻渣样判别土类，每进尺2m，检查泥浆指标及时调整泥浆比重，防止坍孔事故。
（5）钻进过程中应认真、准确、及时地做好成孔记录，填写报表。
6）成孔质量检测
桩孔质量参数包括：
孔深、孔径、钻孔垂直度等。
（1）孔深：
钻孔前先用水准仪确定人工挖探坑第一节护壁口标高，并以此作为基点，按设计要求的孔底标高确定孔深，以测锤确定孔深。
（2）孔径用探孔器测量，若出现缩径现象应进行扫孔，符合要求后进行下道工序。
（3）垂直度：
采用双向锤球或孔锤测定，偏差应小于1%。
7）清孔
（1）第一次清孔
桩孔成孔后，在钢筋笼插入孔内前，进行第一次清孔，用孔内钻斗（带挡板的钻斗）来掏除钻渣，如果沉淀时间较长，则用水泵进行浊水循环，使密度达1.2左右。
（2）第二次清孔
钢筋笼、导管下好后，用气举法进行第二次清孔，第二次清孔时间不少于30min。
8）钢筋笼的制安
（1）钢筋笼加工
①钢筋笼采用现场加工制作，加工尺寸严格按设计图纸及规范要求进行控制。
钢筋笼主筋采用焊接，焊接方法及长度符合设计要求，主筋与箍筋采用点焊，钢筋接头按规定错开。
②为保证灌注桩的保护层厚度，采用钢筋“耳朵”的方法。
钢筋“耳朵”焊在骨架主筋外侧，间距2～4m。
为确保钢筋笼刚度，起吊不变形，要求每隔2m增设加强筋。
③制好的钢筋骨架必须放在平整、干燥的场地上。
存放时，每个加强筋与地面接触处都垫上等高的方木，以免粘上泥土。
成型骨架都要挂牌标识，避免吊装时出错。
④钢筋笼加工完毕，报请监理验收，合格后方可使用。
钢筋笼制作允许偏差见下表。
项次
项目
允许偏差（mm）
检验方法
1
主筋间距
±10
尺量检查
2
箍筋间距
±20
3
直径
±10
4
长度
±50
5
主筋保护层
±20
（2）钢筋笼吊放
①采用20T汽车吊车下放钢筋笼。
为了保证钢筋笼起吊时不变形，采用两点吊。
起吊前在钢筋笼内临时加木杆，加强其刚度。
②下笼时由人工辅助对准孔位，保持钢筋笼的垂直，轻放、慢放，避免碰撞孔壁，严禁高提猛放和强制下入。
③吊放钢筋笼过程中，必须始终保持钢筋笼轴线与桩轴线吻合，并保证桩顶标高符合设计要求。
（3）钢筋笼安装安全预防措施
①汽车吊进场之前，严格按照程序向监理报机械进场报验，提供设备出厂合格证等证件。
②吊装时，汽车吊要停稳，施工过程中并派专人负责现场全程监控吊车施工安全。
③加强吊车日常检查维修与保养，做好维修保养记录。
9）水下砼灌注
清孔、下钢筋笼后，立即灌注C30砼。
为使砼有较好的和易性，水泥用量为不小于300kg/m3，砼的含砂率采用40%～50%，水灰比采用0.5～0.6。
砼拌和物从拌和机卸出到进入导管时的坍落度为18cm～22cm，首批灌注的砼初凝时间不得早于灌注桩全部砼灌注完成时间，灌注应尽量缩短时间，连续作业。
（1）水下灌注砼施工顺序如下图：
安设导管及漏斗
悬挂隔水塞或滑阀
灌注首批砼
灌注砼至桩顶上一定距离
首先安设导管，用16t吊车将导管（直径不小于250mm）吊入孔内，位置应保持居中，导管下口与孔底保留30～50cm左右。
导管在使用前及灌注4～6根桩后，要检查导管及其接
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