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洞桩法地铁车站设计施工关键技术

文档作者：汪玉华文档来源：中铁隧道集团有限公司洛阳科学技术研究所		点击数：	更新时间： 2025年05月08日
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上一篇：盾构侧穿并上跨既有地铁线路施工控制研究

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２０１５ 年１０ 月上
第４４ 卷 第１９ 期
施 工 技 术
ＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ９７
ＤＯＩ：１０． ７６７２／ ｓｇｊｓ２０１５１９００９７
洞桩法地铁车站设计施工关键技术
汪玉华
（中铁隧道集团有限公司洛阳科学技术研究所， 河南 洛阳 ４７１００９）
［摘要］ 洞桩法目前已成为北京地区暗挖地铁车站的主要施工方法，通过对洞桩法的原理及发展历程进行深入剖
析，针对其特点，对复杂环境下洞桩法地铁车站小导洞、边桩及扣拱设计与施工关键技术进行分析，明确了其设计
原则及施工过程中的技术要点。
［关键词］ 地下工程；洞桩法；地铁；车站；设计；施工技术
［中图分类号］ Ｕ２３１． ４ ［文献标识码］ Ａ ［文章编号］ １００２⁃８４９８（２０１５）１９⁃００９７⁃０４
Ｔｈｅ Ｋｅｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ＰＢＡ
Ｍｅｔｈｏｄ ｉｎ Ｓｕｂｗａｙ Ｓｔａｔｉｏｎ
Ｗａｎｇ Ｙｕｈｕａ
（Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｃｈｉｎａ Ｒａｉｌｗａｙ Ｔｕｎｎｅｌ Ｇｒｏｕｐ， Ｌｕｏｙａｎｇ， Ｈｅ’ｎａｎ ４７１００９， Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＰＢＡ ｍｅｔｈｏｄ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｓｕｂｗａｙ ｍｅｔｈｏｄ ｉｎ Ｂｅｉｊｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅｓｅ ｙｅａｒｓ． Ｔｈｉｓ
ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ＰＢＡ ｍｅｔｈｏｄ． Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｉｔｓ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ， ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ
ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｏｆ ｓｕｂｗａｙ ｓｔａｔｉｏｎ ｓｍａｌｌ ｐｉｌｏｔ ｔｕｎｎｅｌ， ｓｉｄｅ ｏｆ ｔｈｅ ｐｉｌｅ ａｎｄ ｂｕｃｋｌｅ ａｒｃｈ． Ｔｈｅｎ
ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ａｎｄ ｋｅｙ ｐｏｉｎｔｓ ｏｆ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｗｅｒｅ ｇｏｔ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ； ｐｉｌｅ⁃ｂｅａｍ⁃ａｒｃｈ（ＰＢＡ） ｍｅｔｈｏｄ； ｓｕｂｗａｙｓ； ｓｔａｔｉｏｎｓ； ｄｅｓｉｇｎ； ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ
［作者简介］ 汪玉华，高级工程师，Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｙｉｅｚｉｗａｎｇ＠ ｓｉｎａ． ｃｏｍ ［收稿日期］ ２０１４⁃０７⁃１４；［修订日期］ ２０１５⁃０１⁃２０
０ 引言
２０ 世纪９０ 年代，洞桩法首次在北京地铁复八
线得到成功应用，取得了很好的地层控制效果，随
后在北京地铁４ 号线、１０ 号线一期得到了大范围应
用，积累了大量经验，目前已成为北京地铁暗挖车
站的主流工法。
通过十几年的发展，现阶段的洞桩法与早期洞
桩法在设计思路和施工方法方面都有很大差异，如
早期复八线王府井和东单站采用“导洞＋ 桩基＋ 临
时中柱”法进行施工，通过在上层开挖３ 个小导洞，
施作边桩、中间临时支柱和梁，支撑上弧初期支护，
形成两拱一柱临时支撑体系，然后采用顺作法进行
主体土方开挖和二衬施作，由两拱一柱临时支护转
换为三拱两柱的永久结构；再到天安门西站采用
“小导洞＋ 条基”方法进行施工，与东单站和王府井
站不同之处在于改桩基为条基，通过增设下层导
洞，施作条基基础，同时抛弃临时中柱方案，直接利
用钢管柱作为支撑，改顺作为逆作，用结构板当支
撑，减少了力的转换等；而在劲松站采用了“导洞＋
桩基”法，同时边桩普遍采用钻孔灌注桩进行施工；
到了现阶段，北京地铁６，７ 号线的洞桩法车站设计
基本上延续了天安门西站的设计思路和施工方法，
但也有很多不同之处，如在两中柱下方的底纵梁之
间及边桩与中柱下方的底纵梁和条基之间都增加
了横向连接，形成十字条形基础，使得整体性得到
加强。
北京地铁新一轮大规模建设即将开始，在城市
复杂环境下，洞桩法仍然是暗挖车站的主流工法，
为此有必要对洞桩法车站设计与施工的关键技术
要点进行深入总结分析。
１ 洞桩法特点
１）洞桩法的优点主要为：①桩、梁、拱、柱先期
形成，首先形成了主受力的空间框架体系，后面的
开挖都是在顶盖的保护下进行，施工安全； ②施工
化大为小，独立成洞，支撑体系成型后进行后期土
方施工，有利于变形控制，对周边环境影响小，适用
于复杂条件下大跨暗挖车站施工；③洞桩法施工灵
活，施工基本不受层数、跨数的影响，底部承载结构
可根据地层条件做成底纵梁（条基）或桩基；④小导
洞施工技术成熟、安全可靠，由于各导洞间具有一
９８ 施工技术 第４４ 卷
定距离，故可同步进行导洞施工，施工干扰小，各导
洞内的柱、纵梁也可同时作业；⑤开挖洞身下部土
方后，边桩在边墙全高范围内承受土体侧向压力，
通过设置２ 排或３ 排横向钢支撑，减少土体向结构
内的收敛，也间接控制了地表沉降；⑥ 扣拱后内部
一般无需进行地层加固等辅助措施，施工空间开
阔，可采用机械开挖，作业效率高，整体施工速度
快，精度高，施工中也便于地下水处理；⑦ 直墙式结
构内有效净空大，节省了曲墙及仰拱结构工程投
入；⑧ 结构二次衬砌分段浇筑，工序简单，作业面宽
敞，能较好地保证防水层及二次衬砌混凝土的浇筑
质量。
２）洞桩法的缺点主要为：① 施工工艺复杂，施
工难度大（特别是洞内进行钻孔灌注桩施工难度较
大，泥浆排出比较难），结构力系转换频繁，给设计
和施工都增加了不小难度；②洞桩法因需在两侧施
作灌注桩而提高了造价，且在一个十分狭窄的小导
洞内完成一系列的钢筋、立模、浇筑、吊装等操作，
作业环境较差；③扣拱施工作业困难，拱架节点不
易连接，受力较差；④拆除的临时结构体量大；⑤结
构施工缝较多，防水及施工缝处理要求高，处理不
当易形成渗漏；⑥需要在无水条件下施工，而在城
市复杂环境下有时不具备降水条件，且由于埋深较
深，有时车站进入承压水地层，工程降水与堵水难
度都较大。
２ 洞桩法设计与施工关键技术
２． １ 小导洞设计与施工
２． １． １ 导洞尺寸设计
小导洞的作用是为竖向支撑体系的施作提供
施工作业面，其结构形式、尺寸与边桩、中柱施工密
切相关。洞桩法导洞形状一般为拱顶直墙形式，从
以往设计情况来看，导洞尺寸大小不一，如北京地
铁１０ 号线苏州街站侧导洞尺寸为３． ５ｍ （宽） ×
４． ２５ｍ（ 高）， 中导洞尺寸为３． ５ｍ （ 宽） × ４． ５０ｍ
（高），光华路站的导洞尺寸为５． ０ｍ（宽） × ５． ８ｍ
（高）；６ 号线东四站侧导洞尺寸为４． １ｍ （宽） ×
５． ７ｍ（高），中导洞尺寸为４． １ｍ（宽） × ５． ９ｍ（高），
东大桥站侧导洞尺寸为４． １ｍ（宽） ×４． ８５ｍ（高），中
导洞尺寸为４． １ｍ（宽） ×５． １ｍ（高）。
导洞设计时，除净空尺寸应满足洞内边桩及中
柱作业要求外，还应从经济方面及对周边环境的影
响方面进行考虑，导洞尺寸设计应尽量小，在结构
体系形成后以减少初支拆除量，同时也能更好地控
制变形。因此，导洞尺寸设计应从以下几个方面进
行综合考虑：①边桩及中桩（柱）的施工操作空间要
求 导洞过小会造成施工不便，甚至难以施工，设
计时应充分考虑边桩及中桩（柱）开挖、运输、吊装
等施工方法及施工机械对导洞净空的要求；②导洞
的结构安全性和允许变形能力 施工导洞过大，不
仅会引起初支的变形过大，从而侵入二衬范围，造
成二衬厚度减少，给二衬的永久受力构成安全隐
患，严重的还会造成初支破坏，酿成施工事故，同时
也会增加初支的拆除量；③周边环境的敏感性 当
地铁车站附近有重要建（构）筑物和市政管线时，应
尽量减小导洞尺寸，合理安排导洞间距，以便更有
效地控制变形，减小对其的影响。
２． １． ２ 导洞位置设计
导洞为临时结构，在结构形成后进行拆除与回
填，导洞与主体结构的位置关系直接关系到临时结
构的拆除量与回填量，导洞的位置应从以下方面进
行考虑：①竖向方面，因导洞内冠梁为主体断面提
供支座，导洞仰拱应位于主体结构起拱线以下，因
此导洞竖向位置，只要在结构方面满足要求，应越
低越好，以减少回填量；②横向方面，应考虑相邻隧
道施工的相互影响。一般来说新建隧道施工影响
范围不要到达既有隧道，两隧道之间的距离越大，
对既有隧道的影响越小，但同时还应考虑扣拱的施
工难度及安全性。
如将导洞断面等效考虑为圆形，按照经典的普
氏压力拱理论中的滑动面假设，邻近隧道平面最小
净距Ｅ 应满足式（１）：
Ｅ ＝ Ｒ １
ｓｉｎ ４５ ＋ φ２
( ) － １
（１）
式中：Ｅ 为邻近隧道最小净距；Ｒ 为既有隧道半径；φ
为土体内摩擦角。
因此，平面位置上两相邻导洞之间的净距应大
于隧道最小净距Ｅ。同时，对于边洞在满足边桩施
工的条件下，应尽量靠近主体结构线，以减少初支
背后回填量。
２． １． ３ 导洞施工
导洞一般采用台阶法施工，台阶长度应选择
１ ～１． ５倍洞径为宜，拱部采用预留核心土环形开挖，
施工时严格遵循“管超前、严注浆、短开挖、强支护、
快封闭、勤量测”十八字方针。其施工顺序一般采
取“先下后上、先边后中、错洞开挖”的原则，在上层
导洞或下层导洞施工过程中，相邻导洞应错开开
挖，经研究表明，导洞应力的减少与相邻导洞开挖
面距离的立方成正比，因此错开距离应能满足群洞
效应最低，一般为３ ～ ５ｄ（ｄ 为小导洞开挖净空洞
径），以避免相互干扰。同时，从以往的施工经验来
看，在小导洞施工阶段产生的地表沉降基本占到总
２０１５ Ｎｏ． １９ 汪玉华：洞桩法地铁车站设计施工关键技术 ９９
沉降量的６０％ ～９０％，因此在施工过程中应合理安
排导洞施工顺序及导洞前后错开的距离对控制总
体沉降尤其重要。
图１ 洞桩法分类
Ｆｉｇ． １ Ｔｈｅ ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＰＢＡ ｍｅｔｈｏｄ
北京地区地下水位一般都位于第１ 层导洞之
下，从工期方面考虑，现阶段大多采用先上后下的
施工顺序进行施工，降水与上导洞开挖同步进行，
以达到缩短工期的目的。
２． ２ 边桩设计与施工
２． ２． １ 边桩设计基本原则
边桩的作用主要承担底板结构封闭前的侧向
土压力及顶拱作用的竖向荷载，其直径的大小直接
决定小导洞尺寸，同时由于边桩是在暗挖小导洞内
施作完成，施工时需要局部破除导洞的初期支护，
对导洞的稳定性和整体沉降有一定影响，直接关系
到地层变形和地表沉降。因此，在满足结构受力及
桩间土体稳定性的情况下，是选择桩径较大、间距
较大的边桩还是选择桩径较小、间距较小的边桩，
需要根据施工方法、支护效果、综合经济分析等最
终确定。目前北京地区边桩普遍采用灌注混凝土
桩，桩径为１ｍ，桩间距为１． ５ｍ，桩间采用喷射混凝
土护壁，必要时设置钢筋网片或短钢筋钉。
２． ２． ２ 边桩基础设计
现在洞桩法施工案例中，边桩有２ 种做法，其
一为小导洞内施作条形基础；其二是加长边桩，利
用桩基代替条基作用。当地基承载力较高时，边
桩及中桩（柱）的下导洞可取消，变为桩基。条基
的做法可缩短边桩的长度，但多挖２ 个小导洞，为
条基施工提供作业面，在控制地面沉降以及节省
工程费用等方面并没有明显优势，因此应结合工
程地质情况以及边桩参数的选取，在综合考虑基
础承载力及开挖稳定性的基础上确定边桩基础做
法。结合导洞施工及桩（柱）的基础形式，可把洞桩
法分为以下３ 类。
１）上导洞内施作边桩、中柱及顶纵梁与桩顶冠
梁，下导洞施作底纵梁及条基（见图１ａ，１ｂ），如北京
地铁６ 号线东四站、朝阳门站，车公庄站等。
２）上导洞内施作边桩、中柱及顶纵梁与桩顶冠
梁；下导洞施作底纵梁，用桩基取代下边导洞内条
基（见图１ｃ），如北京地铁１０ 号线劲松站等。
３）上导洞内施作边桩、临时中桩及桩顶冠梁，
桩基取代下边导洞内底纵梁或条基（见图１ｄ），如北
京地铁复八线东单站及王府井站。
现阶段北京地铁６，７ 号线洞桩法施工普遍采用
的是“小导洞＋ 条基”法。同时，为了提高地基承载
力及支撑体系的稳定性，在工程设计时通过在下导
洞之间开挖横向导洞并施作横向条基，形成十字条
形基础，从而有效提高了开挖的稳定性和地基的承
载力。
２． ２． ３ 边桩施工
边桩施工主要有钻孔灌注桩或人工挖孔桩。
但导洞内机械成孔灌注桩由于施工空间狭小，常
常存在成孔时间长、清孔效果差、洞内环境差等缺
点，而且钢筋焊接和灌注施工难度大，成桩质量不
易保证。人工挖孔桩克服了钻孔桩的缺点，但受
地下水影响，桩长受制约，工人挖孔劳动强度较
大，安全性差，需要结合实际情况采取增大桩径、
缩短桩长和加固地层以提高桩底承载力等措施以
缩短桩长。因此，在成桩工艺选择上需充分考虑
二者的可行性。
目前北京地区洞桩法边桩施工普遍采用人工
挖孔方法成孔，以克服砂卵石地层钻孔桩成孔困难
及导洞内空间狭小、作业环境差等缺点。同时，施
工过程中为确保安全，采用“隔三施一”的跳桩施工
方法，待相邻桩混凝土达到设计强度后方可进行下
一根桩施工。施工时采取分批跳孔施作，人工挖孔
桩施作的顺序为１→２→３，如图２ 所示。
２． ３ 扣拱设计与施工
２． ３． １ 初支扣拱
合理的开挖和支护顺序是扣拱施工的关键，
边跨与中跨土体的开挖顺序不同，导致扣拱的施
工顺序不同。对于三跨的结构形式，由于中导洞
拱部初支为非约束结构，为消除中、边跨拱脚推力
１ ００ 施工技术 第４４ 卷
图２ 人工挖孔桩施工顺序示意
Ｆｉｇ． ２ Ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ
ｃａｓｔ⁃ｉｎ⁃ｓｉｔｕ ｂｏｒｅｄ ｐｉｌｅ
差对中柱产生的不利影响，一般情况下拱部开挖
顺序是中跨先行，边跨落后２ ～ ３ｍ，在进行两侧边
跨扣拱作业时还应注意同步性，以防止出现偏压
现象；对于双跨结构形式，为保证受力平衡，梁两
侧的土体开挖进度必须一致，然后进行对称扣拱
部初支。
初支扣拱时，一般利用大管棚＋ 超前小导管超
前预注浆对前方土体进行预加固及支护，采用台阶
法进行开挖，当开挖跨度较大时，可以采用ＣＤ 法通
过设置中隔墙，减小开挖跨度，如北京地铁６ 号线车
公庄站。初支扣拱施工时，应加强格栅拱架与导洞
的连接，并注意扣拱与导洞之间拱顶形成三角区域
的沉降控制。
１）格栅连接
中跨初支扣拱格栅两端采用钢板螺栓连接。
在保证节点板螺栓连接到位的前提下，一般在跨距
约１／３ｍ 处设置分节，格栅主筋采用帮条焊连接，帮
条焊钢筋与格栅主筋同规格，同时在距焊缝中心
左、右两侧１５ｃｍ 位置四面设置“Ｕ”字筋与主筋满
焊。施工时应确保单面帮条焊连接部位的焊缝长
度满足１０ｄ，纵向相邻２ 榀格栅帮条焊连接部位应
左、右相互错开；边跨初支扣拱施工时，如小导洞预
留节点施工误差较大、难以连接时，采用与中跨初
支扣拱相同的原则，取消原设计跨中角钢节点，一
般在跨距约１／３ｍ 处设置分节，其余要求同边跨初
支扣拱格栅连接原则。
２）扣拱与导洞之间拱顶形成三角区域的沉降
控制
首先加强超前支护注浆，特别是三角区域注
浆，并在三角区域埋设回填注浆管，开挖完成后及
时进行回填注浆加固。
２． ３． ２ 二衬扣拱
扣拱二衬施工需对小导洞部分破除，破除小导
洞时将有受力转换，破除长度根据设计文件要求及
施工中的量测结果确定。
施工时，应遵循先支后破的原则，破除完成后，
在施作防水前再拆除临时支撑。二衬达到强度后
相邻组才能破除小导洞。
３ 结语
本文通过对洞桩法地铁车站设计与施工关键
技术进行分析，得出如下结论。
１）导洞设计应从技术、安全及经济的角度出
发，综合考虑桩（柱）的施工工艺、周边环境的敏感
性、相邻导洞施工的相互影响、桩（柱）的基础形式
等综合确定。
２）为控制地表沉降及结构变形，导洞开挖宜遵
循“先下后上、先边后中、错洞开挖”的原则进行，但
在实际工程中，受工期、降水进度等条件限制，大都
采用“先上后下”的开挖顺序进行。
３）在满足结构受力及桩间土体稳定性的情况
下，桩径及桩距应根据施工方法、支护效果、综合经
济分析等最终确定。
４）在下导洞之间开挖横向导洞并施作横向条
基，形成十字条形基础，有效提高基坑开挖的稳定
性和地基的承载力，但增加了工程费用且不利于工
期控制，在实际应用中，应从安全性、经济性及工期
等方面综合考虑。
５）扣拱施工时，重点应消除中、边跨拱脚推
力差对中柱产生的不利影响。对多跨结构扣拱
施工时宜遵循“先中后边”的原则进行，并且两侧
边跨应同步进行，从而保持结构体系受力平衡，
避免出现偏压；双跨结构扣拱施工时，应使梁两
侧的土体开挖进度保持一致，然后进行对称扣拱
施工。
参考文献：
［ １ ］ 杨秀仁． 浅埋暗挖洞桩（柱）逆作法设计关键技术分析［Ｊ］．
都市快轨交通，２０１２，２５（２）：６４⁃６８．
［ ２ ］ 王梦恕． 地下工程浅埋暗挖技术通论［Ｍ］． 合肥：安徽教育出
版社，２００４．
［ ３ ］ ＧＢ５０００９—２０１２ 建筑结构荷载规范［Ｓ］． 北京：中国建筑工业
出版社，２０１２．
（上接第９６ 页）
站施工过程中克服了地下承压水造成的困难，有效
控制了地面沉降，保证了施工安全。此站的建成为
在北京建造更深地铁车站提供了理论及实践经验，
对在环境控制要求严格的情况下且在松散软弱、地
下水极其丰富的地层中修建大跨地下结构有极其
重要的借鉴意义。
参考文献：
［ １ ］ 王梦恕． 地下工程浅埋暗挖技术通论［Ｍ］． 合肥：安徽教育出
版社，２００４．
［ ２ ］ 杨海芹，李俊才，陈志宁，等． 浅埋暗挖隧道施工中纵向地表
下沉的规律［Ｊ］． 南京工业大学学报：自然科学版，２００８，３０
（３）：５６⁃６０．
［ ３ ］ 蒙秀林． ＰＢＡ 洞桩法施工技术及控制浅析［Ｊ］． 科技创新与
生产力，２０１３ （３）：１００⁃１０４．

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