地鐵暗挖車站初支拆除與施工縫防水層保護技術

薛清偉， 馬健軍， 毛宇飛， 茍學登， 李 圍

(1. 中國水利水電第四工程局有限公司， 西寧 810007; 2. 中國電建集團鐵路建設有限公司， 北京 100044； 3. 上海應用技術大學 軌道交通學院，上海 201418)

城市地鐵建設面臨的復雜條件包括地上建筑、地下構筑以及工程地質和水文地質，特別是在市區修建地鐵只能采用地下敷設的方式，而當其施工影響范圍內存在建構筑物時，如既有市政道路隧道[1]、運營地鐵[2]和管網[3]等，新建軌道交通對既有建構筑物的影響大[4]，危及到既有結構的安全。必須采取合適的施工方法[5]，同時采取隔離、加固與保護等措施，確保既有建構筑物的結構安全。

地鐵車站多采用明挖法施工，當地面交通等條件不容許時，土質地層采用蓋挖法、巖質地層采用暗挖法施工。但是，當地面環境條件受限無法提供蓋挖的條件時，即使是土質條件也只能采用洞樁法暗挖施工，導致施工技術難度大、工期長、造價高。

圖1 省政府站設計圖(mm)Fig.1 Designing section of provincial government station (mm)

一般情況下，城市地下水位都比較高，對于富水砂層條件下暗挖大跨度地鐵車站，施工安全風險高，同時防水壓力也大。對于高寒地區富水砂層暗挖地鐵車站，如防水問題未解決好，則因滲漏水的凍脹而破壞混凝土結構，影響結構的耐久性和機電設備等的安全使用，從而影響到地鐵車站運營環境的舒適性和工程質量。因此，其防水要求相對于非寒區更高。而暗挖車站的防水問題主要是處在分部開挖澆筑車站主體結構存在太多的施工縫上，初期支護不能整體拆除影響了防水層的整體施作，從而導致地鐵暗挖車站漏水嚴重。

關于地鐵暗挖車站防水的研究文獻不多：文獻[6]中針對地鐵車站暗挖隧道防水施工，提出了頂縱梁和墻體施工縫以及變形縫處理措施；文獻[7]中就洞樁法暗挖地鐵車站提出了頂縱梁與拱圈施工縫以及逆筑法側墻施工縫的形狀及混凝土的澆筑措施；文獻[8]中介紹了暗挖地鐵車站施工縫、變形縫和穿墻管這3個特殊部位的防水施工技術；文獻[9]中從地鐵車站防水層的設計、防水材料的選用、防水施工工藝、防水層的保護等方面進行了介紹。

已有的文獻主要介紹了施工縫和變形縫的防水處理措施，未深入分析施工效果不好的原因，特別是對于哈爾濱高寒地區富水砂層條件下地鐵車站地下結構的防水問題，一旦漏水因零下溫度產生凍脹而破壞車站結構混凝土，從而直接影響結構的安全性和耐久性。本文依托哈爾濱地鐵2號線省政府站暗挖工程，從初期支護的拆除工藝著手，開發防水層整體性施作技術和拱頂施工縫防水層接茬保護技術,確保暗挖車站的防水效果，為今后類似工程提供指導。

1 依托工程概況

1.1 設計概況

哈爾濱地鐵2號線省政府站，如圖1所示。位于中山路、中宣街和和平路交匯處，沿中山路方向布置，車站大致呈南北向，與遠期4號線換乘。車站中山路為雙向十車道，是哈爾濱市主干道，中宣街及和平路均為雙向十車道，交通非常繁忙。車站西北象限為黑龍江省人民政府，東北象限為黑龍江省國家安全廳，東南象限為風華中學，西南象限為風華小學。綜合車站周邊環境、交通、管線以及與遠期4號線換乘方式，設計為暗挖雙層島式車站，車站外包全長192.3 m，標準段凈寬21.3 m，島式站臺寬14 m，站臺層層高4.4 m，站廳層層高4.4 m。有效站臺中心里程處車站拱頂覆土8.7 m，軌面埋深約 22.4 m。

1.2 氣候條件

哈爾濱市屬中溫帶大陸性季風氣候，夏季炎熱短促、多東南風，冬季漫長寒冷、多西北風，年平均氣溫 4.7 ℃，7月份氣溫較高，平均氣溫 22.3 ℃，1月份較低，平均氣溫 -17.2 ℃，最低可達 -37.7 ℃。區內季節性凍土發育，從11月上旬開始封凍，至翌年5月初完全解凍，凍結深度 1.80～2.05 m。

1.3 工程地質與水文地質

根據調查及鉆孔顯示，本標段地層主要由第四系全新統人工堆積層、上更新統哈爾濱組沖洪積層、中更新統上荒山組湖積層、中更新統下荒山組沖積層、下更新統東深井組冰水堆積層等組成，沿線以粉質黏土、砂類土為主，地表存在1～3 m的人工填土。地下水埋深 3.4～3.8 m，豐水期水位上升，枯水期水位下降，多年變化平均值 1.5 m，歷史最高水位可按地表以下2 m考慮。

2 暗挖車站初支拆除技術

2.1 拆除技術的提出

地鐵大斷面暗挖車站施工中常采用分部開挖法，達到大跨度變小跨度、大斷面變小斷面、安全快速開挖支護成環的目的。相鄰隧道間使用工字鋼和噴射混凝土共同構成臨時支護結構(中隔壁)，上下隧道間由工字鋼和噴射混凝土共同構成的臨時支護結構稱為臨時仰拱。獨立的小隧道施工形成后再逐步拆除臨時仰拱和中隔壁，最終將各個小隧道相互連通建成大斷面暗挖車站隧道結構。

在富水砂層大斷面車站暗挖隧道施工過程中，通常采用按順序依次拆除中隔壁和臨時仰拱(一次多榀)后，鋪設防水層、架設模板臺車、鋪設鋼筋、澆筑混凝土，完成主體結構工程的施作。由于圍巖軟弱，穩定性極差，塌落拱難以形成導致作用在初期支護上的荷載特別大，又由于一次多榀中隔壁和臨時仰拱同時拆除后，應力體系轉換導致初期支護承載力不足，施工安全風險極高。若僅拆除1榀，則二襯施作空間又狹小不足。故為了確保施工安全，又滿足二襯作業對操作空間的要求，開發了“隔一拆二”技術。

2.2 拆除原則

根據監控量測數據反饋，當圍巖變形速率小于 0.2 mm/d，可判斷為趨于穩定狀態，趨于穩定狀態后可進行臨時支撐拆除。為控制地表沉降及圍巖收斂變形，采取分段部分拆除方案，分段長度10 m左右，中隔壁拆除采用“隔一拆二”法，臨時仰拱僅考慮靠側墻2 m左右范圍的支撐全部拆除。

2.3 “隔一拆二”拆除技術

中隔壁“隔一拆二”技術是隔一根型鋼(支撐在全包防水層上)拆除兩根型鋼，如圖2所示。具體工藝步驟如下：

(1) 整平鋪設防水層的基層，滿足規范要求。

(2) 針對留下的這根型鋼，采用氣焊方式快速割除底部一段長10 cm的工字鋼，以滿足防水板鋪設操作空間，及時鋪設防水層(不切割，將一整塊防水層的對稱中心鋪設到此根型鋼下)，并在防水層頂面墊一塊500 mm×500 mm×5 mm的軟橡膠板或廢舊傳輸皮帶進行保護，同時墊上厚2 mm、邊長為250 mm的鋼板作為支撐底座，用4根直徑22 mm、長20 cm的螺紋鋼筋焊接形成鋼架，一端支撐在鋼板上、另外一端連接工字鋼，恢復中隔壁型鋼的受力，作為“隔一”型鋼。

(3) 采用氣焊方式完成前后的“拆二”型鋼的拆除工作，共拆除4榀型鋼。

(4) 按照同樣的方法對下一批留下的型鋼割除底部一段長10 cm(共2根)并鋪設防水層，做好保護與墊板，完成支撐結構的施作。

(5) 前后割除下一批2根型鋼(共4根)。

(6) 完成第三批“隔一”與“拆二”工作。

(7) 完成5根“隔一”和12根“拆二”以及鋪設防水層工作，型鋼間距為 0.5 m，則防水層的縱向長度為9 m，并澆筑了保護層。

(8) 綁扎鋼筋，澆注混凝土時，將此型鋼格柵澆在混凝土內。

圖2 “隔一拆二”技術Fig.2 Technology of “one-on and two-off”

注意事項：①務必先做基層的平整度處理，采用抹細砂漿的方法處理基層，平整度達到要求后方可拆型鋼支撐和鋪設防水層；②防水層采用整體式鋪設，鋪設后做好保護層，特別是焊接與割除作業中做好未鋪設部分防水層的保護工作，不許破壞防水層；③防水基層處理與澆筑的保護層強度達到要求后，方可進行下一步工序；④拆除的中隔壁僅拆除下半部分，保留臨時仰拱支撐結構，形成整體支撐隧道圍巖壓力；⑤待澆筑的底板混凝土強度達到要求后，再施作側墻和立柱；⑥側墻和中板的施作均采用“隔一拆二”技術；⑦底板、側墻和中板施作完成后，拆除底層的所有支撐，頂板施作完后再拆除二層支撐。

3 拱頂施工縫防水層接茬保護技術

3.1 保護目的

洞樁法暗挖車站施工中，中間導洞內頂縱梁與導洞間扣拱要采取分步施工的方式，先在導洞內完成頂縱梁防水層及混凝土施工，再開挖洞間土、破除小導洞初支結構、施工洞間扣拱將相鄰導洞內的頂縱梁及邊拱相互連接。因此，頂縱梁、邊拱與洞間扣拱之間的防水層搭接問題是暗挖車站施工縫處防水質量控制的關鍵環節。

為了將頂縱梁、邊拱和導洞間扣拱的防水層實現連續鋪設，保證拱頂陰角處防水板在破除小導洞初期支護時不受到損壞，減少車站拱頂發生滲漏水的幾率，同時利用泡沫板保護鋼筋接駁器，防止接駁器受損。在導洞初支破除施工期間利用橡膠板作為隔離保護設施，保護預留后期與洞間扣拱搭接的防水板不會被導洞破除的初支混凝土、鋼筋和風鎬等利器損傷。

圖3 施工縫防水保護技術Fig.3 Protecting technology of waterproof layer on the construction joints

3.2 保護技術

如圖3所示，保護裝置采用平面尺寸為760 mm×560 mm泡沫板連續布設于頂縱梁、邊拱與洞間扣拱的交界處即縱向施工縫，泡沫板內設頂縱梁主筋穿入的孔道，泡沫板與導洞初支間依次鋪設ECB防水板、土工織物布和廢舊橡膠保護板(寬975 mm，厚5 mm)，頂縱梁、邊拱混凝土灌注后，泡沫板能夠將混凝土隔離開保護預留的搭接防水板和土工布不被混凝土包裹和損壞，同時泡沫板內的鋼筋接駁器也不會被混凝土包裹，后期便于與洞間扣拱結構主筋相互連接及施工縫鑿毛處理。

拱頂施工縫防水層接茬保護實施過程：①在小導洞內鋪設頂縱梁、邊拱土工布和ECB防水板；②安裝頂縱梁或邊拱弧形模板和下部主筋，主筋末端安裝泡沫板，泡沫板與導洞結構間依次布置防水板、土工布和橡膠保護板；③澆筑頂縱梁、邊拱混凝土；④破除頂縱梁、邊拱與導洞間扣拱結構位置的導洞初支混凝土，直至暴露橡膠保護板；⑤拆除橡膠保護板，將預留的土工布和防水板上翻至洞間初支結構上并安裝固定，并鋪設洞間扣拱剩余部分防水板和土工布；⑥清理泡沫板直至頂縱梁、邊拱預留接駁主筋全部暴露，并鑿毛施工縫；⑦安裝洞間扣拱模板及鋼筋，洞間扣拱鋼筋主筋與頂縱梁、邊拱預留接駁器連接；⑧澆筑洞間扣拱混凝土，與頂縱梁、邊拱相連形成連通的頂部拱形結構。

4 結 語

中國水利水電第四工程局有限公司承建的哈爾濱地鐵2號線省政府站工程，因車站處于中山路(雙向十車道)主干道下，周圍為黑龍江省人民政府、黑龍江省國家安全廳、風華中學和小學，交通非常繁忙，不具備明挖蓋挖條件，被設計為暗挖雙層島式車站。由于富水砂層及寒區條件，對暗挖車站的防水效果要求極高，滲漏結冰凍漲直接導致車站主體結構破壞，縮短其耐久性，同時還影響運營環境。本工程開發的“隔一拆二”技術和拱頂施工縫防水層接茬保護技術，經現場應用其防水效果良好，無滲漏現象發生，滿足了地鐵車站一級防水的要求，為今后類似工程提供了技術支撐。