地铁圆形换乘厅深基坑施工技术

摘要北京地铁六里桥站是九、十号线换乘车站，综合换乘厅平面形状为圆盘形，换乘大

厅直径为80m，基坑深度26m,结构外环15m范围盖挖逆做法施工，内环明挖顺作法施工。地

下二层采用钢管柱+钻孔灌注桩支撑结构支护结构体系，地下三层为钻孔灌注桩+钢支撑支护

结构形式。圆形换乘厅实现了零距离换乘，对今后地铁建设有一定了借鉴意义。

关键词圆形换乘厅深基坑

中图分类号：U457文献标识码：A

MetroRoundDeepExcavationTechnologyTransferOffice

WangXian1，YaoBaoJing2

（1.BeijingtheSaiRuisiInternationalEngineeringConsultingCo.,Ltd.，Beijing，100038China；2.RailwayFifthSurveyandDesignInstituteGroupCo.,

Ltd，Beijing，102600China）

AbstractBeijingsubwaystationLiuliqiaonine,Line10transferstations,intermodaltransferhallplanarshapeofthedisc-shaped,

transferhalldiameterof80m,pitdepth26m,15mrangeoutercoverstructureagainstthepracticeofdiggingconstruction,opencut

alongtheinnerconstructionpractices.Groundfloor+Boredwithsteelcolumnsupportstructuresupportingstructures,underground

threeofBored+supportintheformofprotectivesteelsupportstructure.Transferroundtoachieveazerodistancetransferhallfor

futuresubwayconstructionhassomeofreference.

Keywordsround；Ridehall；deepfoundation

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引言

地铁圆形基坑在目前地铁施工中应用较少,它是地下基础施工中一种新颖的施工工艺，施工过程中采

用钢管柱及结构自身作为支撑体系，受结构施工工序影响较大，施工中存在较大的风险，是一门综合性很

强的新型施工技术，它涉及到工程地质、土力学、基础工程、结构力学、原位测试技术、施工技术、土与

结构相互作用以及环境岩土工程等多学科问题。圆形基坑采用围护桩、钢管柱、钢筋混凝土结构作为支护

结构，明挖法、盖挖法相结合的施工工艺，充分利用已施工完毕主体结构作为支护体系，实现主体结构、

钢管柱、围护结构共同承受荷载的目的。圆形基坑支护工程包含降水、围护桩、钢管柱、主体结构、挖土

等众多紧密联系的环节，如其中某一环节失效，将会导致整个工程的失败。根据基坑工程事故统计分析，

基坑工程事故发生率较高，占基坑总数的1/4以上，而这些工程事故主要表现为支护结构产生较大位移、

支护结构破坏、基坑塌方及大面积滑坡、基坑周围道路开裂和塌陷、与基坑相临的地下设施（管线、电缆）

变位以至于破坏，邻近的建筑物开裂甚至倒塌等，在地铁圆形基坑施工过程中应严格控制工序，把钢管柱、

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围护结构、主体结构施工作为一个整体统筹考虑。

北京地铁九号线六里桥站位于京石高速公路与规划八一厂西路相交路口南侧。九号线线路横跨规划八

一厂西路，呈东西走向；十号线线路沿规划八一厂西路道路下设置，南北走向，两线在此实现换乘。九号

线六里桥站为双层侧式站台，十号线为三层岛式站台，九号线线位在上，十号线线位在下，两站“十”在

“岛一侧”换乘。

综合换乘厅平面形状为圆盘形，九号线车站（地下二层结构）、十号线车站（地下三层结构）在此换

乘。换乘大厅直径为80m，地下三层结构（十号线通过段为地下三层），总高为15.5米，覆土厚度为2.90m,，

采用结构外环15m范围盖挖逆做法施工，内环明挖顺作法施工。圆形换乘大厅基坑外侧钻孔灌注桩Ф

800@1400mm，桩长19.4m，局部加强区域钻孔桩Ф1000@1400mm，桩长26.55m，基坑支护体系采用环形结

构支撑体系，桩顶冠梁上部采用土钉+网喷支护，基坑内沿十号线车站方向在结构第三层范围内设置钻孔

灌注桩+网喷支护+钢支撑的支护形式。

2222圆形换乘厅深基坑施工关键技术圆形换乘厅深基坑施工关键技术圆形换乘厅深基坑施工关键技术圆形换乘厅深基坑施工关键技术

2.12.12.12.1大面积深基坑开挖基坑内无支护大面积深基坑开挖基坑内无支护大面积深基坑开挖基坑内无支护大面积深基坑开挖基坑内无支护

直径80m的地下两层换乘大厅采用半逆作法施工，基坑面积大，基坑较深，基坑内无支撑，主要靠结

构外环自身支撑，无辅助支撑措施，若处理不当容易发生基坑失稳，造成不可挽回的损失。施工中严格按

照设计及规范要求施工，换乘大厅基坑内支护主要靠外环结构成环自支撑，在上层结构成环并达到设计强

度后，方允许进行下一步土方开挖。在开挖过程中加强施工监测，发现异常情况及时停止开挖，并采取相

应应急措施。

2.22.22.22.2圆形大厅基坑土方开挖圆形大厅基坑土方开挖圆形大厅基坑土方开挖圆形大厅基坑土方开挖

由于圆形换乘大厅结构形状自身限制，在基坑内土方开挖时，无马道可提供给土方运输，若采用吊车

在基坑上方吊运，一则施工进度较慢，二则距离较远，吊运较困难。在严格遵循结构成环后进行下一步土

方开挖原则的基础上，将换乘大厅土方沿东、西两侧九号线基坑外运，九号线车站与换乘大厅衔接处预留

部分结构暂不施做,作为换乘大厅土方运输通道，此部分结构施工随换乘大厅土方开挖进度逐步施做完成。

土方开挖过程中采用盖挖法与明挖法结合的施工工艺，为保证结构安全，负二层土方开挖过程中严格按开

挖顺序进行并增加部分临时型钢斜撑。

2.32.32.32.3地质条件复杂，钻孔桩施工难度较大地质条件复杂，钻孔桩施工难度较大地质条件复杂，钻孔桩施工难度较大地质条件复杂，钻孔桩施工难度较大

六里桥站地质条件复杂，地质主要为卵石层，且卵石粒径较大，密实性较好。根据地质特性，宜选用

冲击钻施工，但冲击钻成孔垂直度精度较低，满足不了地铁车站围护桩施工技术规范要求，对下一步施工

也会造成不利影响。现场采用全回转钻机成孔工艺，全护筒护壁防止塌孔。全回转钻机钻头为坚硬的原子

钻头，以便在钻进工程中更好的破碎卵石，减少更换钻头的时间。遇到致密的卵石层，旋挖钻无法向下钻

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进，可更换筒式钻头为螺旋钻头，将致密的卵石层搅动松散后，再更换筒式钻头进行钻进。

2.42.42.42.4钢管柱施工质量控制钢管柱施工质量控制钢管柱施工质量控制钢管柱施工质量控制

影响中间钢管柱施工质量的因素大致有四个方面，一是钢管柱的钻孔灌注桩桩基质量；二是钢管柱本

身加工制作质量;三是钢管柱的安装定位精度;四是柱内混凝土浇筑质量。其中钢管柱的安装精度最难控制,

一旦出现较大偏差难以补救；钢管柱的位置(平面位置、标高、垂直度)、护筒的受力、防水性能(强度、

刚度和抗渗性能)、混凝土的浇筑质量等,都直接影响钢管柱的承载能力及整个车站的稳定性。根据工序安

排开挖地下三层土方前开始进行降水施工，钢管柱在降水前安装，受地下水影响钢管柱的安装精度难以达

到规范要求，钢管柱钻孔过程中下部采取钢护筒半封闭防水处理方式，护筒下部采用防水混凝土封闭，护

筒上部高程大于地下水位标高2m左右，保证了钢管柱的安装精度。

3333圆形换乘厅施工工艺圆形换乘厅施工工艺圆形换乘厅施工工艺圆形换乘厅施工工艺

3.13.13.13.1圆形换乘厅施工步序圆形换乘厅施工步序圆形换乘厅施工步序圆形换乘厅施工步序

土方开挖施做土钉墙支护

钻孔桩施工、钢管柱施工

土方开挖、施做冠梁

顶板垫层地膜施工

顶板外环结构施工

地下一层土方开挖

地下一层外环楼板施工

地下一层侧墙施工

地下二层土方开挖

地下二层外环底板施工

地下二层侧墙施工

地下一层楼板、侧墙结构

达到设计强度

顶板结构达到设计强度

接地施工

其它明挖顺做部位工程施工

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图1圆形换乘厅施工工序流程

（1）外环灌注桩及内环钢管柱施工。地面人工挖孔施做钢管柱基础并安装钢管柱，采用细砂对钻孔和

钢管柱间空隙进行回填。

（2）第一层土方开挖，土钉墙及冠梁施工，顶板混凝土垫层底模施工。

（3）施做换乘厅外环15米范围内的顶板结构,向下预留边墙钢筋及防水接头。

（4）明挖法开挖换乘厅内环中部土方及顶板下土方至中板底设计高程，逆做法施工换乘厅外环15米范

围内地下一层中板结构，施做地下一层边墙结构并预留地下二层侧墙钢筋及防水接头。

（5）开挖土方至换乘厅底板高程，铺设地下二层侧墙防水，施做地下二层边墙和底板结构，地下三层

段围护结构完成后开挖地下三层土方至底板设计高程，施做抗拔桩和地下三层底板。

（6）采用顺做法施工剩余部分结构，施做顶板防水层，回填土方。

圆形换乘厅采用围护桩、外环顶板、中板、底板结构及钢管柱承受竖向及水平荷载，外环结构混凝土

强度及钢管柱质量控制是圆形换乘厅施工的关键，应严格控制外环结构混凝土强度，混凝土强度达到设计

值后方可进行下步工序的施工。地下二层底板混凝土分段浇筑,并安装斜撑加强侧墙土体支撑，之后完成

地下二层剩余部分土方开挖。圆形换乘厅15m外环结构施工完毕后，顺做法进行地下三层结构施工，地下

三层结构利用围护桩+桩间网喷喷射混凝土+钢支撑的支护形式。

3.23.23.23.2土方开挖土方开挖土方开挖土方开挖

3.2.13.2.13.2.13.2.1施工流程施工流程施工流程施工流程

土方开挖工艺流程如下：通过计算确定挖运土方机械型号及数量根据外环结构施做情况确定分层开

挖高度开挖第地下一层土方钢管柱应力变化监测结果及外环结构混凝土强度满足设计要求分段开

挖地下二层土方、分段浇筑地下二层底板混凝土监测结果、地下二层底板混凝土强度值满足设计要求

开挖地下三层土方根据监测结果架设钢支撑、施加预应力人工清底。

3.2.23.2.23.2.23.2.2机械挖方机械挖方机械挖方机械挖方

对于圆形无内支撑式围护结构深基坑，土方开挖量大，单纯依靠垂直运输方式不仅延长了土方开挖作

业工序时间，而且加大了施工成本，六里桥站换乘大厅施工结合相邻区段施工情况进行土方开挖作业，采

用东、西两侧坡道运输与垂直运输结合的土方作业方式。围护结构施工期间先进行内环部分土方开挖，外

环结构顶板混凝土达到设计强度，通过东、西两侧坡道盖挖法进行地下一层土方作业。盖挖法土方作业部

位由于受空间限制，采用小型土方机械作业，土方作业过程中严禁碰撞围护结构及钢管柱，钢管柱及围护

桩周边配合人工进行土方清理。地下二层外环土方开挖采用分段开挖方式，地下二层底板结构分段浇注并

安装斜撑确保外环结构稳定。地下三层土方开挖前进行降水作业，保证地下三层土方开挖无水作业。地下

三层土方垂直运输至地下二层，再通过坡道运输至弃土场，地下三层土方开挖过程中，应及时安装钢支撑，

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地下三层土方开挖完毕及时施做底板及侧墙结构，减少基坑暴露时间。

3.33.33.33.3钢管柱安装钢管柱安装钢管柱安装钢管柱安装

换乘大厅钢管柱施工与钻孔灌注桩同期进行，钢管柱直径为D800mm（共30个）,从钢管柱所在的位

置采用人工挖孔桩的施工工艺进行挖孔，挖孔桩的直径为Φ1800mm，人工挖孔至钢管柱柱下桩基位置后，

采用旋挖钻继续施工剩余水下桩基部分，桩基直径Φ1500mm。灌注基础桩混凝土完毕，人工进入挖孔桩内，

凿除柱下基础灌注的混凝土浮浆，埋设钢管柱定位系统及基础与钢管柱的连接钢筋，浇筑混凝土使得定位

系统及连接筋固定牢固。安装钢管柱，定位并固定，浇筑基础部分剩余的混凝土，使得钢管柱与柱下基础

牢固。钢管柱混凝土浇筑采用高位抛落法，混凝土浇筑完成后，向钢管柱与钻孔桩之间空隙灌水，并填充

细砂。

3.3.13.3.13.3.13.3.1钢管柱安装工艺钢管柱安装工艺钢管柱安装工艺钢管柱安装工艺

钢管柱与基底抗拔桩相连，钢管柱有效部分采用人工挖孔成孔工艺进行施工，钢管柱下桩基采用旋

挖钻成孔工艺,使用导管灌注桩基水下混凝土,之后进行钢管柱定位器及钢管柱的安装。钢管柱施工工艺流

程如下图2所示：

图2钢管柱安装工艺流程图

3.3.23.3.23.3.23.3.2钢管柱精确定位及固定钢管柱精确定位及固定钢管柱精确定位及固定钢管柱精确定位及固定

影响中间钢管柱施工质量的因素大致有四个方面:一是钢管柱的钻孔灌注桩桩基质量；二是钢管柱本

身加工的制作质量；三是钢管柱的安装定位精度；四是柱内混凝土的浇筑质量。其中柱的安装精度最难控

制,安装过程中出现较大误差难以补救；钢管柱的位置(平面位置、标高、垂直度)、护筒的受力、防水性

能(强度、刚度和抗渗性能)、混凝土的浇筑质量等,都直接影响钢管柱的承载能力及整个车站的稳定性。

钢管柱人工挖孔

基底桩基旋挖钻施工

基底桩基桩头凿除清理

钢管柱定位、安装

钢管柱混凝土浇筑

土方开挖

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钢管柱精确定位的核心问题是利用测量网控制桩中心和自动定位器的位置。必须设计精良的定位器、

建立测量控制网,并从施工工艺方面加以控制。在钢管柱的施工过程中,测量控制贯穿始终,是最关键的质

量控制因素之一。

钢管柱采用上、下两端同时定位的方法定位。钢管柱下端定位主要依赖于自动定位器,上端采用安装

3个方向花篮螺丝实现固定(图3),上部中心精确定位与自动定位器的定位方法相同。将钢管柱吊起,钢管

柱底部嵌入定位器,然后对钢管柱上端精确定位,上端钢管柱之间设3根花篮螺丝的扣件,对钢管柱位置进

行微调。经过对钢管柱的花篮螺丝的精确校正,钢管柱中心位置及垂直度满足设计精度要求,并牢固焊接确

保钢管柱的稳定性及强度。我们认为定位器一经安装就位就确定了中间钢管柱的位置参数,因为钢管柱下

端的平面位置、高程、垂直度将由定位器来决定。

钻孔线

砼护壁

中间柱找中十字架

花篮螺丝

图3钢管柱的精确定位安装