洞樁法暗挖地鐵車站關鍵節點防水施工技術

王利民，李曉光，李全才

(1.北京建工集團有限責任公司，北京 100055;2.北京致遠工程建設監理有限公司，北京 100045;3.北京市軌道交通建設管理有限公司，北京 100037)

1 工程概況

花園橋站是北京市地鐵6號線一期工程的一個中間站。車站主體位于西三環花園橋主橋跨的下方，沿玲瓏路和車公莊西路方向跨路口東西向設置。花園橋西側為玲瓏路、東側為車公莊西路，為地面道路，南北向為高架的三環主路。車站西端為明挖三層三跨框架結構，中部及東端為暗挖雙層單柱雙聯拱結構。車站總長233.6 m，其中明挖段長43.6 m，標準段寬度為26.85 m;暗挖段長190 m，標準段寬度為19.70 m。圖1為車站平面布置，圖2為暗挖車站主體剖面。

圖1 車站平面布置示意

圖2 暗挖車站主體剖面

花園橋站暗挖段主體結構采用洞樁法(簡稱PBA工法)施工。暗挖地鐵車站的施工過程是，先在車站的梁柱、梁端節點部位暗挖小導洞，并在小導洞中施作邊樁(pile)、中柱及頂縱梁(beam)，形成主要承載結構，再暗挖施作支撐在兩個頂縱梁之間的頂拱(arch)，形成完整的結構外輪廓支撐體系，類似于蓋挖逆筑法的頂蓋，然后在其保護下進行基坑開挖、襯砌和內部混凝土澆筑作業。

2 洞樁法暗挖地鐵車站的施工方法

以單柱雙層雙聯拱地鐵車站為例，其施工步序如下:

第1步 超前小導管注漿，施工導洞開挖、支護。導洞開挖時先開挖下部導洞一段距離后，再開挖上部導洞，先開挖邊導洞再開挖中導洞，每個施工口施工到結構分界里程線就開始下導洞之間橫通道施作(圖3(a))。

第2步 每個施工口施工到結構分界里程線后，后退施作條型基礎，在中導洞中施作底板防水層，施作中間立柱下底縱梁、部分底板，預留鋼筋接頭，人工成孔施作柱樁(隔孔施工)，回填邊樁外側與導洞間的混凝土(圖3(b))。

第3步施工邊導洞內主體拱部格柵鋼架拱腳，并立模回填邊導洞內拱架及其背后空隙。根據監測結果，當下導洞初支強度達到要求后，進行中導洞中人工挖孔(圖3(c))。

第4步 施工鋼管柱及回填土，上部中導洞內施作頂縱梁，回填中導洞內頂縱梁背后空隙(圖3(d))。

第5步 主體①部分斷面拱部超前小導管注漿加固地層，開挖并施作永久及臨時支護;①部分開挖支護時，應對稱施工(圖3(e))。

第6步 待主拱初支達到設計強度后，跳段拆除中隔壁，拆除永久結構斷面范圍內導洞格柵，局部鋪設拱部防水層，澆筑拱部二襯。導洞格柵縱向拆除長度應根據監控量測嚴格控制不應大于9 m(圖3(f))。

第7步 拆除永久結構斷面范圍內剩余導洞結構，向下開挖土體至中板下一定距離，鋪設邊墻防水層，及時施工站廳板及邊墻，站廳層封閉成環，預留邊墻鋼筋(圖3(g))。

第8步 繼續開挖土體到基底高程，并及時加設臨時支撐，拆除永久結構斷面范圍內剩余下導洞結構，樁間噴混凝土，施作底板墊層、底板、防水層、內襯墻直至結構封閉(圖3(h))。

第9步 施作車站內部結構，車站土建施工完成(圖3(i))。

圖3 洞樁法施工步序

洞樁法暗挖車站結構經過多次受力轉換，由小洞室逐步擴大成大斷面結構，防水層的鋪設也同樣由多個小塊通過焊接連接為整體，造成洞樁法暗挖車站防水具有接頭多、防水層保護困難、結構混凝土施工縫多、防水細部構造處理復雜的特點。

3 洞樁法暗挖地鐵車站防水設計

3.1 防水方案與措施

地鐵車站采用以結構自防水為主，以塑料板全包防水為輔的設計方案，以求達到不滲不漏的一級防水等級。具體設計措施如圖4和圖5所示。

圖4 車站防水施工

圖5 防水細部構造(單位:mm)

3.2 洞樁法暗挖地鐵車站防水關鍵施工技術

3.2.1 頂縱梁施工縫設置

采用PBA工法施工的地鐵暗挖車站頂縱梁施工縫是這一結構類型車站滲漏水最多的位置。因導洞空間較小，頂縱梁施工縫留置方法見圖6，即僅有垂直于拱圈軸線的接縫面。上述做法在結構上滿足車站受力要求，但采用此方法的施工縫滲漏情況較為嚴重。為保證頂縱梁施工縫質量宜采用較大尺寸的導洞斷面，施工縫宜設置為齒狀，但齒狀施工縫的模板支撐體系復雜，混凝土振搗難度較大，施工時應保證模架體系牢固穩定，如圖7所示。

3.2.2 頂縱梁與拱圈連接部位防水層鋪設

頂縱梁與拱圈的連接部位在地下水防治方面是薄弱環節。首先此部位在結構形狀上是個凹槽，地下水在此匯集不易排泄;其次，因施工工藝要求，柔性防水層必須在此設接頭，防水層甩頭不當與保護不到位是這個部位的質量通病，也是頂縱梁與拱圈接縫漏水的又一主要原因。如圖8中的關鍵連接部位1。

圖6 花園橋車站頂縱梁與拱圈普通施工縫(單位:mm)

圖7 北京地鐵某車站頂縱梁齒狀施工縫(單位:mm)

圖8 頂縱梁防水層連接關鍵部位

花園橋車站暗挖段二襯扣拱時考慮安全因素采用分倉跳段施工，分段長度為8 m。為了保證頂縱梁柔性防水層與拱圈柔性防水層鋪設和連接質量。在頂縱梁柔性防水層鋪設施工時考慮與拱圈施工段劃分相適應，否則會造成拱圈前后施工段間部分頂縱梁甩頭防水板無法反折、無法與拱圈防水層連接的情況發生。頂縱梁防水板施工前劃分好拱圈施工流水段，按流水段劃分情況并根據跳段施工的先后次序設置頂縱梁防水板的長度和搭接接頭疊放次序。即便如此，在拱圈二襯跳段施工時鑿除臨時支撐的長度應考慮留出防水板接頭搭接和拱圈二襯鋼筋連接甩頭的空間，一般至少要留1 m，且防水板鋪設也不宜過于繃緊，要留有一定的余度，防止防水板在反折處撕裂。同時，頂縱梁防水層甩頭須要做較強的保護措施，在花園橋站施工過程中采用設置5 cm厚木板和土工布的辦法，保護效果較好。

3.2.3 逆筑法墻體施工縫處理

花園橋車站邊墻為逆筑法施工，根據《地下工程防水技術規范》、《地下鐵道工程施工及驗收規范》以及《地下工程淺埋暗挖技術通論》等文獻的有關條文規定和論述，為減少施工縫同時方便施工，在站廳層中板地模施工前或施工的同時，施作站臺層部分邊墻，并為站臺層防水及鋼筋預留接頭條件。考慮邊墻主筋連接接頭要求，需挖深1.4 m左右的槽，車站內一側砌筑240 mm厚磚墻作為站臺層上部墻體的模板，以確保墻槽穩定。此處防水板上部與邊墻的防水板連接為一體，下部長出混凝土澆筑范圍≥0.7 m，向內折平鋪在槽底，上下采用土工布和木板保護，然后用砂回填。側墻的豎向主筋采用直螺紋套筒連接，上部與拱圈預留接頭連接，下部鋼筋接頭預擰直螺紋套筒并插入墻體槽內砂中。圖8中關鍵部位2做法詳見圖9。縱向分布筋接頭亦采用直螺紋套筒連接，接頭相互錯開布置。此構造措施的目的是保證下部墻體在施工縫部位混凝土能夠澆筑密實，此處也加強了對防水板甩頭的保護，提高防水性能。同時此處施工縫施作注漿管和微膨脹止水膠。拱部與墻體連接部位施工縫構造措施上述方法基本相同，此處不再贅述。

圖9 逆筑法墻體施工縫處理示意

3.2.4 縱向、環向施工縫防漏措施

施工縫變形縫是地下工程防水的薄弱環節，也是防水施工中的重點。如前所述地鐵工程施工縫的一般做法是縱、環向施工縫在混凝土基面涂刷水泥基滲透結晶材料，并沿縱向粘貼遇水膨脹止水膠和安裝注漿管。由于地鐵結構復雜、施工流水段周期長，同時又很難做到無水施工，這樣就造成了施工縫長時間被水侵潤，進而使得施工縫的遇水膨脹類材料提前膨脹而失效。為了克服這一困難，應在盡量提高施工速度的同時采取引、排水措施使施工縫干燥。當發生施工縫滲漏現象時，采用預埋注漿管注漿是主要彌補措施，注漿管應采用螺紋骨架全斷面可重復單向注漿管，該材料注漿孔直徑2～5 mm，出漿孔間距＜30 mm，施工時首先應檢查注漿管外觀質量，尤其是骨架外編織布不得有破損，每段注漿管長度宜為5～6 m且應編號，固定間距不應大于300 mm。樓板施工縫采用膨潤土橡膠止水條，止水條設置在施工縫表面的預留凹槽內。

3.2.5 側墻流水段劃分

施工流水段的劃分應考慮混凝土澆筑條件和能力并同時考慮控制混凝土收縮裂紋，在結構施工時，流水段劃分可根據《建筑施工手冊》中混凝土裂縫的形成與控制相關章節進行計算。經實踐驗證，PBA工法車站側墻環向施工縫的間距以15～20 m為宜。因混凝土澆筑后初期收縮最大，所以每段墻體施工速度也應適當控制，以7 d一個循環為宜。

3.2.6 特殊部位混凝土施工

1)保證拱部混凝土密實措施

在暗挖隧道內澆筑拱部混凝土往往出現澆筑不實、拱頂部位存在空隙的現象。原因有4個:①拱部防水層鋪貼時與初期支護結構不密貼，有空隙;②拱頂部位空氣不易排出，混凝土澆筑不滿;③拱結構混凝土收縮形成空隙;④拱部混凝土特別是中縱梁附近混凝土很難振搗，造成混凝土不實。針對上述原因可采取以下措施:

在隧道拱部鋪設防水卷材時應加密防水板固定點，一般固定點間距不超過50 cm，使防水板和隧道初期支護形成一個整體，避免其下沉與隧道初期支護結構間形成空腔。鋪設防水板時也不要繃得太緊，防止澆筑混凝土時因受力被拉裂，此處混凝土墊塊密度也應適當增加。

對于拱頂空隙，因目前的施工工藝限制很難避免，減少拱頂空隙可選用自密實混凝土澆筑拱部結構，適當加大混凝土的塌落度，一般控制在21～23 cm。混凝土澆筑時，對拱部混凝土采用附著振搗器振搗，振搗器布置密度宜2 m×2 m。對于跳段施工的拱部結構，當兩側都設置端模時，注意觀察封端模板的板頂溢漿情況，據此判斷混凝土是否已澆至拱頂;當一端或兩端都有已施工的結構時，可在距離已施工結構50 cm左右拱頂位置設置排氣管并兼做注漿管，澆筑同時注意觀察排氣管的溢漿情況判斷是否澆筑滿。排氣管構造參考穿墻管做法。

對于拱頂空隙，當結構混凝土強度達到設計強度后，應進行注漿填充。考慮可注性和強度要求二襯背后回填注漿材料可選用水泥漿，一般采用P．O 52.5水泥，配合比應根據試驗確定，注漿壓力宜為0.2～0.5 MPa。

2)側墻施工縫部位混凝土密實措施

①側墻模板頂端設置杯口構造;②當即將澆筑到墻頂施工縫時，停止澆筑1 h，然后從墻體一端向另一端順序澆筑接縫部位混凝土，邊澆筑邊用插入式振搗器振搗。澆筑過程中應始終保持杯口處混凝土面高于墻體施工縫15～20 cm。

4 結語

1)在暗挖車站施工前必須要預先制定施工方案(含防水方案)，方案的編制要前后呼應，結構與防水施工順序協調統一，并做好方案交底工作，做到人人心中有數。

2)防水工程細節決定成敗，防水施工時無論管理人員還是操作人員必須嚴字當頭，不放過任何瑕疵和紕漏，防水工程沒有允許偏差概念。

3)對于特殊部位如頂縱梁施工縫、變形縫、縱環向施工縫、各種接口部位要特殊對待、嚴防死守。拱部和側墻混凝土振搗困難宜考慮采用自密實混凝土澆筑。

4)目前北京地鐵采用的C40、P10耐久性混凝土的技術路線值得商榷，一味追求高強度可能帶來混凝土收縮加大引起混凝土收縮裂縫的負面影響，北京多座地鐵車站存在混凝土裂縫的問題。

5)全包防水層設計初衷良好，但100%做到很困難，應考慮防排結合的防水設計。

［1］謝文梅．地鐵黃莊站三連拱拱部防滲漏施工技術［J］．鐵道建筑，2007(10):38-40．

［2］北京市城鄉建設委員會．GB 50299 地下鐵道工程施工及驗收規范［S］．北京:中國計劃出版社，2003．

［3］國家人民防空辦公室．GB 50108 地下工程防水技術規范［S］．北京:中國計劃出版社，2009．

［4］王夢恕．淺埋暗挖技術通論［M］．合肥:安徽教育出版社，2004:403-406．

［5］建筑施工手冊(第四版)編寫組．建筑施工手冊(第四版)［M］．北京:中國建筑工業出版社，2003．