基于蓋挖聯合管幕技術的頂板暗筑施工*

吳 浩

(中鐵七局集團西安鐵路工程有限公司，陜西 西安 710032)

0 引言

目前，地鐵車站施工主要采用明挖法、暗挖法、蓋挖法、管幕法和盾構綜合法等[1-3]。這些施工方法在不同條件下的應用各有優劣[4-5]。在繁華的城市中心，地鐵車站建造受限因素較多，如地面重要建筑須嚴格控制施工引起的地表沉降、地下既有管線較多且部分不可破壞、地面交通繁忙不可過度圍擋等問題，現有施工方法不能很好地適用于部分復雜的工程條件。文獻[6-7]提出蓋挖聯合管幕的地鐵車站施工技術，可較好地解決上述問題，但文獻[6]未對管幕下方頂板暗筑施工做明確說明。因此，本文以文獻[6]中的蓋挖聯合管幕施工技術為背景，在考慮暗挖地層復雜程度的條件下，從施工安全風險、工期、質量和經濟的角度對頂板暗筑施工方案進行比選。

1 頂板暗筑施工方案

針對蓋挖聯合管幕工法中管幕下方頂板暗筑施工，提出3種施工方案。方案1為平頂板橫向導洞施工，方案2為拱形頂板橫縱向導洞施工，方案3為平頂板橫縱向導洞施工。3種方案對應的工后車站橫斷面如圖1所示，沿車站縱向截面如圖2所示。

圖1 頂板暗筑方案車站工后橫斷面

圖2 頂板暗筑方案沿車站縱向截面

1)方案1

方案1施工工序如圖3所示。A，B型導洞交接位置為預留柱，其頂部為柱頂節點。管幕結構施工后，定位A型導洞兩側預留柱(即不破除此部位地下連續墻)，并擴鑿該位置管幕結構與地下連續墻連接處，露出地下連續墻鋼筋，得到柱頂節點凹槽；在柱頂節點凹槽處加筋，澆筑混凝土，完成柱頂節點施工。

圖3 方案1施工工序

方案1主要施工過程為：①鑿除地下連續墻施工管幕結構，并在管幕結構空隙填充微膨脹混凝土；②定位鋼管柱節點范圍內的A型導洞，破除A型導洞上半部分對應的地下連續墻，開挖上半部分土體，施作上半部分初期支護；③開槽開挖至A型導洞底部，破除A型導洞下半部分對應的地下連續墻，開挖下半部分土體，施作下半部分初期支護，完成A型導洞的初期支護封閉；④定位B型導洞，破除B型導洞上半部分對應的地下連續墻，開挖上半部分土體，施作上半部分初期支護；⑤破除B型導洞下半部分對應的地下連續墻，開挖下半部分土體，施作下半部分初期支護，完成B型導洞的初期支護封閉；⑥施作A型導洞范圍內的臨時支撐和模板，然后進行縱梁和A型導洞范圍內的右線暗筑頂板施工；⑦完成B型導洞范圍內的右線暗筑頂板施工；⑧待右線暗筑頂板強度滿足設計要求后，拆除臨時鋼支撐，暗筑頂板施工完畢。

2)方案2

方案2施工工序如圖4所示。主要施工過程為：①施工橫向管幕結構，分臺階開挖橫通道，自橫通道施工縱向先行導洞超前支護，并注漿加固地層；②自橫通道破除初期支護進洞，采用臺階法開挖先行導洞1并施作初期支護，施工導洞2縱向管幕；③在導洞1施工條形基礎，同時施工頂板在導洞1范圍內的拱頂初期支護，利用噴射混凝土填充拱頂初期支護與導洞1間的空隙；④開挖導洞2，鑿除導洞2范圍內中部地下連續墻，封閉頂板導洞范圍初期支護；⑤沿車站縱向分段后退拆除導洞1在頂板范圍內的初期支護(每段≤1個柱跨)；⑥完成拱形頂板主體結構施工。

圖4 方案2施工工序

3)方案3

方案3施工工序如圖5所示。主要施工過程為：①施工橫通道超前管幕，分臺階完成橫通道暗挖施工，自橫通道施工先行導洞超前支護，并注漿加固地層；②自橫通道破除初期支護進洞，采用臺階法開挖先行導洞1并施作初期支護，施作地基加強鋼管柱；③分段鑿除導洞1底部部分初期支護，施作地下連續墻冠梁，同時施作導洞1范圍內頂板結構；④分段完成橫向管幕施工，施工管幕與頂板間支墩，用素混凝土填充頂板與初期支護間的空隙；⑤完成導洞2部分土體開挖；⑥后退鑿除部分初期支護，完成導洞2內部頂板結構施工。

圖5 方案3施工工序

2 施工安全風險對比

頂板暗筑施工安全風險源及各方案風險性如表1所示。

表1 頂板暗筑施工安全風險源及各方案風險性

對于安全風險源1，方案1主要暗挖地層為中粗砂層，方案2，3主要暗挖地層為中粗砂、淤泥質中粗砂及粉質黏土層，后者開挖地層更復雜，開挖需面臨更多未知風險。

對于安全風險源2，3，方案1中橫向導洞沿車站縱向滿布，采取間隔跳挖施工的風險仍比方案2，3大；但就暗挖洞室寬度來說，方案1，2，3的寬度分別為5.5，9.3，7.6m，此時方案1風險最小。

對于風險源4，方案2，3在施工橫通道時，需破除前一循環施工的縱向導洞初期支護，會因突然削弱支撐引起局部坍塌，而方案1則無此風險。

對于風險源5，方案2，3的縱向通道開挖分兩部分，兩部分之間很難快速形成封閉止水，而方案1無縱向導洞，橫向導洞上方由管幕結構形成封閉止水。

綜上所述，可確定方案1的施工安全風險最低，可選用方案1作為右線暗筑頂板施工方案。

3 施工工期及質量對比

基于工期、質量和防水對右線暗筑頂板施工的3種方案進行比選。各方案施工頂板的質量和防水情況對比如表2所示，施工工期影響對比如表3所示。

表3 頂板暗筑方案工期影響

由表2，3可知，暗筑頂板施工方案中，方案1施工工序最簡單，工期最短，且預期達成的施工質量和防水也最優，故在本節中宜選用方案1作為頂板暗筑施工方案。

表2 頂板暗筑方案質量和防水情況對比

4 方案造價對比

通過前文對各施工方案的描述可知，相比方案2，3，方案1的最大經濟優勢在于無需進行MJS地層加固施工，保守估計方案2，3的MJS加固工程量約7 000m3，工程費用1 380萬～1 520萬元；此外，方案2，3的施工橫通道高度比暗筑頂板高，需用素混凝土對橫通道進行填充，填充量3 000～5 000m3， 工程費用290萬～340萬元，而方案1的橫通道頂部與暗筑頂板頂部平齊，幾乎不用進行混凝土填充；3種施工方案關于地下連續墻、管幕及暗筑頂板的施工費用相近。暗筑頂板3種施工方案的主要措施造價對比如圖6所示。由圖6可知，方案1的工程造價最低。

圖6 暗筑頂板施工方案造價對比

綜合前文關于施工安全風險、工期及質量的對比可知，方案1的施工安全風險最低、工期最短、質量最佳且工程費用最低，故可選擇方案1作為暗筑頂板的施工方案。

5 結語

本文針對地鐵車站蓋挖聯合管幕施工方法中的頂板暗筑施工，提出3種施工方案，并對3種施工方案的施工安全風險、工期、質量和工程造價進行對比分析，其中方案1的安全風險最低，工序最簡單，工期最短，且施工質量最佳，工程費用最低。因此綜合比較認為，方案1為頂板暗筑施工的最優方案。