地鐵車站施工豎井開辟多個工作面工序設計

張金偉，張美琴，董長明

(1.中鐵隧道勘測設計院有限公司，天津 300133;2.中鐵隆工程有限公司，成都 610000)

0 引言

隨著經濟發展的日益加快，城市地鐵線網也在逐年擴大，地鐵線路愈發密集，線路周邊的工程條件漸趨復雜，大多數地鐵車站修建于城市繁華地段。由于地面場地條件有限，無法大規模采用明挖法施工，只能采用暗挖法［1］。為了盡量減少對城區交通、商業運營以及居民出行的影響，需通過設置施工豎井和橫通道的方式來滿足暗挖地鐵車站或區間的開挖要求。目前在有關地鐵車站施工豎井開辟工作面的文獻中:文獻［2］介紹了豎井施工和馬頭門進洞施工中的一些關鍵技術，重點闡述了采用明挖法施工的豎井內開辟2個工作面的加固與施工;文獻［3］針對城市地鐵豎井橫通道轉正洞施工難度大、工序繁雜的特點，通過方案比選提出豎井橫通道轉正洞采用“大包”施工工法，重點闡述了在橫通道內轉正洞采用“大包法”開辟2個工作面的施工工序;文獻［4］重點闡述了豎井內部開設馬頭門的施工方法和過程。在暗挖地鐵車站施工領域內，通常意義的1個豎井開辟1個或2個工作面較為常見，開挖預支護方式也多種多樣;而在豎井內開辟3個或者更多工作面的加固和工序轉換的相關設計和施工的研究并不多。本文以北京地鐵10號線某站為例，對施工豎井內開辟多工作面進行詳細的工序和結構受力轉換設計，并從施工進度、投資、安全方面進行分析總結。

1 工程概況

工程為北京地鐵10號線的某站，鄰近三環路高架橋，為暗挖分離島式洞樁法施工車站。因受到場地和周邊用地條件的限制，用于暗挖施工的1座臨時豎井設置于西南風道轉角處。該豎井采用倒掛井壁法施作，井深為28.017m，內凈空為4.0m ×14.0m，初期支護厚0.35m，采用格柵鋼架和2道工字鋼臨時橫撐支護，格柵間距0.5 m。該豎井同時肩負車站主體、西南風道和南端風道3個部位的施工任務，需要在豎井3個面上分階段開設馬頭門，并且豎井的1個短邊需要完全破除;另外，該豎井還鄰近外電纜引入通道、西南出入口和區間隧道。

2 豎井及其周邊結構間的關系

在該豎井上開設的3個工作面包括南端風道東西2個方向洞室和西南風道向南的洞室，其中南端風道內凈空為8.0 m×15.08 m(寬 × 高)，西南風道內凈空為8.0 m×10.3 m(寬×高)。豎井和周圍已建成結構距離極近且相互關系復雜，與該豎井鄰近的建(構)筑物主要包括西南出入口、外電纜引入通道和區間隧道等，各結構之間最近距離0.2 m，最遠距離5.6 m。各結構之間的關系見圖1。

圖1 各結構之間關系平面圖(單位:mm)Fig.1 Plan layout shows the relationship between vertical shaft and surrounding structures(mm)

3 工程和水文地質

該場區內自上而下的地層為:人工堆積層，粉質填土2.75 m;第四紀全新世沖洪積層，粉土5.2 m，粉質黏土3.1 m，粉細砂 1.6 m，中粗砂 2.2 m;第四紀晚更新世沖洪積層，圓礫2.0 m，黏土3.1 m，粉土1.9 m。

場區內地下水含量豐富，層間潛水水位標高為15.83～18.21 m，含水層為粉土⑥2層、中粗砂⑦1層、圓礫⑤層、卵石⑦層。層間潛水主要接受上層潛水越流補給以及側向徑流補給，主要以側向徑流、向下越流補給下層水的方式排泄。施工期間需要進行降水。

4 施工工序設計

4.1 設計思路

該豎井位置特殊，施工時將會面臨諸多問題:1)豎井東、南、西3面開辟工作面、3面懸空，其周邊各類市政管線將會因開挖導致沉降;2)南端風道與西南風道開挖施工剩余工程時，將采取何種施工方法和工藝避免該處結構以外的外電纜引入通道、西南出入口、區間隧道等已施工完成的結構因開挖引起沉降及結構變形、開裂等［5］;3)在西南風道與西南豎井交叉口開挖施工時，因南側井壁的破除而引起的豎井偏壓會造成北側外電纜引入隧道產生結構變形等，將采取何種措施來保護在南側井壁破除時減少偏壓或無偏壓，從而保證北側外電纜引入隧道結構安全。為此，安全、合理而高效的施工工序設計就成為重點和難點。

4.2 設計工序

總體工序為:設計測量放線、各監測點布設及初始值收集—豎井內各類導管打設—回填區導管地層預注漿—環框梁及加強梁施工—部分豎井回填—南端風道豎井以西部分初期支護結構施工—初期支護背后回填及注漿—西南風道開挖前各項準備—西南風道初期支護結構施工—初期支護背后回填注漿—風道內豎井井壁破除—西南風道變形縫以南仰拱施工—南端風道仰拱施工—西南風道側墻、中板及拱部二次襯砌施工—南端風道側墻、中板及拱部二次襯砌施工—初期支護與二次襯砌之間充填注漿—豎井拆除或回填［6－7］。具體工序如下。

1)自西南豎井井身位置打設注漿管，對管線和既有結構周邊土體進行注漿加固。對豎井北側的外電纜引入通道周邊地層和豎井南、北兩側需要回填的區域外地層進行注漿加固(見表1)，然后將南端風道外和豎井南北側壁之間采用C20混凝土回填，在南端風道開挖輪廓線以上豎井施作加強環梁，并進行西南風道部分明拱段的豎撐施工。回填和豎撐施工如圖2所示。

表1 注漿加固設計參數表［8］Table 1 Grouting parameters

圖2 回填和豎撐施工圖Fig.2 Backfilling and vertical supporting

2)采用CRD工法［2］進行南端風道西側的土方開挖和初期支護施工。南端風道西側施工完成后，進行西南風道在南端風道內開馬頭門前的支撐代換加固，拱部打設超前小導管，然后采用CRD工法進行西南風道土方開挖及初期支護施工。由于此時施工方向為自豎井向西南風道方向開挖，所以開挖步驟應該與西南風道已施工部分各分部之間緊密銜接，并充分利用“空間效應”使得西南風道在豎井兩側部位的同部位同時間卸載，以使得西南風道順利貫通。在此道工序中，西南風道交叉口的施工是控制整個過程的關鍵。交叉口的施工和轉換步序見表2。

3)在西南風道開挖完成后，進行西南豎井井底和南端風道仰拱以下部分回填，然后破除西南豎井南側井壁，施工西南風道二次襯砌。西南風道二次襯砌施工至變形縫后，進行南端風道的臨時支撐代換，并施作二次襯砌，二次襯砌施工完成后，進行西南豎井的逐層回填，并恢復地面，此部位工程順利完工。

5 工序設計評價

5.1 從施工進度和投資角度評價

整個項目自2007年7月開始，至2008年1月完成，歷時7個月。其中施工前準備工作、測量放線、各監測點布設及初始值采集7 d，豎井地層加固12 d，加強梁施工3 d，部分豎井回填5 d，南端風道豎井以西部分初期支護施工62 d(每層施工約10 d，共6層)，西南風道初期支護施工46 d，風道內豎井井壁破除2 d，西南風道變形縫以南二次襯砌施工61 d，南端風道二次襯砌施工55 d，初期支護與二次襯砌之間充填注漿3 d，豎井拆除或回填5 d。如此復雜的工程，在7個月內共完成暗挖土方量3 424.9 m3，澆筑二次襯砌混凝土756.9 m3。

對于如此復雜的工程，既要保證安全，又要控制投資，工序設計就變得尤為重要，而本次工序設計并未產生多余的廢棄工程和其他浪費，施工作業按暗挖操作流程嚴格組織，節約了工程投資。

5.2 從施工監測角度評價

作為該車站的關鍵工序和部位，合理有效的監控量測設計是不可少的。測點的布置根據結構設計、施工方法、埋置深度、鄰近建筑物與環境保護要求等綜合考慮，具體布設于鄰近建筑物、地表、豎井或隧道內以及地中等有利于監測項目數據采集的地方，并考慮部分測點作為竣工后跟蹤監測測點。各監測項目的監測周期和頻率結合環境條件、地質條件、工程特點等進行設計，同時根據工作安全狀況確定。施工期間通過現場監測發現豎井周邊地表總沉降量為25.4 mm，污水管線總沉降量為9.2mm，風道拱頂沉降23.1mm，豎井自身收斂15.5 mm，各風險點沉降和變形都未超過變形控制指標，監測結果表明此工序設計是安全可靠的。

6 結論與建議

1)本工程現已竣工，現場施工情況和監測結果表明:在周邊條件極為復雜的情況下，對施工豎井的3個側面開辟馬頭門工作面，進行合理、有效的施工步序設計是必要的。

2)高度較大的通道和馬頭門采用分層、分段、分部施工，能有效減小開挖難度，而每一層臨時仰拱或中隔壁型鋼拆除后可繼續回收利用，能節約成本，減少投資。

3)施工期間豎井周邊地表總沉降、污水管線總沉降、風道拱頂沉降、豎井自身收斂等均未超過變形控制指標，施工處于安全可控狀態。

4)通過本工程的實踐發現，此種工序設計不僅確保了豎井和風道的施工進度，也保證了周圍既有建、構筑物的安全;但開挖過程中工序轉換頻繁，工序銜接緊密，過程控制復雜，在施工控制和組織方面存在一定的難度。

5)期望本文為本領域內其他類似工程提供一定的借鑒，并從工序銜接和轉換以及施工組織等方面進一步探討和優化。

［1］ 賀長俊，蔣中庸，劉昌用，等.淺埋暗挖法施工技術的發展［J］.市政技術，2009(3):73 －78.(HE Changjun，JIANG Zhongyong，LIU Changyong，et al.Development of shallow tunnel construction method［J］.Municipal Engineering Technology，2009(3):73 －78.(in Chinese))

［2］ 尚秀云.地鐵區間暗挖段豎井和馬頭門進洞施工關鍵技術［J］.國防交通工程與技術，2007(3):57 －60.(SHANG Xiuyun.Key techniques for the construction of shafts in the tunneled sections of the tube and the horse’s head gate inlet［J］.Traffic Engineering and Technology for National Defence，2007(3):57 －60.(in Chinese))

［3］ 李靜.豎井橫通道轉正洞施工方案比選［J］.隧道建設，2008，28(4):83 － 85.(LI Jing.Comparison of construction schemes for conwersion from horizontal adit driving to main tunnel driving［J］.Tunnel Construction，2008，28(4):83 －85.(in Chinese))

［4］ 王福恩，張付林.地鐵豎井橫通道破馬頭門施工技術研究［J］.安徽建筑，2009(3):55 － 56，78.(WANG Fuen，ZHANG Fulin.Study on the opening technology of horsehead between subway shaft and cross aisle［J］.Anhui Architecture，2009(3):55 －56，78.(in Chinese))

［5］ GB 50157—2003地鐵設計規范［S］.北京:中國計劃出版社，2003:59－71.

［6］ 施仲衡，張彌.地下鐵道設計與施工［M］.西安:陜西科學技術出版社，1997:89－132.

［7］ 關寶樹.隧道施工要點集［M］.北京:人民交通出版社，2003:320.

［8］ 中國巖土力學與工程學會巖石錨固與注漿技術委員會.錨固與注漿技術手冊［M］.北京:中國電力出版社，1999:311－331.