弧形鋼管支架在三聯拱半逆作法暗挖車站中施工沉降數值的控制

邱 達

（中鐵十七局集團上海軌道交通工程有限公司，上海 200135）

近些年來城市化更新進程加快，城市人口越來越多，城市軌道交通以運行速度快、運行準時、交通方便、安全穩定等優勢，為城市人口提供了出行便捷，緩解了城市的交通擁堵問題。根據相關資料，從1860年出現第一條地鐵采用開挖回填的方法建造，至今已經有諸多新型工藝技術成功地應用到地鐵施工中。PBA工法是一種先進的施工技術，P-樁（pile）、B-梁（beam）、A-拱（arch），即由邊樁、中樁（柱）、縱梁（底梁+頂梁）、頂拱共同構成初期受力體系，在邊洞二次襯砌與三聯拱二次襯砌結構的保護下進行半逆作法暗挖車站的土體開挖及結構。

1 工程簡介

三教堂站位于石家莊市塔北路與東二環南路交口處，沿塔北路東西方向且下穿東二環南路布置，東二環南路現狀路面寬度為26.38 m，為雙向六車道城市快速路。車站總體采用明挖法、暗挖法相結合施工，車站從小里程端到大里程端依次采用“明挖法+PBA工法+明挖法”進行施工。車站兩端采用明挖法施工，車站中部下穿東二環南路采用PBA工法（暗挖法）施工，車站暗挖段結構尺寸：長度為71.9 m，標準寬度為21.3 m，覆土厚度為8.215 m，為兩柱三跨地下二層結構形式。

車站全長204.8 m，采用“PBA洞樁法”施工，為兩柱三跨地下二層結構形式。暗挖車站主體結構標準寬度為21.3 m，結構高度為13.75 m，覆土厚度為8.215 m。暗挖結構安全等級為一級，地面最大沉降量為50 mm。暗挖支護體系由導洞初期支護、主體結構三聯拱初期支護和邊樁組成。

車站共設置#1~#6導洞，在上導洞內施做三聯拱拱頂結構二次襯砌，拱頂結構二襯厚度為0.7 m；在下導洞內施做暗挖車站底縱梁、鋼管柱，形成由初期支護+二次襯砌組合而成的永久承載體系，半逆作法施工車站負一層、負二層結構。

2 工程環境

工程地質條件：暗挖段底板埋深約30.67 m，拱頂覆土厚度約為8.215 m，暗挖段所處地質條件從上到下依次為：素填土、黃土狀粉質粘土、粉細砂、粉土、中砂、粉土、粉質粘土、粉細砂、中粗砂。拱頂位于土層為黃土狀粉質粘土層，以及局部處于粉細砂層中；底板位于土層為粉細砂層。

地下管線分布情況：暗挖段拱頂上方地下管線眾多，有大量雨水管、污水管、燃氣管、熱力管等。

（1）與線路平行：①邊長約4 m，埋深約10 m熱力井；②Ф2090混凝土結構電力管，埋深6.6 m，接邊長2.6 m廢棄電力井，埋深約9 m電力井。

（2）與結構正交：①Ф1500混凝土結構污水管，埋深1.5 m；②3200×2000混凝土結構雨水管，埋深0.8 m；③3200×2000混凝土結構雨水管，埋深1.0 m；④Ф1500 混凝土結構污水管，埋深1.8 m；⑤Ф820鋼熱力管，埋深2.8 m；⑥Ф500臨時遷改熱力管，埋深2 m；⑦Ф500臨時遷改熱力管，埋深2 m。

3 施工工藝技術

暗挖車站主體結構施工流程：底縱梁→鋼管柱→頂縱梁及兩側拱部二襯→中跨拱部二襯→邊跨拱部二襯→結構中板→負一層邊墻→結構底板→負二層邊墻。

文章主要闡述負一層結構三聯拱拱頂結構二次襯砌施工方法，暗挖車站三聯拱拱部結構采用滿堂支架+定型鋼模版組合體系施工，邊導洞內襯砌結構采用定型模板臺車施工，側墻采用單側大模板支架施工。

3.1 頂縱梁模板支架

頂縱梁寬1.3 m×梁高2.25 m，支撐體系采用扣件式腳手架+鋼模配合定型鋼拱架支架體系，架體高度1.2 m。

頂縱梁模板支架體系見表1。

表1 頂縱梁模板支架體系設計

3.2 邊導洞內襯砌模板支架

主體結構①洞、④洞內襯砌分別采用廠家定制的組合型臺車，側墻與拱部均采用6015的直面鋼模、弧形鋼模弧，倒角處采用廠家加工定制異形模板。

邊導洞內襯砌模板支架體系見表2。

表2 邊導洞內襯砌模板支架體系

3.3 扣拱二次襯砌模板支架

主體結構二襯扣拱每7.5 m為一個施工段落，跨度為①~③洞邊跨4.0 m、②~③洞中跨2.0 m、②~④洞邊跨4.2 m，二襯扣拱厚度為0.7 m，拱頂模板采用P6015的弧形鋼模板；二襯扣拱支撐體系采用扣件式鋼管腳手架+定型鋼拱架聯合體系，腳手架搭設高度約為2.0 m。

扣拱二次襯砌模板支架體系設計見圖1圖2。

圖1 ①~③洞邊跨扣拱模板支架

圖2 ②~④洞邊跨扣拱模板支架

施做條件：在小導洞破除與車站拱部暗挖完成后即開始安裝扣拱模板及支撐體系，然后進行扣拱混凝土施工，扣拱混凝土達到規定強度后，即開挖扣拱下方的土方至車站中層板。

扣拱二次襯砌模板支架體系設計見表3。

表3 扣拱二次襯砌模板支架體系設計

3.4 三聯拱臨時支撐破除

施工條件：依據監控量測信息車站主體初支扣拱頂沉降速度位于安全界限內，車站主體小導洞及扣拱初期支護結構趨于穩定，具備拆除作業條件。

破除范圍：兩側邊拱混凝土破除及格柵各處高度約1.5 m、中拱混凝土破除及格柵割除高度約1 m。采取分段跳倉拆除、跨段施工的方法，分段長度為7.5 m，臨時支撐拆除長度為9.5 m，拆除時需注意不能多破，防止支撐力不足，導致拱頂下沉；不能少破，避免在施工時進行二次破除作業。

3.5 施工沉降數值

采用Midas-GTS巖土工程數值分析軟件,對于縱向不連續分布的鋼管柱按受壓剛度等效進行簡化，建立二維數值計算模型，二襯采用實體單元。車站二襯的計算模型網格，車站拱頂埋深8.215 m。模型計算過程中，先進行地應力平衡，再進行開挖及應力釋放，然后按施工步序進行分步二襯施工，得到各階段的地層沉降。

建立數值計算模型分析導洞開挖、扣拱開挖階段的地表沉降。

圖3 雙柱三跨“洞柱法”暗挖車站計算模型網格

圖4 雙柱三跨車站扣拱階段開挖地表沉降

經計算，“洞柱法”暗挖車站，單柱雙跨車站導洞開挖階段地層沉降占總沉降的62.3%，扣拱階段的地層沉降比例為26.8%，地層沉降主要由導洞開挖引起；雙柱三跨車站導洞開挖階段地層沉降占總沉降的65.8%，扣拱階段的地層沉降比例為19.9%，地層沉降主要由導洞開挖引起。

4 關鍵施工技術要點

4.1 倒八字形頂縱梁施工技術

研發了一種隧道弧形側頂板鋪工裝，解決了頂縱梁施工作業面狹小、施工難度大、施工安全風險高等問題，有效保證了倒八字形頂縱梁施工質量，提高了施工工效。同時在縱向施工縫處采用自制定位模板，解決了三聯拱主拱扣拱臺階形企口縫鋼筋連接及防水難度大的問題。

4.2 邊跨拱腳結構施工技術

采用了小型襯砌臺車，解決了施工作業面狹小、施工安全風險高等問題，提高了施工工效。

4.3 中跨、邊跨扣拱施工技術

為方便邊跨和中跨拱頂弧形襯砌施工，加快施工進展，項目研發了一種地鐵施工弧面專用平整裝置。

4.4 施工縫處理技術

在施工縫處設置臺階形企口縫，采用20 mm厚鋼板自制定位模板，根據襯砌厚度加工2種類型。兩板間加設肋板，每1.5 m設置一道，尺寸為200 mm×200 mm三角形。在立板上按設計主筋位置打眼，直徑為30 mm，間距150 mm。

4.5 結構連接點處鋼筋連接技術

結構之間的鋼筋連接一般都是預埋鋼筋接駁器連接，接駁器的預埋位置、接駁器的保護方式及保護材料，很大程度影響結構之間的鋼筋連接質量、鋼筋間距，是工程施工中的控制要點。

主要策略：針對PBA法混凝土結構施工順序，拱部結構施工時與初期支護密貼的兩端端頭采用硬質約3~5 mm厚的鐵皮進行封堵，確保施工縫的平整度，為下一道工序施工時接茬混凝土易于鑿毛；拱部結構鋼筋接駁器采用柔性的材料進行包裹保護預埋的鋼筋接駁器，防止混凝土澆筑過程中將接駁器堵塞。側墻結構施工時將預埋的鋼筋接駁器塞滿棉布或者其他材料包裹嚴實，在施工縫處鋪一層細砂將接駁器完全覆蓋，再在細砂上部鋪一層粘土或水泥砂漿等材料，主要用于混凝土澆筑時達到施工縫的平整度，為下一道工序施工時接茬混凝土易于鑿毛，且施工縫平整。

5 結語

在地鐵建設日趨頻繁、PBA工法廣泛應用于地鐵建設中的大背景下，地鐵下穿城市主干道會日漸增多。該站點使用特制弧形鋼管支架在三聯拱半逆作法暗挖車站中成功應用，主要采用一種隧道弧形隧道側頂板鋪設工裝及一種地鐵施工弧面專用平整工裝等創新技術，為其他類似工程項目施工積累了施工經驗，為安全、有效施工奠定了良好的基礎。