復雜環(huán)境下蓋挖半逆作地鐵車站施工技術

成銀亮

（中交第二航務工程局第三工程有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江）

前言

近幾年，我國城鎮(zhèn)化程度持續(xù)提升，城市地下空間開發(fā)體量大幅度增加，多數城市地下空間開發(fā)逐漸朝著環(huán)境高度復雜的中心城區(qū)匯集[1]。地鐵車站建設面臨環(huán)境復雜、場地狹小、地表交通繁忙等困難，蓋挖半逆作有利于幫助地鐵車站施作突破上述難題，實現快速可靠作業(yè)。因此，探究復雜環(huán)境下蓋挖半逆作技術在地鐵車站施作中的應用具有非常重要的意義。

1 復雜環(huán)境下蓋挖半逆作地鐵車站基本情況

一地鐵車站位于交叉口地塊，呈東西走向。車站主體結構成楔形，長138 m，兩端頭與盾構區(qū)間相連，大里程端與小里程端寬度分別為44 m、22 m，車站設置3 個出入口。車站主體為地下三層結構，結構頂板厚2 m，負一層板、負二層板厚均為1 m，結構底板厚2.2 m，總深29 m。車站主體圍護結構為1 200 mm厚地下連續(xù)墻，主體地連墻深50 m，出入口地連墻深40 m，頂板覆土5 m。車站不僅位于人流量較大的市區(qū)主干道交叉口位置，而且東側為國家重點保護大劇院，距離在50 m 內。同時車站周邊建筑物密集，無法為車站建設提供足夠空間，施工工藝高度復雜。

地鐵車站建設地屬于熱帶海洋性氣候，全年平均氣溫為22.1 ℃，降雨量為2 300 mm～2 500 mm。建設區(qū)域地質情況見表1。

表1 地鐵車站建設區(qū)域地質情況

由表1 可知，地鐵車站頂板以上少部分沖擊土標準貫入值小于10，負一層到負二層殘積土標準貫入值大于10，剩余為肯尼山極硬土，標準貫入值在30～50以上，內摩擦角大，地質狀況良好。

2 復雜環(huán)境下蓋挖半逆作地鐵車站施作重點

地鐵車站選擇蓋挖半逆作方式，即在盾構機穿越車站范圍內，以中板、底板為代表的主體結構仍未建成，待盾構機出車站6 個月以上開挖底板至標高并拆除盾構管片，進行底板主體結構施作。具體施作期間涉及大尺寸矩形鋼管內加鋼筋混凝土組合柱設置，需要確定矩形鋼管混凝土柱安裝穩(wěn)定性。復雜環(huán)境下蓋挖半逆作地鐵車站施作期間，若簡單選擇結構板圍護支撐結構，需額外增設中間支撐柱，存在開挖不便、支撐拆裝困難等問題[2]。同時考慮到案述工程工期較為緊張，宜選擇大尺寸創(chuàng)新矩形鋼管內加裝鋼筋混凝土組合支撐柱的方式，以更小的截面獲得更大的承載能力，促使柱承擔的豎向荷載順利傳遞至地基，具體見圖1。

圖1 大尺寸矩形鋼管內加鋼筋混凝土組合柱結構

3 復雜環(huán)境下蓋挖半逆作地鐵車站施作技術內容

3.1 安裝大尺寸矩形鋼管內加鋼筋混凝土組合柱

在大尺寸矩形鋼管內加鋼筋混凝土組合柱安裝時，考慮到先插法易引發(fā)混合泥漿劣質混凝土涌入鋼管影響整根柱承載能力，而后插法易導致柱沉降、偏位問題，技術人員可以從細化施工著手，進行柱底、柱內鋼筋籠的優(yōu)化。確定選擇先插法后，為解決樁柱施工期間超灌部分含泥漿劣質混凝土涌入柱內問題，可以將附加鐵板焊接到矩形鋼管柱外側角，角焊縫長度（即附加鐵板高度）由承載力設計值推測，具體如下：

式中：τf為實際焊條抗剪強度；N 為角焊縫數量；lw為總長度；he為0.7 倍焊縫尺寸；fwf為焊條抗剪強度設計值[3]。確定焊縫長度后，技術人員可以根據國標《低合金高強度結構鋼》（GB/T 1591-2018）的相關要求，選擇355 鋼作為焊條，將2 塊封底鋼板焊接到柱地面，穩(wěn)固柱內鋼筋籠。隨后依據梅花形布置柱埋入鉆孔灌注樁內栓釘，確保柱體結構（見圖2）穩(wěn)定性。

圖2 柱體結構

3.2 土方開挖與結構變形的處理

因案述地鐵車站空間狹小，土方開挖期間結構變形的控制難度較大[4]。在蓋挖半逆作法地鐵車站施工中，土方開挖的過程實質上是開挖面不斷卸荷的過程，基坑內部土體的挖掘極易造成上部土體自重應力釋放，進而引發(fā)坑底土體產生以向上為主的位移，直接造成圍護結構在基坑內外土體壓力差的作用下出現水平側向位移。為了有效避免上述情況，相關施工技術人員應在土方開挖后及時安裝鋼支撐，并在開挖到底板設計標高后，第一時間澆筑底板，以便在最短的時間內形成地下整體結構，抑制周邊土體的位移，這不僅可以確保主體結構的安全穩(wěn)定性，也減小對周邊地表乃至建筑的負面影響。

3.3 快速拆除車站內盾構管片

在復雜環(huán)境下，蓋挖半逆作地鐵車站施作需拆除車站內隧道襯砌余留楔形管片。根據案述工程工期緊張、空間狹窄的特點，傳統(tǒng)基于腳手架的分段拆除方法無法確保一次開挖至隧道地面[5]?；诖?，可以選擇土壓力不平衡施作方式，從初始管片破除前期著手，先借助長臂挖機向下開挖至隧道中心標高下暴露遠離地下連續(xù)墻側管片，再借助炮頭機開鑿管片接縫位置，促使管片逐塊脫落，最后完全鑿除遠離地下連續(xù)墻側管片、盾構隧道上半圓部分。需要注意的是，在地鐵車站、盾構交接位置，應設置1 m 及以上高的防洪擋墻，避免車站內發(fā)生突涌危害。

3.4 施作盾構洞門環(huán)梁

蓋挖半逆作法實施過程中，盾構洞口環(huán)梁施工至關重要[6]。技術人員應先檢查站內最后一片管片伸入地下連續(xù)墻深度是否超出限度，若超出限度，可以借助繩鋸切沿著地下連續(xù)墻邊界，結合車站管片內指導切割標記與管片型號，分段將管片拆除后直接進行盾構洞口環(huán)梁施作，清除環(huán)梁阻礙。在正式施工時，技術人員可以優(yōu)選鋼管盤扣式支架，在洞門外成排打設，打造雙排高盤口支架結構。在鋼管盤扣式支架設置完畢后，技術人員可以根據設計圖紙安裝鋼模板，模板采用大量角鋼與鋼板分塊螺栓連接，對拉螺桿直徑為16 mm，模板頂部預留混凝土振搗口。在模板支持下分2 次澆筑，2 次澆筑時均從洞口盾構環(huán)梁兩側同步下料。在嚴格控制洞門盾構環(huán)梁兩側混凝土下料高差的情況下，先澆筑1/2 高度，待下半部分混凝土強度達到設計強度75%進行另外1/2 高度澆筑，消除混凝土不平衡壓力，避免模板支撐體系偏壓失效。

3.5 柔性連接鋼筋混凝土墻與梁板

鋼筋混凝土墻滯后于車站建筑梁板施作，是車站蓋挖半逆作法的突出特點[7]。鋼筋混凝土墻、車站建筑梁板連接穩(wěn)定性對車站整體結構可靠性具有直接的影響。鑒于傳統(tǒng)利用彈性材料連接鋼筋混凝土墻、車站建筑梁板的方式不夠美觀且限制角鋼施作，可選擇柔性連接鋼筋混凝土墻頂、車站建筑板，具體見圖3。

圖3 柔性連接鋼筋混凝土墻與梁板

圖3 中，1 為鋼筋混凝土墻；2 為車站建筑梁板；3為第一彈性材料，位于鋼筋混凝土墻、車站建筑梁板之間；4 為鋼套管，內徑稍微大于連接鋼筋直徑，長度超出100 mm，埋設間距小于1.5 m。一般鋼套管需豎向設置，預先埋設在車站建筑梁板底部鋼筋之間空隙內；5 為連接鋼筋，豎向設置，下端錨固在鋼筋混凝土墻內，上端穿入鋼套管內并經第二彈性材料與車站建筑梁板相接觸；6 為車站建筑梁板底部鋼筋；7 為第二彈性材料，位于鋼套管內遠離第一彈性材料一端，連接鋼筋上端、車站建筑梁板之間；8 為主筋。根據圖3，可以先進行車站建筑梁板鋼套管預埋，再澆筑梁板。進而綁扎鋼筋混凝土墻主筋、分布筋并固定。隨后在車站建筑梁板底部、鋼筋混凝土墻接觸范圍內粘固10 mm～20 mm 厚第一彈性材料（聚氨酯發(fā)泡材料、聚苯乙烯泡沫塑料板等）。利用一根連接鋼筋將同等厚度同等材質的第二彈性材料插入鋼套管，連接鋼筋上端經鋼套管伸入車站建筑梁板，下端則伸入鋼筋混凝土墻綁扎鋼筋區(qū)域與頂部彎折主筋綁扎固定。最終澆筑鋼筋混凝土墻，形成一個完整受力體。

4 復雜環(huán)境下蓋挖半逆作地鐵車站施作效果

根據《鋼管混凝土工程施工質量驗收規(guī)范》（GB50628-2010），得出復雜環(huán)境下蓋挖半逆作地鐵車站施作效果見表2。

表2 蓋挖半逆作地鐵車站施作效果

如表2 所示，蓋挖半逆作地鐵車站施作效果達到鋼管混凝土工程施工質量驗收標準。

結束語

綜上所述，復雜環(huán)境下，蓋挖半逆作地鐵車站施作主要是從上向下開挖施作車站結構，期間以頂板、中板為圍護結構支撐，降低額外圍護作業(yè)成本，同時減小對周邊振動干擾以及對周圍建筑物的破壞程度，滿足周邊存在特殊結構的地鐵車站安全建設要求。因此，技術人員應正確認識蓋挖半逆作在復雜環(huán)境下地鐵車站建設中的優(yōu)勢，科學策劃地鐵車站蓋挖半逆作方案，有序推進施工作業(yè)，為蓋挖半逆作地鐵車站施作質量與進度目標的順利達成提供依據。