地鐵PBA車站大斷面倒掛井壁施工工法的應(yīng)用研究

張振中ZHANG Zhen-zhong

（中鐵三局集團第四工程有限公司，北京 102300）

0 引言

隨著軌道交通在我國各大城市的建設(shè)，倒掛井壁法工程技術(shù)目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于地鐵施工中，這種技術(shù)在地鐵車站大斷面主體結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，解決了周邊建（構(gòu)）筑物及管線密集、場區(qū)狹小的復(fù)雜環(huán)境條件下施工的技術(shù)難題，以相對廉價、安全、高效的方式完成了局部地鐵車站結(jié)構(gòu)，豐富了地鐵主體結(jié)構(gòu)的施工方法。

1 PBA車站大斷面倒掛井壁工法的施工原理及特點

1.1 PBA車站大斷面倒掛井壁工法原理

PBA車站大斷面倒掛井壁工法的施工原理就是，以地面現(xiàn)澆封閉圈梁與暗挖法格柵在豎向地下空間的結(jié)合作為圍護結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)車站主體結(jié)構(gòu)施工。PBA車站大斷面倒掛井壁工法在傳統(tǒng)明挖法的基礎(chǔ)上吸收了暗挖法的技術(shù)成果，其由現(xiàn)澆鎖口圈梁、格柵井壁和格柵內(nèi)支撐共同構(gòu)成初期受力體系，鎖口圈梁主要承受施工過程的豎向荷載，格柵井壁和格柵內(nèi)支撐承受施工過程的水平荷載。其主要思想是有機結(jié)合明挖及分步暗挖法，發(fā)揮各自優(yōu)勢，在井壁的保護下逐層向下開挖土體、施作初期支護、分段施作二次襯砌，最終形成由初期支護+二次襯砌組合而成的永久承載體系。

1.2 PBA車站大斷面倒掛井壁工法特點

①該工法施工具有對周邊環(huán)境影響力小的特點，一般適用于周邊建筑物密集、環(huán)境復(fù)雜不具備一次性封閉施工、施工場地狹小無法實施常規(guī)圍護結(jié)構(gòu)形式的地下深基坑工程方面的應(yīng)用。②地鐵車站大斷面豎井采用多工作坑分段開挖倒掛井壁法施工，短時間內(nèi)快速形成環(huán)形封閉臨時支撐體系，可提高基坑圍護結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性，減少對周邊建筑物及地層擾動，確保周邊建筑物和地下管線安全。③多工作坑分段開挖倒掛井壁施工，可實現(xiàn)初期支護和復(fù)合式襯砌分段施工，解決了傳統(tǒng)車站明挖段占用場地大，占用市政道路，易造成嚴重交通堵塞的問題，降低了前期的拆改費用。

2 工程概況

長春火車南廣場站為地鐵1號線與輕軌3號線的“T”字型換乘站，換乘站與長春火車站綜合交通換乘中心南廣場工程合建，擬建換乘中心工程與南側(cè)地下一層既有春華商場連通。地下一層為南廣場換乘大廳，地下二層為換乘中心停車場及1、3號線共用換乘站廳層，以及南廣場綜合換乘體，地下三層為換乘中心停車場、3號線站臺層、1號線設(shè)備層，地下四層為1號線站臺層。地鐵1號線車站采用蓋、暗挖結(jié)合施工，其中車站大里程南端位于既有春華地下商場以下部分采用PBA暗挖工法施工，暗挖段底板埋深約為30m，結(jié)構(gòu)距離春華商場底板為7.3m。

3 PBA車站大斷面倒掛井壁工法施工工藝及關(guān)鍵施工技術(shù)

3.1 主要施工工藝及流程

利用春華商場改造，在車站明挖段和1＃豎井進入主體北端施工橫通道，在內(nèi)開挖平行車站的上下層小導(dǎo)洞，在上層小導(dǎo)洞內(nèi)施工鉆孔灌注樁和中柱，邊樁作為車站圍護結(jié)構(gòu)臨時擋土結(jié)構(gòu)，同時邊樁和中柱共同組成車站拱部支護結(jié)構(gòu)（初支扣拱和二襯扣拱）的支撐體系，然后在拱樁柱支護結(jié)構(gòu)下開挖車站主體空間，自上而下施作車站樓板、柱和側(cè)墻等永久結(jié)構(gòu)。（圖1）

圖1 PBA車站大斷面倒掛井壁工法施工工藝圖

3.2 關(guān)鍵施工技術(shù)

3.2.1 倒臺階形鎖口圈梁施工

②倒臺階形鎖口圈梁臺階部位土方采用人工開挖及修整，同時對臺階平面和立面采用掛網(wǎng)噴混，避免擾動已加固的臺階土體。

③鎖口圈梁主要承受鋼筋混凝土井壁的豎向荷載和水平方向的土壓力，受力鋼筋接頭應(yīng)避開受力最不利點，鋼筋接頭面積百分率不大于50%；首榀格柵連接筋應(yīng)在鎖口圈梁混凝土澆筑前進行預(yù)埋，嚴禁后期植筋；鎖口圈梁與豎井口現(xiàn)澆中隔壁進行整體一次性澆筑，及不留施工縫和后澆帶；鎖口圈梁上部設(shè)置擋水墻，防止汛期雨水倒灌。

④豎井鎖口圈梁為大體積鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，模板及支撐體系要堅實牢固，混凝土澆筑應(yīng)分層對稱連續(xù)澆筑，機械振搗密實，混凝土采用二次壓光收面，保溫保濕養(yǎng)護，嚴防大體積混凝土開裂。（圖2）

圖2 超前固砂注漿工藝流程圖

3.2.2 豎井壁超前錨管固砂工藝

1號豎井施工至第23榀格柵時作業(yè)面已經(jīng)進入淺層承壓水層，土質(zhì)為細砂，豎井基坑外側(cè)降水井水位已經(jīng)滿足要求，但豎井基坑壁仍有較大滯留水，單純的超前水泥注漿加固無法滿足現(xiàn)場需要，砂層開挖過程中基坑側(cè)壁多出現(xiàn)局部坍塌。為了避免施工風(fēng)險，減小質(zhì)量安全隱患，根據(jù)施工現(xiàn)場情況進行專項固砂劑注漿加固。

①超前固砂工藝流程。（圖3）

圖3 超前固砂注漿工藝流程圖

②豎井壁超前錨管加工。豎井壁錨管采用DN32水煤氣管（壁厚3.25mm）的無縫水煤氣鋼管加工，長度為3.5m。用砂輪切割機將鋼管前端切成三瓣花葉狀，用鐵錘將三瓣花葉狀鋼片向鋼管軸心方向敲成尖錐型，用電焊焊接尖錐部位，使其密閉性良好。注漿管末端加焊8mm鋼筋加強管箍，防止小導(dǎo)管錘擊頂入時管口變形。在距離鐵箍0.5～1.0m處開始電焊燒孔，出漿孔沿管壁間隔150mm，呈梅花型布設(shè)，孔位互成90°，孔徑6～8mm。

③固沙劑灌漿風(fēng)包加工。首先截取10mm厚Ф400無縫鋼管600mm長一段，管壁外側(cè)開孔焊接150mm長DN32水煤氣管1段作為漿液投料口，水煤氣管一端管壁外側(cè)套絲，連接球閥1個；投料口下方管壁外側(cè)開孔焊接100mm長DN32水煤氣管1段作為排渣口；再加工10mm厚Ф400鋼板2塊，靠近鋼板邊緣上開孔焊接150mm長DN32水煤氣管，一端管壁外側(cè)套絲；2塊鋼板分別滿焊在Ф400無縫鋼管兩端，水煤氣管和Ф400無縫鋼管形成四通，風(fēng)包兩側(cè)水煤氣管均連接球形閥門，一側(cè)為進風(fēng)口，另一側(cè)為出漿口。（圖4）

圖4 固沙劑灌漿風(fēng)包示意圖

④打孔布管。格柵安裝驗收完畢后進行豎井壁錨管打設(shè)。首先按照設(shè)計要求放出位置，采用風(fēng)鉆作動力，用專用頂頭將錨管頂入。錨管環(huán)向間距1m，豎向每榀格柵打設(shè)一道，錨管水平傾角呈10°～15°斜向穿過鋼格柵拱架腹部，增加共同支護能力。錨管安裝后用塑膠泥封堵導(dǎo)管外邊的孔口。

如圖實線為某電場的電場線，MN過點O且和電場線垂直，P、Q為兩個相同的帶負電的粒子，分別從A、B兩點以相同的初速度，以垂直于MN的方向運動，且均從MN左側(cè)經(jīng)過O點.在A、B兩點，記兩粒子的加速度、電勢能分別為a1、a2，EP1，EP2，過O點的速度記為v1，v2，到達O點的時間分別為t1、t2，不計粒子重力，則下列關(guān)系正確的是( ).

⑤封面。格柵安裝鋼筋網(wǎng)片，噴射300mm厚C25混凝土封閉工作面，以防止漏漿。

⑥注漿。待噴射混凝土達到一定強度后再進行固砂劑注漿，首先開啟空壓機，關(guān)閉風(fēng)包進風(fēng)口閥門和出漿口閥門。取適量同體積的水泥漿液與固沙劑迅速攪拌均勻，打開漿液投料口閥門，1分鐘內(nèi)采用漏斗灌入風(fēng)包，關(guān)閉投料口閥門，再打開出漿口閥門，最后打開進風(fēng)口閥門，用0.4～0.6MPa的高壓風(fēng)將混合液在2分鐘內(nèi)吹入錨管。每次混合液的送料量不得超過10L，采用注漿量和注漿壓力雙控原則進行注漿時間的控制。注漿完畢后依次關(guān)閉進風(fēng)閥門、出漿口閥門，最后打開排渣口清理風(fēng)包內(nèi)的剩余漿液。

每根錨管漿液理論注漿量

式中：Q——注漿量，m3；S——小導(dǎo)管中心距離，m；L——錨管有效長度，m；R——考慮到注漿范圍相互重疊的原則，擴散半徑取（0.6～0.7）×S，m；Γ——土體孔隙率，%。

3.2.3 定型模具量產(chǎn)鋼格柵

傳統(tǒng)鋼筋格柵的加工精度低，格柵連接板螺栓孔不對中、格柵連接板角度偏差、鋼格柵平面曲翹，格柵尺寸長度偏差等原因?qū)е抡谱用驿摳駯虐惭b時間過長，土方開挖完成后掌子面暴露時間長，每榀鋼格柵封閉支護的周期加長，尤其是垂直穿越帶有承壓水的砂層，基坑安全面臨巨大的挑戰(zhàn)。影響鋼筋格柵加工精度的關(guān)鍵因素為節(jié)點連接板的加工及焊接定位，主筋加工及安裝定位；通過定型模具加工，提高格柵加工精度。

①連接板加工。鋼格柵連接板采用角鋼∠140×90×10制作，扭曲變形的角鋼嚴禁使用。角鋼排尺后進行氣割焊切割，半成品角鋼放入預(yù)先制定的固定模具內(nèi)采用臺鉆進行鉆孔，加工出的連接板尺寸、平整度、螺栓孔位置等偏差極小，合格率100%。

②鋼筋加工。鋼筋加工人員先復(fù)核圖紙，根據(jù)鋼筋下料單上的鋼筋型號和長度進行截取短料。根據(jù)格柵鋼架設(shè)計圖利用全站儀在30mm厚的鋼平臺上按照1∶1的比例放樣出各種類型的格柵主筋大樣圖。用70mm長的Φ28鋼筋作為短柱沿鋼筋輪廓線在鋼平臺上焊出鋼筋的各拐角點，對立柱按100mm間距進行加密后形成鋼筋彎曲模具。然后將短筋在模具上進行人工彎曲，同時將半成品與1∶1鋼筋打樣進行對比，調(diào)整模具上鋼筋立柱，直到批量加工出的鋼筋形狀穩(wěn)定且同1∶1大樣非常接近為止。

③鋼格柵組裝焊接。1）根據(jù)格柵鋼架設(shè)計圖利用全站儀在30mm厚的鋼平臺上按照1∶1的比例放樣出鋼格柵大樣圖，在鋼平臺上的格柵大樣連接板外側(cè)垂直焊接兩塊格柵連接板定位器鋼板，同時在格柵鋼筋轉(zhuǎn)角點部位設(shè)置格柵鋼筋定位鋼板，同時在按500mm間距加密格柵鋼筋定位鋼板；定位鋼板與鋼平臺需垂直滿焊，設(shè)置必要的背肋鋼板，最終形成鋼格柵加工模具；2）先將彎制成型的箍筋按位置及數(shù)量擺在模具各定位鋼板中間；3）再將鋼格柵主筋逐根穿過箍筋夾持在定位鋼板對應(yīng)的卡槽上，調(diào)整好箍筋間距后進行點焊將箍筋與主筋焊平。但不允許焊的太深，避免燒傷主筋；4）箍筋焊完成后，焊接桁架筋及U型筋，必須保證焊縫的長度和高度；5）最后焊接連接板；6）各型號首榀鋼格柵加工完成后進行首件試拼裝，根據(jù)試拼裝數(shù)據(jù)調(diào)整模具，直至滿足設(shè)計規(guī)定的要求，試拼裝驗收合格后進行批量加工鋼格柵。

3.2.4 豎井多工作坑分段開挖工藝

倒臺階形鎖口圈梁和5道混凝土中隔壁將豎井分隔成6個小型工作坑，豎井口的鎖口圈梁及中隔壁混凝土澆筑前完成了外側(cè)格柵及中隔壁格柵豎向連接筋預(yù)埋，待鎖口圈梁、中隔壁混凝土強度達到設(shè)計強度的80%，提升井架安裝完畢，則可開始豎井井身開挖。

豎井井身采用倒掛井壁的施工方法，人工開挖土方，豎井井身自上而下開挖和支護，嚴格控制開挖進尺，每次開挖高度為一榀格柵鋼架。土方開挖先挖豎井中部，再分段開挖四周井壁，開挖時應(yīng)以豎井中心對稱分側(cè)分塊開挖，按從工作坑1、工作坑1’→工作坑2、工作坑2’→工作坑3、工作坑3’的順序依次向下開挖豎井，相鄰編號豎井開挖高度高差不得大于1m，一側(cè)噴混凝土支護后另一側(cè)方能開挖，豎井支護采用架立格柵鋼架、噴射350mm厚C25混凝土的聯(lián)合支護體系。每個循環(huán)包括開挖、清底、架設(shè)格柵、噴射混凝土、超前注漿等環(huán)節(jié)，分段分層呈漏斗形開挖，對工作坑逐一封閉，實現(xiàn)整個豎井的圍護。

3.2.5 跳倉法二次襯砌施工方法

二次襯砌結(jié)構(gòu)采用跳倉法施工，1號豎井共計6個工作坑，從最外側(cè)開始以連續(xù)2個工作坑為一個單元進行主體結(jié)構(gòu)施工。水平方向先施工工作坑3與工作坑2、工作坑2’與工作坑3’的主體結(jié)構(gòu)，然后再施工工作坑1與工作坑1’主體結(jié)構(gòu)；垂直方向每個主體結(jié)構(gòu)單元按照底板、側(cè)墻、中板、側(cè)墻、頂板的順序由下向上施工，在空間上主體結(jié)構(gòu)施工形象呈現(xiàn)出漏斗狀。

4 PBA車站大斷面倒掛井壁工法的優(yōu)點

長春地鐵1號線一期工程長春火車南廣場站1號豎井依托地下一層既有春華商場地下人防改造，在擬建車站大里程端上方既有春華商場頂、底板開洞，以倒掛井壁法施工車站大斷面彰顯出了以下優(yōu)點：①倒掛井壁法地鐵車站大斷面施工，減少了高風(fēng)險、搞造價、低工效的PBA車站施工長度，節(jié)省了施工成本，縮短了風(fēng)險影響時間；②改變了PBA車站的施工方向，變?yōu)橛绍囌敬罄锍滔蛐±锍谭较颍┕ぬ崆傲塑囌綪BA暗挖段最早開始施工時間，可在蓋、暗挖分界圍護樁施工完成后開始，變控制節(jié)點工作為非關(guān)鍵工作，提前了工期。