地鐵車站狹窄場(chǎng)地施工技術(shù)研究

王立朋

(中鐵十九局集團(tuán)第五工程有限公司 遼寧大連 116000)

1 引言

暗挖地鐵車站通道是利用斜井、風(fēng)井作為施工通道，完成主體結(jié)構(gòu)的開(kāi)挖支護(hù)。但在城市施工中往往受到征地拆遷限制，斜井、風(fēng)井等難以實(shí)施，需要綜合考慮場(chǎng)地條件，對(duì)施工總體方案進(jìn)行優(yōu)化?？赏ㄟ^(guò)設(shè)置臨時(shí)豎井、移動(dòng)風(fēng)井等措施，為車站主體施工創(chuàng)造必要條件[1－2]。

2 工程概況

2.1 設(shè)計(jì)方案

青島地鐵1號(hào)線水清溝站位于市北區(qū)四流南路與萍鄉(xiāng)路丁字路口，沿四流南路路中南北向布置。車站西北側(cè)為天豐造紙廠4～7層辦公樓(施工車站時(shí)需部分拆除)，西南側(cè)為待拆遷中石化加油站，東側(cè)為居民區(qū)，西側(cè)緊鄰深水明渠、鴻海家園酒店。四流南路為城市主干道，寬16.60 m，車流量較大。水清溝站為雙層圓拱復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)，全包防水型斷面，車站全長(zhǎng)213.50 m，標(biāo)準(zhǔn)寬度為21.512 m，高17.917 m。主體結(jié)構(gòu)以1號(hào)風(fēng)道及2號(hào)風(fēng)道作為施工通道，采用拱蓋法施工。水清溝站共設(shè)兩個(gè)出入口(A、B出入口)、兩個(gè)預(yù)留出入口、兩個(gè)安全出入口、兩個(gè)風(fēng)道(1號(hào)風(fēng)道、2號(hào)風(fēng)道)。

2.2 存在的問(wèn)題及解決方法

車站小里程端1號(hào)風(fēng)井位于廢棄中石油加油站場(chǎng)地內(nèi)，2號(hào)風(fēng)井位于天豐造紙廠內(nèi)，需要在征地拆遷完成后才能施工。由于征地拆遷存在困難，遲遲無(wú)法開(kāi)工，將影響后續(xù)車站及附屬施工。在詳細(xì)研究車站站位及現(xiàn)場(chǎng)多次踏勘后，發(fā)現(xiàn)四流南路與金華路交界處存在一處三角形市政公共場(chǎng)地，面積約500 m2，靠近車站小里程端，位于車站主體結(jié)構(gòu)左上方，具備豎井設(shè)置條件，且場(chǎng)地可以長(zhǎng)時(shí)間占用。通過(guò)綜合對(duì)比，從造價(jià)、占用時(shí)間、工效、利用率、安全、進(jìn)度等方面綜合考慮，選擇在車站主體上方設(shè)置臨時(shí)豎井。在車站主體上方設(shè)置臨時(shí)豎井方案在青島地鐵建設(shè)中尚屬首次，經(jīng)過(guò)與設(shè)計(jì)院、業(yè)主、專家多次論證，最終確定在車站主體上方設(shè)置臨時(shí)豎井方案[3－5]。

2.3 豎井及通道

臨時(shí)豎井設(shè)在四流南路與金華路丁字路口綠地內(nèi)，位于水清溝車站主體結(jié)構(gòu)正上方。臨時(shí)施工豎井為矩形斷面，內(nèi)凈空為6.0×8.0 m，豎井深度為27.334 m，采用倒掛井壁法施工。施工前進(jìn)行場(chǎng)地平整，旋噴樁止水。豎井開(kāi)馬頭門處的橫通道為平頂直墻斷面，凈寬7.0 m，凈高1.183～8.821 m(隨車站輪廓變化)。橫通道采用門式鋼架進(jìn)洞，鋼架內(nèi)架立車站主體結(jié)構(gòu)初支，初支架立完畢后破除門式鋼架及部分施工豎井側(cè)壁，施工橫通道以外的車站主體結(jié)構(gòu)。在橫通道以外的車站主體拱蓋結(jié)構(gòu)完成后，再施工橫通道內(nèi)二襯扣拱，施作橫通道內(nèi)的車站二襯結(jié)構(gòu)，回填豎井[6]。

在車站拱部開(kāi)挖及結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中，小里程端1號(hào)風(fēng)井拆遷仍未完成，為充分利用豎井，對(duì)臨時(shí)豎井方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，延長(zhǎng)豎井使用周期，在豎井與主體拱蓋接口處設(shè)置環(huán)梁、預(yù)留接駁器，待車站主體結(jié)構(gòu)下部開(kāi)挖及結(jié)構(gòu)完成后再對(duì)臨時(shí)豎井與主體拱蓋接口處結(jié)構(gòu)進(jìn)行封閉，并回填豎井。

豎井上部處于人工雜填土和粉質(zhì)黏土、中粗砂地層，下部主要處于強(qiáng)風(fēng)化花崗巖－中風(fēng)化花崗巖－微風(fēng)化花崗巖地層，橫通道長(zhǎng)度19.162 m。

2.4 水文地質(zhì)情況

鉆探揭示，由上至下豎井穿越地層主要為素填土、粉質(zhì)黏土、中粗砂、中風(fēng)化花崗巖、花崗巖(塊狀碎裂巖)、微風(fēng)化花崗巖(碎裂巖)、花崗巖(塊狀碎裂巖)。其中雜填土、粉質(zhì)黏土、中粗砂層厚度為7.740 m，中風(fēng)化層厚度10.894 m，其余均為微風(fēng)化層，地質(zhì)條件較好。地下水主要以上層滯水及基巖裂隙水為主[7－9]。

3 工程特點(diǎn)

(1)臨時(shí)豎井位于車站正上方，減少了橫通道施工長(zhǎng)度，可節(jié)約工程成本、加快施工進(jìn)度。臨時(shí)豎井見(jiàn)圖1。

圖1 臨時(shí)豎井平頂直墻進(jìn)洞

(2)豎井開(kāi)馬頭門處橫通道為平頂直墻斷面，相較于傳統(tǒng)風(fēng)道與主體接口處弧形斷面，降低了施工難度，見(jiàn)圖2。

圖2 風(fēng)道弧形直墻進(jìn)洞

(3)臨時(shí)豎井位于車站靠中間部位，能同時(shí)向車站兩端施工，增加了作業(yè)面，加快了施工進(jìn)度。

(4)臨時(shí)豎井位于主體上方，車站主體施工時(shí)材料、渣土直接從豎井吊裝，減少了橫通道運(yùn)輸轉(zhuǎn)彎環(huán)節(jié)，提高了吊裝效率及施工安全性。

(5)主體拱部、下部開(kāi)挖及結(jié)構(gòu)施工均能利用臨時(shí)豎井，施工效率較高；在車站中板完成后，車站出入口暗挖施工也能利用豎井，有利于現(xiàn)場(chǎng)施工組織設(shè)計(jì)[10－11]。

4 受力分析

計(jì)算采用地層－結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行，將結(jié)構(gòu)與地層看作同時(shí)作用。計(jì)算采用主要地層參數(shù)以地勘報(bào)告相關(guān)內(nèi)容選取，填土彈性模量根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)取值。

施工豎井按極限狀態(tài)法采用基本荷載組合進(jìn)行設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)受力模型如圖3所示。施工橫通道采用地層－結(jié)構(gòu)模型計(jì)算，其中土層至強(qiáng)風(fēng)化地層采用摩爾－庫(kù)倫準(zhǔn)則，中風(fēng)化及微風(fēng)化地層采用D-P準(zhǔn)則計(jì)算，地層結(jié)構(gòu)模型如圖4所示。

圖3 臨時(shí)豎井受力模型

圖4 橫通道受力模型

4.1 地層變形結(jié)果分析

地層變形結(jié)果見(jiàn)圖5。根據(jù)模擬結(jié)果可以看出，拱頂沉降約為－1.386 mm，小于拱頂下沉控制值－30 mm，滿足要求。

圖5 地層變形計(jì)算結(jié)果

4.2 接口處初支鋼架受力驗(yàn)算

豎井與主體接口處設(shè)計(jì)采用25號(hào)工字鋼，截面處于復(fù)合受力狀態(tài)，選取鋼架彎矩最強(qiáng)截面進(jìn)行驗(yàn)算，Mmax＝2.76 kN˙m，Vmax＝5.65 kN，F(xiàn)＝27.6 kN。分析結(jié)果:

最大正應(yīng)力σ＝73.401 N/mm2；平均剪應(yīng)力τ＝1.535 N/mm2。

Fx作用下的剪應(yīng)力最大值τmax＝0.000 N/mm2；Fy作用下的剪應(yīng)力最大值τmax＝4.282(N/mm2)。

σ＝73.4≤f＝215.0 N/mm2；τ＝4.3≤fv＝125.0(N/mm2)。

根據(jù)分析結(jié)果可以看出，滿足要求。

5 施工技術(shù)

5.1 準(zhǔn)備工作

施作圍擋、場(chǎng)地平整完成，水電已接入現(xiàn)場(chǎng)；所需材料已通過(guò)進(jìn)場(chǎng)檢查，設(shè)備進(jìn)行檢查保養(yǎng)且驗(yàn)收完畢，人員培訓(xùn)考核合格[12]。

5.2 豎井及橫通道施工

平整場(chǎng)地旋噴樁施工→鎖口圈梁→倒掛井壁法開(kāi)挖豎井，開(kāi)挖支護(hù)至橫通道上臺(tái)階→施作馬頭門上方超前支護(hù)，破除側(cè)向井壁→馬頭門施工→施工橫通道上臺(tái)階外層門型架支護(hù)(5～6 m)→暫停橫通道上臺(tái)階開(kāi)挖支護(hù)進(jìn)行豎井剩余部分開(kāi)挖支護(hù)并施工井窩→橫通道上、中、下臺(tái)階開(kāi)挖支護(hù)，完成外層門型架安裝施工→完成內(nèi)層格柵鋼架支護(hù)(橫通道上臺(tái)階施工時(shí)，可以進(jìn)行部分內(nèi)層格柵安裝)及接口處鋼架施工，支護(hù)體系轉(zhuǎn)換完成→進(jìn)行下一步主體開(kāi)挖支護(hù)施工。

5.3 旋噴樁施工

臨時(shí)豎井設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)7.14 m，旋噴樁直徑800 mm，樁心距500 mm，樁間咬合300 mm，總樁數(shù)為67根。采用先引孔、后旋噴的三軸高壓旋噴成樁工藝，具體施工參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 旋噴樁施工參數(shù)

5.4 開(kāi)挖支護(hù)

有鋼架地段豎井每步開(kāi)挖深度控制在1 m以內(nèi)，無(wú)鋼架地段控制在1.5 m以內(nèi)，嚴(yán)控超欠挖。中間部分設(shè)臨時(shí)集水坑，由潛水泵將積水及時(shí)抽出。在土質(zhì)地層及強(qiáng)風(fēng)化地段部分采用人工配合小型挖掘機(jī)和風(fēng)鎬進(jìn)行挖掘。石質(zhì)地層遇中風(fēng)化和微風(fēng)化巖層時(shí)采用爆破法施工。

在豎井爆破時(shí)，采用松動(dòng)爆破炮孔布置方式，起爆時(shí)爆破飛石在豎井中央向上沖擊，需重點(diǎn)防護(hù)掏槽部位飛石。在爆破時(shí)豎井內(nèi)滿布柔性炮被，防止爆破飛石對(duì)井壁及臨時(shí)橫撐造成沖擊；在井口覆蓋鋼炮被，防止部分小飛石飛出井外，以達(dá)到安全爆破的目的。

豎井及橫通道開(kāi)挖支護(hù)，按設(shè)計(jì)支護(hù)方案，土方開(kāi)挖每完成1個(gè)循環(huán)，及時(shí)完成初期支護(hù)，直至全部完成豎井及橫通道施工。

5.5 馬頭門施工

臨時(shí)豎井進(jìn)入橫通道處馬頭門采用L-5.0 m ?42×3.5 mm超前小導(dǎo)管支護(hù)，小導(dǎo)管環(huán)向間距為0.4 m，長(zhǎng)度為5.0 m，角度15°；小導(dǎo)管沿門型架上方水平布置。

5.6 支護(hù)體系轉(zhuǎn)換施工

主體結(jié)構(gòu)與橫通道為垂直交叉體系，在主體結(jié)構(gòu)施工開(kāi)挖前，需要完成橫通道支護(hù)體系的轉(zhuǎn)換。橫通道采取雙層支護(hù)，最外層為橫通道本身支護(hù)，采取工字鋼支護(hù)；內(nèi)層為格柵支護(hù)，與橫通道本身支護(hù)垂直相交，為車站主體自身支護(hù)。在內(nèi)層支護(hù)完成后，可通過(guò)橫通道向車站兩端進(jìn)行開(kāi)挖施工。

外層門型架施工時(shí)預(yù)留與內(nèi)層格柵連接的?22鋼筋，內(nèi)層格柵與預(yù)留鋼筋焊接牢固。由于內(nèi)層格柵與豎井接口處為預(yù)留吊裝口，內(nèi)層格柵無(wú)法封閉成環(huán)，采用水平環(huán)狀雙拼工字鋼及豎向雙拼工字鋼門架進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)。主體采用CD法施工，在與主體拱部豎向臨時(shí)支撐對(duì)應(yīng)位置增加雙拼工字鋼門架支護(hù)。支護(hù)體系轉(zhuǎn)換完成，進(jìn)行下一步主體開(kāi)挖支護(hù)施工，具體見(jiàn)圖6。

圖6 橫通道支護(hù)體系轉(zhuǎn)換

支護(hù)體系轉(zhuǎn)換注意事項(xiàng):

(1)初期支護(hù)盡早封閉以利安全；縮短循環(huán)作業(yè)時(shí)間，加強(qiáng)注漿。

(2)對(duì)已成型的支護(hù)結(jié)構(gòu)定期檢查，發(fā)現(xiàn)支護(hù)變形或損壞時(shí)立即修整加固。

(3)對(duì)地面沉降、收斂、拱頂沉降進(jìn)行監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理。

6 監(jiān)控量測(cè)

豎井周邊環(huán)境復(fù)雜，施工過(guò)程中對(duì)暗渠、信號(hào)塔、地下水位、地表沉降、凈空收斂、拱頂沉降、爆破振速等進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(cè)。拱頂沉降對(duì)比見(jiàn)圖7、凈空收斂對(duì)比見(jiàn)圖8。

圖7 拱頂沉降對(duì)比柱狀圖

圖8 凈空收斂對(duì)比柱狀圖

7 結(jié)束語(yǔ)

在豎井及車站開(kāi)挖施工過(guò)程中，各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)正常，均處于容許范圍。采用本文施工技術(shù)，有效地加快了車站出入口施工進(jìn)度，節(jié)約了工程成本，在1號(hào)線最晚開(kāi)工的車站中，與其他車站同期完成了車站主體結(jié)構(gòu)施工，滿足業(yè)主整體工期要求，目前車站已竣工移交。