地鐵暗挖車站扣拱施工技術(shù)摘要:介紹了北京地鐵十號(hào)線蘇州街暗挖車站“PBA”洞樁法施工中的關(guān)鍵技術(shù)———扣拱施工技術(shù),包括施工難點(diǎn)、施工方法及施工注意事項(xiàng)等,可為類似工法施工提供借鑒和參考。關(guān)鍵詞:地鐵車站;洞樁法;扣拱施工技術(shù) “PBA”洞樁法的原理就是將傳統(tǒng)的地面框架結(jié)構(gòu)施工方法(即在地面先做基坑圍護(hù)樁,然后從上向下進(jìn)行基坑土方開(kāi)挖,必要時(shí)加撐防止基坑變形,開(kāi)挖到底后從下向上施作框架結(jié)構(gòu))和暗挖法進(jìn)行有機(jī)結(jié)合,即在地面上不具備施作基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)條件時(shí),改在地下提前暗挖好的導(dǎo)洞內(nèi)施作圍護(hù)邊樁、中柱、底梁和頂梁、頂拱,共同構(gòu)成樁、梁、拱(PBA)支撐框架體系,承受施工過(guò)程的外部荷載,然后在頂拱和邊樁的保護(hù)下,逐層向下開(kāi)挖土體,施作內(nèi)部結(jié)構(gòu),最終形成由外層邊樁及頂拱初期支護(hù)和內(nèi)層二次襯砌組合而成的永久承載體系。在樁、梁體系完成后,則進(jìn)行支撐拱的施工,俗稱扣拱施工。由于本工法對(duì)施工引起的地層沉降變形要求相對(duì)較高,因此安全順序地將頂部大拱施作完成就成為本工法成敗的關(guān)鍵。1工程概況 北京地鐵十號(hào)線一期工程蘇州街站位于海淀南路與蘇州街交叉路口,站位與海淀南路基本平行。車站形式為兩端雙層暗挖,中間單層暗挖單柱雙跨側(cè)式車站。車站總長(zhǎng)195m,總建筑面積12627.7m2。車站共設(shè)置了4個(gè)出入口和兩座風(fēng)道及風(fēng)井。為方便施工,在風(fēng)道挑高段起點(diǎn)位置各設(shè)一座施工豎井。車站通過(guò)主要地層從上至下為:粉質(zhì)黏土層、粉土層、圓礫卵石層、中粗砂層、粉細(xì)砂層、粉質(zhì)黏土層、卵石圓礫層,基底位于卵石圓礫層。站體施工范圍內(nèi)存在上層滯水、潛水、承壓水,結(jié)構(gòu)大部分位于潛水層,結(jié)構(gòu)底板位于承壓水層,三層水對(duì)站體地下施工均造成影響。2周邊環(huán)境 站位處路面下各類既有管線密集,對(duì)車站施工有影響,需保護(hù)的地下管線達(dá)20條之多,且大多為雨污水管、自來(lái)水管、燃?xì)夤艿葘?duì)施工產(chǎn)生較大影響的管線,道路交通繁忙,車站周邊為高層商業(yè)區(qū)和住宅區(qū)。施工受周邊環(huán)境影響較大。3施工工藝 由于受周圍環(huán)境的限制,為減少對(duì)周邊居民、商業(yè)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)及交通的影響,車站施工采用礦山法全暗挖施作。其中主站體兩端設(shè)計(jì)為單柱雙層雙跨拱形結(jié)構(gòu),拱部初支厚350mm,邊樁為d1000mm挖孔樁,拱部及邊墻結(jié)構(gòu)厚600mm,中板厚550mm,底板厚1000mm,中柱為d1000mm鋼管混凝土柱,雙層暗挖段共長(zhǎng)166.0m,開(kāi)挖寬度22.5m,開(kāi)挖高度17.15m,覆土厚6.0m～7.0m,局部?jī)H有3.4m～4.5m。為控制地面沉降變形和確保周邊環(huán)境的安全穩(wěn)定,雙層結(jié)構(gòu)采用了對(duì)地層和周邊環(huán)境影響均較小的“PBA”洞樁法進(jìn)行全暗挖施作。 施工豎井開(kāi)挖到位井底封閉后,通過(guò)橫通道按先下后上,先兩邊后中間順序進(jìn)行主站體6個(gè)導(dǎo)洞的開(kāi)挖;然后在主體下部邊導(dǎo)洞內(nèi)施作條形基礎(chǔ),下部中導(dǎo)洞內(nèi)施作底縱梁;之后在上部邊導(dǎo)洞內(nèi)施工挖孔灌注樁和樁頂冠梁,中部上導(dǎo)洞內(nèi)挖孔吊裝鋼管柱,接著澆筑柱頂縱梁;待主體樁柱梁體系形成后,開(kāi)挖車站主體上部導(dǎo)洞間主體拱部土體,及時(shí)施作初期支護(hù),形成主體初支頂拱;然后在樁、梁、拱框架支撐體系的保護(hù)下,邊向下開(kāi)挖土體邊施作結(jié)構(gòu)混凝土,按逆筑法完成車站主體結(jié)構(gòu)。4扣拱施工難點(diǎn) 本工法在樁、梁體系(即邊洞內(nèi)條基、邊樁及樁頂冠梁,中洞內(nèi)底縱梁、鋼管混凝土柱和頂縱梁)完成后,接下來(lái)將進(jìn)行初期支護(hù)主拱的施作,以形成樁、梁、拱框架支撐體系。扣拱施工存在以下難點(diǎn): (1)大跨度開(kāi)挖施工風(fēng)險(xiǎn)大。一是單個(gè)主拱開(kāi)挖跨度已達(dá)11.3m,雙跨對(duì)稱同時(shí)開(kāi)挖則將達(dá)22.6m,中間頂縱梁相對(duì)較窄,中上導(dǎo)洞土層受主拱開(kāi)挖影響受力復(fù)雜。二是結(jié)構(gòu)所處位置地下水位高,工程地質(zhì)條件差,局部位于粉細(xì)砂層中,自穩(wěn)性較差,開(kāi)挖后易坍塌。拱頂存在管線滲漏水等上層滯水,是施工中的一大隱患。三是對(duì)稱開(kāi)挖作業(yè)時(shí)間長(zhǎng),又需破除主拱與邊洞連接處邊洞初支,作業(yè)時(shí)間會(huì)更長(zhǎng),并且破除初支過(guò)程中對(duì)地層擾動(dòng)大。 (2)大跨對(duì)稱開(kāi)挖對(duì)管線安全影響大。由于本站地下管線密集,需進(jìn)行保護(hù)管線較多,雙層結(jié)構(gòu)頂部有6條管線與結(jié)構(gòu)并行,距結(jié)構(gòu)較近且多是雨污水管,在中上導(dǎo)洞開(kāi)挖過(guò)程中已發(fā)現(xiàn)雨污水管存在滲漏,對(duì)主拱開(kāi)挖施工安全存在很大隱患。因此扣拱施工中確保眾多管線不滲不裂正常使用也是本工程的一大難點(diǎn)。5施工方法 為降低施工風(fēng)險(xiǎn),確保結(jié)構(gòu)上方地下管線安全和周邊環(huán)境穩(wěn)定,在主體樁柱、梁體系形成后,采取分部扣大拱的施工方案。首先施作邊洞內(nèi)主拱拱腳初支并對(duì)初支背后進(jìn)行回填,然后分部開(kāi)挖車站主體上部導(dǎo)洞間主拱土體,并及時(shí)施作初期支護(hù),分部閉合形成主體初支大拱,完成初支扣拱的施工。樁、梁、拱框架支撐體系形成后,再拆除臨時(shí)支護(hù),由上向下進(jìn)行結(jié)構(gòu)的施工。扣拱施工工序見(jiàn)圖1。 具體做法如下: (1)導(dǎo)洞內(nèi)樁、梁體系形成后,在中上邊導(dǎo)洞內(nèi)架立工字鋼豎撐,施作主拱拱腳初期支護(hù)和背后回填混凝土。 (2)分部開(kāi)挖主拱邊導(dǎo)洞側(cè)半拱并及時(shí)進(jìn)行初期支護(hù)和臨時(shí)支護(hù)。 (3)對(duì)稱同時(shí)開(kāi)挖支護(hù)主拱剩余部分,并破除中上導(dǎo)洞初期支護(hù)。 (4)破除主拱下臨時(shí)支護(hù),進(jìn)行二襯混凝土拱的施工。 分部扣拱施工具有以下優(yōu)點(diǎn):一是主拱采取分部開(kāi)挖,減小了開(kāi)挖跨度,相應(yīng)開(kāi)挖斷面減小,每循環(huán)作業(yè)時(shí)間大大縮短,能盡快將開(kāi)挖后地層成環(huán)閉合,大大加強(qiáng)了施工安全。二是中部預(yù)留土層較寬,兩側(cè)分部開(kāi)挖相互干擾明顯減弱。三是采取分部開(kāi)挖,同時(shí)位于開(kāi)挖面結(jié)構(gòu)正上方管線數(shù)量大大減少(由6條減為2條),降低了施工風(fēng)險(xiǎn)。因此施工對(duì)管線的影響也相對(duì)減小,有利于地下管線和地面行車安全。6施工注意事項(xiàng) (1)扣拱施工的關(guān)鍵在于減少對(duì)地層的擾動(dòng)。分部開(kāi)挖時(shí)應(yīng)縮短每循環(huán)作業(yè)時(shí)間,盡快將開(kāi)挖后地層閉合成環(huán)。 (2)主拱兩側(cè)洞開(kāi)挖時(shí)縱向應(yīng)拉開(kāi)8m～10m的距離,避免相互干擾。中間主拱施工時(shí)應(yīng)對(duì)稱同時(shí)進(jìn)行,防止兩邊不同步對(duì)頂梁產(chǎn)生推力而發(fā)生剪切破壞。 (3)在施工中應(yīng)加強(qiáng)測(cè)量工作,防止分部連接處出現(xiàn)反彎點(diǎn)而對(duì)主拱受力產(chǎn)生影響。 (4)在施工接近管線位置時(shí),打超前水平探孔,以探明前方的水文地質(zhì)情況,如存在殘留水,通過(guò)探孔排出。 (5)加強(qiáng)施工中的監(jiān)控量測(cè),重點(diǎn)監(jiān)測(cè)洞室拱頂沉降和管線本身沉降。如果變形量和變形速率超過(guò)允許值時(shí),立即采取應(yīng)急措施,包括加強(qiáng)超前支護(hù)、初期支護(hù)、增設(shè)臨時(shí)支撐、改變開(kāi)挖步驟、修改施工方案等。 (6)施工中嚴(yán)格遵循“管超前、嚴(yán)注漿、短開(kāi)挖、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測(cè)”的十八字方針。7結(jié)語(yǔ) 北京地鐵十號(hào)線蘇州街站由于受工程地質(zhì)和水文條件、環(huán)境條件(地面建筑物和地下構(gòu)筑物的現(xiàn)狀、道路交通狀況等)、車站埋深及開(kāi)挖寬度等多種因素的制約,施工中采用了“PBA”洞樁法進(jìn)行暗挖施工,此工法的施工關(guān)鍵技術(shù)和施工難點(diǎn)就是進(jìn)行扣拱施工,在施工中我們采取分部扣拱施工方法,降低了施工風(fēng)險(xiǎn),有效地控制了地層沉降變形,保證了工程施工期間的地面交通和地下管線的安全,為今后類似工程和工法的施工提供了借鑒和參考。