大跨度地鐵淺埋暗挖法施工技術

卜曉斌

(中鐵十八局集團第五工程有限公司,天津 300450)

1 工程概況

沈陽地鐵1號線沈陽站為地下雙層島式站,站臺寬12 m,主體結構長195.9 m,明挖段寬20.7 m,暗挖段寬20.5 m,車站埋深約5.0 m,車站設4個出入口通道,并設3處風道及風井。1號風道采用明挖法施工,2號風道采用CRD法施工。3號風道采用洞樁法施工。車站主體結構采用明暗挖結合的施工方法,沈陽火車站站前廣場部分采用明挖法施工；勝利大街及中華路下的主體結構采用洞樁法施工,主體采用雙層拱頂直墻結構。

車站暗挖段結構標準斷面見圖1。

圖1 暗挖段結構標準斷面(單位：mm)

車站范圍內地層主要為第四系全新統(tǒng)人工堆積層、第四系渾河新扇相、第四系上更新統(tǒng)渾河老扇沖相。場地地下水豐富,潛水水位埋深較淺,承壓水頭高,地基土透水性強,降水過程應注意防止產生流砂、管涌、突涌等不良地質現(xiàn)象。

2 施工方案

沈陽站施工重難點為淺埋暗挖段洞樁法施工,為保證工程的按期完工,施工時先施工車站明挖段及3號風道,由車站明挖段及3號風道作為施工工作面,進行暗挖洞樁法施工。

施工工藝流程：施工準備→上部4個小導洞施工→施作結構圍護邊樁→下部2個小導洞施工→底縱梁、鋼管柱、頂縱梁施工→開挖中跨土體，封閉中跨初期支護→中跨拱部結構二次襯砌→開挖邊跨土體，封閉拱部初期支護→邊跨拱部二次襯砌→下挖至中縱梁下，施作中縱梁及中跨中板→分層開挖土體至結構底部，順做剩余結構。

3 施工步驟

(1)施工車站明挖段及3號風道,為車站暗挖施工提供工作面,風道挑高段施工。

(2)臺階法施工上部4個小導洞；邊洞內施作結構圍護邊樁,并及時封閉導洞底板；邊樁完成后,施作主體下導洞,同時施工邊跨導洞內的樁頂縱梁、初期支護及背后回填；施作底縱梁；人工挖孔樁施工；安裝鋼管柱；施作柱頂縱梁上防水層、頂縱梁及回填，如圖2所示。

圖2 上下6個導洞施工步驟

(3)在中柱的支撐保護下,開挖中跨土體,封閉中跨初期支護,并施加中跨臨時支撐；施作中跨拱部結構二次襯砌；在不破壞邊跨導洞邊墻的前提下,對稱開挖邊跨土體,封閉結構主體拱部初期支護；初期支護封閉后,對初期支護背后注水泥漿；分段拆除邊跨內的導洞邊墻,逐段澆筑邊跨拱部二次襯砌,并架設第一道鋼管支撐。對頂梁上部注水泥漿，如圖3所示。

圖3 拱部施工步驟

(4)下挖土體至中縱梁下,施作中縱梁及中跨中板，如圖4所示。

(5)逐層下挖土體,并安裝鋼管橫撐,開挖到規(guī)定高程后,及時施作結構底板下墊層及防水層并澆筑底板二次襯砌，如圖5所示。

圖4 中跨中板施工步驟

(6)拆除第三道支撐,鋪設邊墻防水層,澆筑站臺層結構邊墻；倒換第二道支撐,鋪設邊墻防水層,澆筑結構邊跨中板；最后封閉結構防水層,澆筑站廳層結構邊墻,封閉結構主體。

(7)在底板上種植站臺板支撐墻鋼筋,施工站臺板支撐墻及站臺板。完成主體土建施工。

4 關鍵施工技術措施

4.1 導洞施工措施

車站主體6個導洞上下左右間距僅有6～7 m,合理確定上下6個導洞的開挖順序,避免群洞效應所引起的地面沉降,是本工程施工中的一大技術難點。

(1)合理安排車站主體小導洞的施工順序：按照“先上后下,先中后邊”的原則進行施工。

先施工上部4個導洞,待在邊洞內施作好結構圍護邊樁和導洞完全封閉后,再施工下部2個導洞。相鄰兩導洞開挖面控制在10～20 m,減少開挖時受力相互疊加,保證圍巖的穩(wěn)定。

(2)導洞開挖采取正臺階法,上部留核心土,臺階長度控制在2～3 m,開挖前采用超前小導管對拱部地層超前注漿預加固,管內壓注水泥-水玻璃漿。初期支護采用格柵鋼架+網噴混凝土。

(3)小導洞分臺階人工快速開挖,減少對地層的擾動,加強初期支護,盡早封閉成環(huán),限制導洞的沉降和變形。

(4)根據(jù)監(jiān)控量測信息反饋、位移分析來調整支護參數(shù),是導洞施工安全的保證。

4.2 受力轉換施工措施

洞樁法施工的主要特點為：將大洞化小,依靠圍巖的自穩(wěn)能力和支撐體系共同受力,逐步形成強大的支撐體系。施工過程中受力轉換的施工質量關系到施工的成敗。

(1)中柱底梁、鋼管樁及頂梁施工時,各工序采用流水作業(yè),相隔兩跨施工。底梁、頂梁分段施工完成后,在外側支頂型鋼,防止底梁、頂梁向外側滑移,并形成以底梁、鋼管柱、頂梁組成的受力體系。

(2)中跨開挖時,在左右頂梁設置鋼管撐,防止因開挖卸載,使頂梁向內側滑移,并盡快形成拱部結構。

(3)為保證初期支護和二次襯砌的脫空現(xiàn)象,初期支護背后補充注漿,防止初期支護背后托空,二次背后注漿,在澆筑混凝土襯砌時預埋注漿管,漿液采用水泥或超細水泥漿。注漿壓力控制在200～300 kPa。

5 監(jiān)控量測技術

施工過程應嚴格貫徹“管超前、嚴注漿、短開挖、強支護、勤量測、快封閉”的原則,實行信息化設計施工。通過監(jiān)控量測技術是判斷巖土體,支護結構和環(huán)境穩(wěn)定,確保施工安全,指導選擇合理施工方法的重要手段。

5.1 監(jiān)控量測要求

(1)監(jiān)測系統(tǒng)是設計、施工中的一個重要環(huán)節(jié),是確保施工安全的一項重要措施,必須給予足夠重視。要求監(jiān)測人員必須準確、真實地記錄監(jiān)測數(shù)據(jù),以便進行設計施工的正常管理,保證監(jiān)測質量。

(2)B類監(jiān)測項目可根據(jù)設計和施工的實際要求和地層情況選擇其中的部分項目進行監(jiān)測,以滿足設計施工要求。

(3)施工中應加強對地面既有建筑的監(jiān)控量測,其不均勻沉降允許值為0.004(測點沉降差與距離的比值)。

(4)壓力盒埋置于柱軸線和縱向跨中斷面位置,鋼筋計設于跨中。其余監(jiān)測點斷面布置間距一般為15 m。

(5)測斜孔、分層沉降孔縱向約10 m一個,豎向每隔2～2.5 m布置一個測點,監(jiān)測水平、土體垂直位移。

(6)收斂和拱頂下沉測點應盡量靠近開挖面布置,最好在開挖后24 h內記錄初始讀數(shù)。

(7)當變形速率過大時,可調整量測頻率,加大量測密度。

(8)監(jiān)控量測結果應及時反饋給設計單位,以便修改設計參數(shù),做好動態(tài)設計。

5.2 監(jiān)控量測布置及監(jiān)測項目

車站洞樁法施工監(jiān)測布置見圖6。監(jiān)測項目見表1。

圖6 施工監(jiān)測布置

表1 監(jiān)測項目

5.3 監(jiān)控量測數(shù)據(jù)的處理

各項監(jiān)控量測數(shù)據(jù)每日整理,填寫日報表,形成日變化數(shù)量和累計變化值,并進入計算機管理數(shù)據(jù)庫,每周繪制變形(或應力)與時間、變形(或應力)與進尺關系曲線,使得各項目各斷面量測資料完整、規(guī)范。

如果出現(xiàn)反常曲線,表明圍巖和支護呈不穩(wěn)定狀態(tài),應加強監(jiān)視和保護措施,必要時停止施工并采取安全的處理方案。

5.4 地表監(jiān)控量測數(shù)據(jù)分析

本工程施工的關鍵是控制地表沉降,本文主要對地表沉降進行分析,其他監(jiān)控量測數(shù)據(jù)不再贅述。通過計算分析及現(xiàn)場實際沉降監(jiān)測,地表沉降有以下規(guī)律。

(1)6導洞開挖期間,沉降槽呈正態(tài)曲線,最低點基本位于結構中線上,導洞施工過程中地表沉降占總沉降量的48.6%。

(2)拱部施工完成前,沉降曲線仍是正態(tài)曲線,該過程地表沉降占總沉降量的34.6%。

(3)拱部施工完成后,地表沉降速率明顯降低,基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。

(4)車站施工最終累計沉降槽曲線呈盆形,最低點基本位于結構中線上。

6 結語

沈陽站工程的施工是很成功的,采用該法施工將開挖斷面化大為小,成功地解決了控制地表沉降、保證既有道路的暢通,同時實現(xiàn)了地下淺埋大斷面暗挖結構施工的難題，對同類地下結構施工具有指導作用。特別對埋深淺、跨度大、穿越既有建(構)筑物、對地表沉降要求嚴格的地下工程施工,更能顯示出其優(yōu)越性。

[1]李曉紅.隧道新奧法及其測量技術[M].北京,科學出版社,2002.

[2]劉 釗,佘才高,周振強.地鐵工程設計與施工[M].北京:人民交通出版社,2004.

[3]田政海,曹文貴,程 曄.地下洞室群開挖過程的有限元模擬方法研究[J].中南公路工程,2004,29(3).

[4]范文興,黃捷勝,蒲開勇.城市淺埋暗挖地鐵隧道控制與分析[J].鐵道標準設計,2007(S2).

[5]TB10204-2002 J163-2002,鐵路隧道施工規(guī)范[S].