地鐵地下車站結構初期支護施工方案研討構架

文／侯元杰 中國水利水電第四工程局有限公司 青海西寧 810007

引言：

目前在地鐵地下車站工程的施工過程中，為盡量減少對城市地面交通的影響，廣泛采用了暗挖施工方式。由于暗挖施工方式主要在地下空間開展施工作業，其施工環境較為復雜，存在較高的安全風險，因此必須高度重視其初期支護結構的施作。施工單位應根據地鐵地下車站工程的實際情況以及具體的暗挖工法要求進行施工方案的制定，確保施工組織科學高效，各項施工工藝選擇合理，并要結合施工實踐經驗對施工工序流程進行優化，確保施工方案具有較高的可行性。

1、某地鐵地下車站工程基本概況

某地鐵地下車站工程位于城市繁華地區，地面交流流量較大，周邊建筑密集，且地下市政管線設施眾多。結合該工程的實際情況，絕對在其主體結構施工中采用PBA工法，以暗挖方式進行施工建設。因此，該地鐵地下車站工程的初期支護結構施工難度較大，對初支施工方案制定的科學性和可行性提出了較高的要求。

2、地鐵地下車站結構初期支護施工方案分析

2.1 概述PBA工法中的初期支護結構施工

所謂PBA工法也就是柱洞法，是在大型地鐵地下車站工程暗挖施工中較為常見的施工方式。在應用PBA工法施工時，初期支護結構主要是由頂拱、中邊柱樁以及頂底梁等結構共同構成的復合型支護形式。該初支結構體系具有較好的穩定性和受力能力，能夠滿足施工過程中的承載要求。在應用PBA工法進行地下車站施工時，其拱部初支結構一般由混凝土噴射以及格柵等構成，且應采用超前小導管以及大管棚等施工方式加固處理掌子面前方土體結構。同時初支體系中的中柱結構一般為鋼管柱，而側墻部分的初支結構則大多采用的是灌注樁結構。

2.2 制定地鐵地下車站結構初期支護施工方案時的主要影響因素

2.2.1 地鐵地下車站施工環境因素

在制定地鐵地下車站結構初期支護施工方案時，應充分了解工程區域的場地條件以及周邊環境特點，準確掌握工程影響范圍內的地面交通情況、地表沉降、周建構筑物基礎沉降和各類地下管線設施的布局走向等相關數據。在全面收集各項資料信息的基礎上才能合理選擇初期支護結構形式、施工技術工藝并確定相關的技術參數，以保證施工的質量安全。

2.2.2 地鐵地下車站結構初期支護施工工藝因素

在采用暗挖方式進行地鐵地下車站施工時，其初期支護結構的施工一般包括超前支護施工、注漿回填背后空隙施工以及受力轉換等施工技術工藝。在制定初期支護結構施工方案時，應結合工程區域的實際地層結構特點合理選擇施工技術方法，并科學確定超前小導管以及管棚的打設數量、導管或管棚的規格和長度以及打設方式等。施工方案中所確定的各項技術參數應符合相關施工技術規范標準。

以采用超前注漿方式的初期支護施工為例，在施工方案制定中應按照施工現場的實際地質水文條件來確定注漿漿液的配合比，且應準確掌握漿液的凝結時間以及固結后的強度。當掌子面前方主要為礫石層、卵石層或者粗砂層時，一般可以選擇單液水泥漿作為注漿材料，且應將漿液水灰比控制在1:1。當掌子面前面分布有粉細砂或者中砂時，則應用改性水玻璃等材料進行超前注漿施工，且應合理控制注漿壓力。在確定施工方案中的技術參數時，可以開展現場試驗，并加強對施工現場地層結構的勘測，以優化漿液配比為初期支護結構的施工創造良好的前提條件。

由于在初期支護結構與其背后土體之間往往有空隙存在，且該部位土體結構容易受到施工擾動影響而出現沉降現象，會給施工安全帶來一定的風險隱患。因此在制定初期支護結構施工方案時，應結合沉降控制的設計標準合理確定注漿量、注漿壓力以及穩壓時間等各項技術參數，以提高地鐵地下車站施工的安全性。

在制定地鐵地下車站結構初期支護施工方案時，還應合理選擇受力轉換位置，并對開挖施工步序進行優化，合理確定節點連接方式，準確控制格柵監測等各項技術參數，以確保地鐵地下車站初期支護結構的強度以及穩定性能夠達到設計要求，從而全面提高施工的安全性和施工質量。

2.3 該地鐵地下車站結構初期支護施工方案的制定

2.3.1 地鐵地下車站下穿管線設施施工方案

在該地鐵地下車站主體結構的上方存在熱力管線、雨污管道以及上水管道等市政管線設施。經過前期勘查發現，相當一部分管線設施存在嚴重老化現象，在地下車站施工時比較容易受到影響，進而影響管線的正常運行，并給地下車站結構的施工帶來較大的安全隱患。因此在制定地下車站結構初期支護施工方案時，應對洞內外分別采取相應的保護措施。其中，在洞內部分應加強地質超前預探以及預警，以及時了解作業面前方的管道是否存在滲漏現象，并準確掌握前方的地質水文特征，以便對前方巖土體的受擾動程度加以判斷。施工時可以選擇超前排管方式開展地質超前預探測量，且探測時的每次進深均應達到5m以上。而在洞外部分則應在施工前詳細排查所有管溝是否存在積水，以便采取相應的排水措施。同時，對于風險較高的污水管應采取臨時遷移措施，污水管內部在施工過程中不應有流水存在。

在地下車站結構的初期支護施工中可以利用小導洞結合雙排小導管的施工方式將拱部超前注漿范圍適當擴大，其角度應控制在150°以內。同時應在地下車站主體結構的扣拱初支范圍內設置通長大管棚，大管棚應采用φ108mm×5mm規格，應按照隔榀打設方式設置超前小導管，之后即可開展注漿作業。在布設注漿孔時，沿地下車站主體結構的邊墻以及拱部設置，并應合理控制注漿孔之間的距離。其中邊墻部分注漿孔之間的縱向間距應控制在3m，而在起拱線上方的注漿孔之間的環向間距則應控制在2m。在拱部應設置注漿孔1個。注漿施工時，應將注漿壓力保持在0.3MPa-0.5MPa之間。在完成初支結構的施作后，用水泥漿對其背后空隙及時進行灌注，水泥漿水灰比應控制為1:1。開挖施工時應將步距控制在0.5m左右，應在開挖過程中進行動態施工控制測量，可準確掌握開挖施工對圍巖結構的影響。

2.3.2 地鐵地下車站導洞施工方案

由于該地鐵的地下車站工程采用的是PBA工法，因此需要開展導洞施工。該地下車站共包括8個導洞，其中上下層各有4個導洞。施工時主要通過橫向隧道逐步向兩側推進。在該地下車站主體工程的導洞和底部橫向導洞的施工中均應采用臺階法。結合該工程施工周期以及施工進度計劃安排，應按照從上到下，由邊向中的順序依次進行各導洞的施作，且兩個相鄰導洞之間的作業面應錯開6m左右，施工工序方案可參見圖1。

圖1 地鐵地下車站導洞施工工序（標號代表施工順序）

在地下車站導洞的初期支護施工中，其支護結構形式綜合應用了鋼筋網、混凝土噴射、超前小導管、鋼格柵以及連接筋等多種方式。超前支護結構中所使用的超前小導管規格應為φ42×3.25，其長度應為2.5m。在布設小導管時應按照兩環之間間隔2榀的方式進行打設，將其環向間距控制在300mm。在120°的導洞拱部范圍內均應設置超前支護結構。同時，在臺階法施工時，應將2.5m長、規格為φ42mm的兩根縮腳錨管設置在上臺階的拱腳位置。并應焊接固定在格柵上，然后用純水泥漿灌注錨固（臺階法施工方案可參見圖2所示）。在施工過程中應準確控制格柵位置和其間距，并要確保核心土預留充分，從而保證作業面的穩定性和安全性。

圖2 地鐵地下車站導洞臺階法施工方案

2.3.3 地鐵地下車站初期支護圍護結構施工方案

完成地下車站工程的下層導洞施工后，底條基施工應利用1、2號施工豎井進行，且應按照從里到外的順序開展施工。當所有底條基鋼筋均完成綁扎后，即應開展圍護樁鋼筋籠結構的預埋作業。該地下車站工程的主體圍護結構樁應選擇人工挖孔樁技術進行成孔施工，并按照隔三挖一原則以跳樁方法施作。施工人員在完成一個樁孔的混凝土澆筑后，應在圍護樁結構強度達到設計標準后才能施作相鄰孔圍護樁。在該人工挖坑支護結構的施工中，護壁結構應采用強度等級為C25的混凝土，且預制鋼筋網片規格應確定為φ6.5@150×150mm。在各節均應設置直徑為20mm的鋼筋8根。挖孔樁護壁形式應采用喇叭錯臺形式，且應為下大上小型，同時應將護壁結構厚度的最小值以及最大值分別控制在10cm或15cm。在地下車站初期圍護結構的邊洞初支扣拱和樁頂冠梁結構施工時應結合圍護樁結構的施工進度計劃確定施工工序。其中樁頂冠梁的施工順序應為自內向外，并采取分組施工方式，各分組均應控制在20m-30m之間。在完成冠梁施工后，應將邊洞扣拱格柵拱腳預埋在其上端。

2.3.4 地鐵地下車站初期支護梁柱結構施工方案

該地鐵地下車站工程的頂縱梁、底縱梁和鋼管柱等梁柱結構均應利用1、2號施工通道進行。在地下車站主體結構的底部以及頂部應分別設置30根規格為φ800mm@150×20mm、長度約為176m的鋼管混凝土柱。在地下車站的梁結構施工中設置2條底縱梁，且應在施工時分9組施作底縱梁，各組長度均應控制在17.7m-27m之間。而在頂縱梁的施工時，則應將分組長度控制在12m左右。在梁柱結構的施工中應加強接頭處理以及防水處理。

在施作鋼管柱結構時，由于受地下空間面積以及地層結構特點限制，應通過人工開挖方式進行中樁的成孔作業。施工人員應在完成綁扎底縱梁鋼筋和安裝模板后將鋼管柱預埋件埋設就位，之后應對底縱梁結構強度進行監測，當其符合設計標準后才能安裝鋼管柱。在本次施工采用的是預制鋼管柱，當預制鋼管柱構件運抵施工現場后，應通過上層導洞將其分節吊裝就位。根據上導洞凈高，應將鋼管柱分節長度控制在2m-3m左右。在各節鋼管柱吊裝就位后，應用微膨脹混凝土進行澆筑。

2.3.5 地鐵地下車站初期扣拱超前支護結構施工方案

在該地鐵地下車站工程初期支護體系的扣拱超前支護結構施工中，根據工程特點應綜合采用超前小導管結合大管棚的支護方式，且大管棚規格應選擇φ108mm。在大管棚的超前注漿施工中應將水泥砂漿的水灰比控制在1:1，并選擇改性水玻璃作為超前小導管的注漿材料。由于該地下車站工程需要下穿不同功能類型的地下管線設施，而這些管線中有多條的風險等級被判別為一級。車站結構的拱頂部位地層結構主要為黏土、粉細砂一級中粗砂，地層結構復雜且自穩性相對較低，因此在地下車站的上層初支結構中，應將超前大管棚設置于扣拱拱頂上，且大管棚規格應為φ108mm@150×5mm，并根據施工現場的實際情況調整大管棚的長度。在各個施工斷面內均應設置大管棚，且應將管棚之間的環向距離控制在30cm左右。施工人員應將管棚中心與開挖先之間的距離控制在15cm左右，而水平傾角則應控制在3°-5°之間，以便與隧道坡度保持一致。在設置管棚時，根據地層結構以及覆土厚度等參數，應在鉆進成孔作業中選擇循環導向跟管鉆進技術。

2.3.6 地鐵地下車站初期扣拱支護結構施工方案

該地鐵地下車站工程主體采用的是三跨三聯拱的兩層結構形式，其扣拱包括邊洞以及中洞兩部分。在邊洞扣拱以及中洞扣拱的開挖施工中均應選擇臺階法施工方式。施工時應從1號風道風井開始，逐步向東推進，而在1、2號豎井和連通通道的開挖施工中則應按照先向西后向東的順序開展施工作業。在初支扣拱施工時應先施作中拱部分，并應與邊拱保持8m以上的前后錯開。同時，兩側邊拱應采取同步施作方式。

2.4 該地鐵地下車站結構初期支護施工監測方案

由于在地鐵地下車站工程的暗挖施工過程中存在較多的不確定性因素，安全風險系數較高，因此在制定初期支護施工方案時應高度重視施工監測方案的確定，為施工監測工作的有序開展提供科學的指導，以保證地鐵地下車站結構初期支護施工的質量安全。

2.4.1 該地鐵地下車站結構初期支護施工中的主要監測項目

根據該地鐵地下車站工程區域的實際情況，其施工監測方案中的監測項目應為初期支護結構狀態監測、工程區域地質體監測以及周邊環境監測等。在地下車站初期支護結構狀態監測中應對初支結構、邊樁等結構狀態進行動態監測。而在監測工程區域地質體是，則應對地下水水位變化、水動力以及巖土體結構的穩定性等項目實施監測。此外，由于該地鐵地下車站工程區域有城市道路、下穿地面道路的地下過街通道、電力溝、熱力溝、污水溝、雨水管道、燃氣管道以及給排水管道等多種類型的市政管道設施，因此在施工監測中應對各類型地下管線設施均進行觀測，以避免對其造成破壞。

2.4.2 該地鐵地下車站結構初期支護施工測量方案制定分析

在該地鐵地下車站結構初期支護施工過程中，應選擇與車站出題結構外側相距50m左右的變形影響區內設置施工監測基準點，并合理劃分測區范圍。在各測區內均應設置3個以上的監測點，以便校核監測數據，保證監測數據的準確性。在布設測點時應嚴格遵守施工測量技術規范要求，并要結合地下車站施工進度，合理選擇能夠準確反應受力變形情況的位置設置測點。在完成測點的布設后應采取必要的保護措施，以確保監測數據完整連續，且具有較高的可靠性。

在制定施工測量方案時，應根據地下車站的施工進度計劃以及現場實際情況等合理確定觀測頻率、測回數量以及監測時間等。在地鐵地下車站進行較易出現受力變形現象的施工工序或者在施工監測中發現異常時，可以適當加大監測頻率，增加測回，以便及時掌握受力變化，保證施工安全。同時，在施工監測工作中，應根據不同的監測區域以及不同的施工階段確定相應的監測項目和風險等級，并制定相應的監測標準以及三級預警機制。在發現異常監測數據時，監測人員應進行科學的分析，并準確判斷其風險等級，以便及時向現場施工人員出發預警信息，啟動相應的應急處置預案。此外，在地鐵地下車站結構的初期支護施工監測工作中還應建立日、周、月報機制，將監測報告定期提交給工程的施工方、建設方以及設計方等相關單位，以便為設計方案以及施工方案的調整提供可靠的參考依據。在地鐵地下車站結構初期支護施工完成后，還應匯總監測數據，并出具監測成果報告，作為分項工程施工質量驗收以及后續施工方案制定的重要數據基礎。

結語：

初期支護結構的施工是地鐵地下車站工程建設中的關鍵性施工環節，其施工方案的合理性、科學性以及可行性對地鐵地下車站整體結構的質量安全具有重要的影響。施工單位應嚴格遵守相關技術規范要求，積極總結施工實踐經驗，結合地鐵地下車站工程的實踐情況不斷優化施工方案，以提高施工組織和科學性，并確保所選擇應用的施工技術工藝能夠滿足地鐵地下車站工程建設的要求，以提高初期支護結構的強度和穩定性，為地下車站后續工程的施工提供可靠的安全保障，促進我國地鐵工程施工技術水平和施工質量效率的全面提升。