波紋板超前支護(hù)在地鐵隧道初期支護(hù)中的應(yīng)用

賈喜濤 孟學(xué)仲 朱 拓 李曉晶 孫守元 左 曉

(1.中鐵北京工程局集團(tuán)有限公司，北京 100089； 2.北京市軌道交通建設(shè)管理有限公司，北京 100068)

1 概述

本次使用的波紋鋼板是北京地區(qū)首次在地鐵施工過程中以馬蹄形進(jìn)行隧道初期支護(hù)，采用鋼波紋鋼板對(duì)隧道進(jìn)行初期支護(hù)，支護(hù)過程中連接方式為螺栓連接，施工過程無需噴射干拌混凝土、不使用電焊機(jī)等對(duì)空氣質(zhì)量有影響的施工工序，采用螺栓連接的方式可方便施工，同傳統(tǒng)的隧道初期支護(hù)的方式相比，該支護(hù)方式節(jié)約施工成本，減少施工工期及環(huán)保要求。

2 工程概況

車站為地下兩層島式站臺(tái)，總長(zhǎng)241 m，采用PBA工法施工，共設(shè)置4座施工豎井和隧道，兩端接礦山法區(qū)間。1號(hào) 施工豎井和隧道位于車站北端頭，臨時(shí)占地于中國地質(zhì)大學(xué)東門南側(cè)綠地，水平距離地質(zhì)大學(xué)4層平房14.86 m。豎井采用倒掛井壁法施工，井口凈空尺寸為5.10 m×9.60 m(其中鎖口圈梁尺寸為2 m×0.8 m)，深約30.46 m；隧道采用臺(tái)階法施工，凈空尺寸為4.40 m×4.63 m，由波紋鋼板200×55(5 mm)、槽鋼c12a、型鋼環(huán)腰梁□100×70、小導(dǎo)管組成支護(hù)體系(見圖1)。

3 構(gòu)配件加工

4 施工工藝

4.1 關(guān)鍵性技術(shù)研究

1)本工藝同傳統(tǒng)工藝相比，減少了鋼筋混凝土的使用，施工過程中減少了粉塵污染，電焊作業(yè)煙霧污染，不僅保護(hù)環(huán)境，同時(shí)減少勞務(wù)人員呼吸系統(tǒng)疾病的發(fā)生，總體來講保證了傳統(tǒng)施工行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展性，保證綠色施工，保護(hù)環(huán)境。

2)本工藝整體上減少了工序的復(fù)雜性，同傳統(tǒng)施工工法的土方開挖、架立格柵，噴射混凝土相比，該新型施工工藝減少了噴射混凝土這一環(huán)節(jié)，保護(hù)環(huán)境的同時(shí)減少了施工時(shí)間，提高了施工效率，對(duì)施工進(jìn)度的保證有了進(jìn)一步提高。

3)本工藝中的波紋板超前支護(hù)是隧道支護(hù)體系中的重點(diǎn)，提前加固開挖土體的穩(wěn)定性，確保施工的安全性和施工生產(chǎn)進(jìn)度有序進(jìn)行。

4.2 波紋板初期支護(hù)施工流程

隧道初期支護(hù)方式為裝配式，形狀為馬蹄形，凈空尺寸為4.4 m×4.63 m，初期支護(hù)采用裝配式波紋板支護(hù)，包括波紋鋼板A板、B板、C板、D板，環(huán)形腰梁A梁、B梁、C梁、D梁，波紋板與環(huán)形腰梁連接，每塊波紋鋼板四周設(shè)置法蘭和防水膠墊，波紋板與環(huán)腰梁均為橫向交替架設(shè)，環(huán)向相鄰、橫向安裝，并通過高強(qiáng)螺栓進(jìn)行連接加固。支護(hù)體系由槽鋼分別通過波紋鋼板、環(huán)腰梁和預(yù)設(shè)連接板栓接，鎖腳錨桿通過環(huán)腰梁、波紋板預(yù)留孔洞打設(shè)進(jìn)入地層加固，以此構(gòu)成一個(gè)完整的初期支護(hù)體系。

第一步：在隧道拱部打設(shè)DN32 mm，L=4 m小導(dǎo)管，進(jìn)行超前小導(dǎo)管注漿，對(duì)馬頭門處地層進(jìn)行加固處理，隧道開挖前進(jìn)行超前支護(hù)。

第二步：開挖土體，采用臺(tái)階法施工，分上下臺(tái)階開挖，上下臺(tái)階開挖步距為3 m～5 m，每步開挖進(jìn)尺同波紋板高度，拼裝波紋板、環(huán)腰梁、縱向槽鋼連接、打設(shè)鎖腳錨管，首環(huán)波紋板需與豎井雙拼工字鋼通過連接筋進(jìn)行連接，形成受力轉(zhuǎn)換(見圖3)。

第三步：每開挖一榀，通過環(huán)腰梁預(yù)留的注漿孔進(jìn)行回填注漿，保證波紋板背后回填密實(shí)。

這里,, 為方腔流動(dòng)的二維速度矢量, 為壓力,,?z) 為梯度算子. 考慮相鄰雙側(cè)邊蓋驅(qū)動(dòng)方腔流動(dòng), 即以相同的速度上壁面向右運(yùn)動(dòng)和左側(cè)壁面向下運(yùn)動(dòng), 如圖1所示. 正方形方腔的高度作為特征長(zhǎng)度L, 邊蓋驅(qū)動(dòng)速度作為特征速度U, 由此可以定義控制方程的Reynolds數(shù)為Re=UL/ν, 其中ν為運(yùn)動(dòng)黏性系數(shù).

第四步：待注漿完成且漿液達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后進(jìn)行下一榀的土方開挖及波紋板支護(hù)。

4.3 現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量控制要求

1)土方開挖：

根據(jù)測(cè)量放線定位嚴(yán)格控制土方超欠挖，允許誤差在±30 mm，每一段土方開挖完成后都根據(jù)測(cè)量定位進(jìn)行校核，開挖時(shí)分上下臺(tái)階開挖，上下臺(tái)階開挖步距為3 m～5 m，嚴(yán)禁掏核心土。

2)波紋鋼板：

首先主抓生產(chǎn)質(zhì)量，對(duì)于不滿足表1所示的精度，施工現(xiàn)場(chǎng)不允許進(jìn)行使用；其次就是施工過程中安裝質(zhì)量的把控，滿足表2所示的精度。

3)每開挖1環(huán)就進(jìn)行水泥砂漿背后回填，波紋鋼板與背后土體之間的密實(shí)度是關(guān)鍵技術(shù)之一 ，其比例采用1∶1，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況可以按照比例添加速凝劑加快凝固時(shí)間，注漿壓力采用0.1 MPa，多次注漿。

表1 生產(chǎn)精度

4.4 優(yōu)勢(shì)的存在

表2 波紋鋼板安裝精度

1)采用波紋板施工無需噴射混凝土和無需焊接作業(yè)，無煙塵作業(yè)環(huán)境良好，職業(yè)健康有保障。

2)施工控制研究，提出地鐵施工的新型初期支護(hù)方式的施工方法，為以后類似項(xiàng)目提供可以借鑒的施工經(jīng)驗(yàn)。

3)通過對(duì)外協(xié)調(diào)、施工安全質(zhì)量、施工進(jìn)度等方面進(jìn)行研究，根據(jù)不同的施工地層，總結(jié)類似的施工經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合本工程施工效果及遇到問題逐步改進(jìn)施工方法。

4)通過波紋板超前支護(hù)措施，提前加固開挖土體的穩(wěn)定性，確保施工的安全性和施工生產(chǎn)進(jìn)度有序進(jìn)行。

經(jīng)施工實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明該工法有以下優(yōu)點(diǎn)：

1)安全可靠——通過監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明無收斂現(xiàn)象，且沉降數(shù)據(jù)正常。

2)安裝快捷，減少施工工序。

3)回收性強(qiáng)——豎井后期回填時(shí)可分段拆除，可重復(fù)回收利用。

4)對(duì)環(huán)境影響小，環(huán)保性好——“綠色施工”。

5 結(jié)語

隨著研究和應(yīng)用的深入，針對(duì)本項(xiàng)目工程的特點(diǎn)，支護(hù)時(shí)間，支護(hù)成本費(fèi)用，人工、機(jī)械等臺(tái)班費(fèi)用等進(jìn)行研究，提出地鐵施工的新型初期支護(hù)方式的施工方法，為以后類似項(xiàng)目提供可以借鑒的施工經(jīng)驗(yàn)。

通過對(duì)外協(xié)調(diào)、施工安全質(zhì)量、施工進(jìn)度等方面進(jìn)行研究，根據(jù)不同的施工地層，總結(jié)類似的施工經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合本工程施工效果及遇到問題逐步改進(jìn)施工方法。

未來在北京地區(qū)不同地層進(jìn)行研究裝配式鋼波紋板初期支護(hù)的物理力學(xué)性能，進(jìn)一步分析初期支護(hù)的穩(wěn)定性，以此提出更加適合北京地區(qū)地鐵裝配式施工方法。