地鐵車站狹窄場地施工技術研究

王立朋

(中鐵十九局集團第五工程有限公司 遼寧大連 116000)

1 引言

暗挖地鐵車站通道是利用斜井、風井作為施工通道，完成主體結構的開挖支護。但在城市施工中往往受到征地拆遷限制，斜井、風井等難以實施，需要綜合考慮場地條件，對施工總體方案進行優化?？赏ㄟ^設置臨時豎井、移動風井等措施，為車站主體施工創造必要條件[1－2]。

2 工程概況

2.1 設計方案

青島地鐵1號線水清溝站位于市北區四流南路與萍鄉路丁字路口，沿四流南路路中南北向布置。車站西北側為天豐造紙廠4～7層辦公樓(施工車站時需部分拆除)，西南側為待拆遷中石化加油站，東側為居民區，西側緊鄰深水明渠、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合式襯砌結構，全包防水型斷面，車站全長213.50 m，標準寬度為21.512 m，高17.917 m。主體結構以1號風道及2號風道作為施工通道，采用拱蓋法施工。水清溝站共設兩個出入口(A、B出入口)、兩個預留出入口、兩個安全出入口、兩個風道(1號風道、2號風道)。

2.2 存在的問題及解決方法

車站小里程端1號風井位于廢棄中石油加油站場地內，2號風井位于天豐造紙廠內，需要在征地拆遷完成后才能施工。由于征地拆遷存在困難，遲遲無法開工，將影響后續車站及附屬施工。在詳細研究車站站位及現場多次踏勘后，發現四流南路與金華路交界處存在一處三角形市政公共場地，面積約500 m2，靠近車站小里程端，位于車站主體結構左上方，具備豎井設置條件，且場地可以長時間占用。通過綜合對比，從造價、占用時間、工效、利用率、安全、進度等方面綜合考慮，選擇在車站主體上方設置臨時豎井。在車站主體上方設置臨時豎井方案在青島地鐵建設中尚屬首次，經過與設計院、業主、專家多次論證，最終確定在車站主體上方設置臨時豎井方案[3－5]。

2.3 豎井及通道

臨時豎井設在四流南路與金華路丁字路口綠地內，位于水清溝車站主體結構正上方。臨時施工豎井為矩形斷面，內凈空為6.0×8.0 m，豎井深度為27.334 m，采用倒掛井壁法施工。施工前進行場地平整，旋噴樁止水。豎井開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洞，鋼架內架立車站主體結構初支，初支架立完畢后破除門式鋼架及部分施工豎井側壁，施工橫通道以外的車站主體結構。在橫通道以外的車站主體拱蓋結構完成后，再施工橫通道內二襯扣拱，施作橫通道內的車站二襯結構，回填豎井[6]。

在車站拱部開挖及結構施工過程中，小里程端1號風井拆遷仍未完成，為充分利用豎井，對臨時豎井方案進行優化設計，延長豎井使用周期，在豎井與主體拱蓋接口處設置環梁、預留接駁器，待車站主體結構下部開挖及結構完成后再對臨時豎井與主體拱蓋接口處結構進行封閉，并回填豎井。

豎井上部處于人工雜填土和粉質黏土、中粗砂地層，下部主要處于強風化花崗巖－中風化花崗巖－微風化花崗巖地層，橫通道長度19.162 m。

2.4 水文地質情況

鉆探揭示，由上至下豎井穿越地層主要為素填土、粉質黏土、中粗砂、中風化花崗巖、花崗巖(塊狀碎裂巖)、微風化花崗巖(碎裂巖)、花崗巖(塊狀碎裂巖)。其中雜填土、粉質黏土、中粗砂層厚度為7.740 m，中風化層厚度10.894 m，其余均為微風化層，地質條件較好。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

(1)臨時豎井位于車站正上方，減少了橫通道施工長度，可節約工程成本、加快施工進度。臨時豎井見圖1。

圖1 臨時豎井平頂直墻進洞

(2)豎井開馬頭門處橫通道為平頂直墻斷面，相較于傳統風道與主體接口處弧形斷面，降低了施工難度，見圖2。

圖2 風道弧形直墻進洞

(3)臨時豎井位于車站靠中間部位，能同時向車站兩端施工，增加了作業面，加快了施工進度。

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

(5)主體拱部、下部開挖及結構施工均能利用臨時豎井，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，有利于現場施工組織設計[10－11]。

4 受力分析

計算采用地層－結構模型進行，將結構與地層看作同時作用。計算采用主要地層參數以地勘報告相關內容選取，填土彈性模量根據以往工程經驗取值。

施工豎井按極限狀態法采用基本荷載組合進行設計，結構受力模型如圖3所示。施工橫通道采用地層－結構模型計算，其中土層至強風化地層采用摩爾－庫倫準則，中風化及微風化地層采用D-P準則計算，地層結構模型如圖4所示。

圖3 臨時豎井受力模型

圖4 橫通道受力模型

4.1 地層變形結果分析

地層變形結果見圖5。根據模擬結果可以看出，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 地層變形計算結果

4.2 接口處初支鋼架受力驗算

豎井與主體接口處設計采用25號工字鋼，截面處于復合受力狀態，選取鋼架彎矩最強截面進行驗算，Mmax＝2.76 kN˙m，Vmax＝5.65 kN，F＝27.6 kN。分析結果:

最大正應力σ＝73.401 N/mm2；平均剪應力τ＝1.535 N/mm2。

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

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

根據分析結果可以看出，滿足要求。

5 施工技術

5.1 準備工作

施作圍擋、場地平整完成，水電已接入現場；所需材料已通過進場檢查，設備進行檢查保養且驗收完畢，人員培訓考核合格[12]。

5.2 豎井及橫通道施工

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

5.3 旋噴樁施工

臨時豎井設計樁長7.14 m，旋噴樁直徑800 mm，樁心距500 mm，樁間咬合300 mm，總樁數為67根。采用先引孔、后旋噴的三軸高壓旋噴成樁工藝，具體施工參數見表1。

表1 旋噴樁施工參數

5.4 開挖支護

有鋼架地段豎井每步開挖深度控制在1 m以內，無鋼架地段控制在1.5 m以內，嚴控超欠挖。中間部分設臨時集水坑，由潛水泵將積水及時抽出。在土質地層及強風化地段部分采用人工配合小型挖掘機和風鎬進行挖掘。石質地層遇中風化和微風化巖層時采用爆破法施工。

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

豎井及橫通道開挖支護，按設計支護方案，土方開挖每完成1個循環，及時完成初期支護，直至全部完成豎井及橫通道施工。

5.5 馬頭門施工

臨時豎井進入橫通道處馬頭門采用L-5.0 m ?42×3.5 mm超前小導管支護，小導管環向間距為0.4 m，長度為5.0 m，角度15°；小導管沿門型架上方水平布置。

5.6 支護體系轉換施工

主體結構與橫通道為垂直交叉體系，在主體結構施工開挖前，需要完成橫通道支護體系的轉換。橫通道采取雙層支護，最外層為橫通道本身支護，采取工字鋼支護；內層為格柵支護，與橫通道本身支護垂直相交，為車站主體自身支護。在內層支護完成后，可通過橫通道向車站兩端進行開挖施工。

外層門型架施工時預留與內層格柵連接的?22鋼筋，內層格柵與預留鋼筋焊接牢固。由于內層格柵與豎井接口處為預留吊裝口，內層格柵無法封閉成環，采用水平環狀雙拼工字鋼及豎向雙拼工字鋼門架進行臨時支護。主體采用CD法施工，在與主體拱部豎向臨時支撐對應位置增加雙拼工字鋼門架支護。支護體系轉換完成，進行下一步主體開挖支護施工，具體見圖6。

圖6 橫通道支護體系轉換

支護體系轉換注意事項:

(1)初期支護盡早封閉以利安全；縮短循環作業時間，加強注漿。

(2)對已成型的支護結構定期檢查，發現支護變形或損壞時立即修整加固。

(3)對地面沉降、收斂、拱頂沉降進行監測，發現問題及時處理。

6 監控量測

豎井周邊環境復雜，施工過程中對暗渠、信號塔、地下水位、地表沉降、凈空收斂、拱頂沉降、爆破振速等進行重點監測。拱頂沉降對比見圖7、凈空收斂對比見圖8。

圖7 拱頂沉降對比柱狀圖

圖8 凈空收斂對比柱狀圖

7 結束語

在豎井及車站開挖施工過程中，各項監測數據正常，均處于容許范圍。采用本文施工技術，有效地加快了車站出入口施工進度，節約了工程成本，在1號線最晚開工的車站中，與其他車站同期完成了車站主體結構施工，滿足業主整體工期要求，目前車站已竣工移交。