暗挖車站關(guān)鍵施工技術(shù)研究應(yīng)用

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摘要:以沈陽地鐵一號線沈陽站站暗挖車站工程為背景，介紹了采用“PBA”工法施工的工藝、洞樁施工、扣拱施工等關(guān)鍵技術(shù)，重點(diǎn)闡述了洞樁機(jī)械改造、固砂材料選取、二襯拱架綜合利用等創(chuàng)新技術(shù)，以期對類似工程有所借鑒。

關(guān)鍵詞:地鐵車站，PBA工法，暗挖，施工技術(shù)

1概述

本站三連拱暗挖車站采用淺埋暗挖洞樁法的施工技術(shù)，即PBA工法。本工法在傳統(tǒng)淺埋暗挖法的基礎(chǔ)上吸收了蓋挖法的特點(diǎn)，把地面框架施工技術(shù)和傳統(tǒng)的導(dǎo)洞技術(shù)、樁技術(shù)、拱技術(shù)進(jìn)行了有機(jī)的結(jié)合，是一種適合地面由于各種因素不具備明挖條件和對地層沉降要求嚴(yán)格的多層多跨地下暗挖結(jié)構(gòu)的地下工程技術(shù)，具有廣闊的應(yīng)用前景。但其施工方法也因主體結(jié)構(gòu)設(shè)計原理、周圍環(huán)境和地質(zhì)情況的不同而有所差異，在全國多座城市暗挖車站均有應(yīng)用［1-3］，尚需根據(jù)不同地質(zhì)條件和周圍環(huán)境不斷完善。

2工程概況

2．1設(shè)計簡介

沈陽地鐵一號線沈陽站站位于中華路與勝利大街的交叉路口，沿中華路方向東西布置，與規(guī)劃中的三號線在交叉路口十字換乘。本標(biāo)段所在的中華路與垂直于車站的勝利大街為城市交通主干道，路面交通十分繁忙，車輛密集。地下管線密集主要分布在中華路及勝利大街下，有給水管、污水管和煤氣管道等對地面沉降要求較高，車站兩側(cè)為沈陽飯店和沈鐵大旅社等保護(hù)建筑同樣對沉降要求嚴(yán)格。沈陽站車站主體結(jié)構(gòu)總長為190．6m，采用明暗結(jié)合的施工方法;暗挖段共143m，覆土厚度為6m，大部分為中粗砂。車站主體結(jié)構(gòu)為地下雙層島式車站。采用PBA工法施工，主體結(jié)構(gòu)采用雙層三跨三連拱頂直墻形式。

2．2地質(zhì)及水文情況

地下水主要賦存于第四系渾河新扇沖洪積礫砂層(④-4)和上更新統(tǒng)渾河老扇沖洪積礫砂、圓礫層(⑤-4，⑤-5)中，屬孔隙潛水含水層，滲透系數(shù)70m/d～140m/d，穩(wěn)定水位埋深為6．50m～12．50m。即整個車站位于富水砂層，施工前進(jìn)行降水措施。

2．3施工環(huán)境及重難點(diǎn)

1)車站位于火車站前廣場位置，地面環(huán)境復(fù)雜，周圍建(構(gòu))筑物較多，附近車流人流密集，拱頂上方存在雨污水、燃?xì)獾裙芫€，施工風(fēng)險大。2)車站位于富水砂礫石層，含水量豐富，對降水要求高。同時，地層自穩(wěn)性差，極易形成流砂等現(xiàn)象。3)車站覆土較淺(6m)，開挖跨度大(21．5m)，高度大(15．26m)，工序復(fù)雜，頻繁擾動，沉降控制困難。

3三連拱暗挖車站洞樁法施工步驟及關(guān)鍵施工技術(shù)

3．1施工工藝

開挖上部4個小導(dǎo)洞→施作結(jié)構(gòu)圍護(hù)邊樁→開挖下導(dǎo)洞(施工邊樁頂縱梁、初期支護(hù)及背后回填)→鋪設(shè)底縱梁下防水層、施作底縱梁、鋼管柱、頂縱梁上防水層、頂縱梁及回填→開挖中跨砂體并施加中跨臨時支撐→鋪設(shè)中跨拱頂防水層、施作中跨拱部結(jié)構(gòu)二襯→進(jìn)行邊拱扣拱→施工中縱梁和中板→施工中板上側(cè)墻→開挖中板下砂體→施作底板墊層、防水層、澆筑底板及部分邊墻→澆筑剩余站臺層以上邊墻，施工站臺板和軌頂風(fēng)道。

3．2關(guān)鍵施工技術(shù)

3．2．1洞樁施工1)洞樁簡述。沈陽地鐵一號線沈陽站站主體共有洞樁262棵，樁直徑800mm，標(biāo)準(zhǔn)段樁中心間距為1200mm，盾構(gòu)井段樁間距為1000mm。2)鉆機(jī)選擇。導(dǎo)洞內(nèi)樁基作業(yè)空間比較狹小(凈空為4m×5m)，水平與垂直空間受限，進(jìn)行樁基鉆孔、鋼筋籠吊運(yùn)、泥漿循環(huán)處理等工序施工難度較大。將GSD-50型大口徑液壓鉆機(jī)進(jìn)行了改造，將偏大的底座尺寸縮小，高度縮小(由4．7m減為3．8m)，滿足了洞內(nèi)施工要求。3)“洞樁”施工。a．施工工序。導(dǎo)洞底板混凝土上面開口→埋設(shè)護(hù)筒→鉆機(jī)就位→鉆孔→清孔驗(yàn)收→下鋼筋籠及導(dǎo)管→灌注水下混凝土。b．關(guān)鍵技術(shù)。在鉆孔樁樁位兩側(cè)各砌兩道磚墻，磚墻寬240mm，高約300mm～350mm，兩墻相對水平，該槽的作用:在回漿泵有問題或灌樁時，出漿量較大，作為臨時存漿槽避免流入洞內(nèi)其他地方造成漿液浪費(fèi)和環(huán)境污染;可引導(dǎo)流出的漿液直接進(jìn)入臨近正在鉆孔的樁內(nèi)補(bǔ)充泥漿。由于圍護(hù)樁施工時樁位須用風(fēng)鎬破除導(dǎo)洞底噴射混凝土，對導(dǎo)洞的穩(wěn)定有一定影響;同時圍護(hù)樁間距較小，為保證導(dǎo)洞穩(wěn)定和相鄰鉆孔的質(zhì)量，采用隔孔施鉆，鉆孔后及時封閉格柵保證洞底穩(wěn)定。護(hù)壁泥漿及鉆碴處理:采用膨潤土造孔內(nèi)泥漿，泥漿配置。膨潤土:國產(chǎn)Ⅱ級鈣土;水:自來水;分散劑:工業(yè)純堿(Na2CO3)提供Na+對鈣性處理;增粘劑:中粘度羧甲基纖維素(CMC)改善流變及粘度。新鮮泥漿的配比見表1。鋼筋籠的制作與安裝:鋼筋籠在中導(dǎo)洞內(nèi)加工，由于導(dǎo)洞高度所限鋼筋籠分節(jié)較多，為節(jié)省主筋連接時間和節(jié)約鋼筋用量，接頭采用標(biāo)準(zhǔn)套筒連接，下鋼筋籠時，采用鉆架吊裝。實(shí)踐證明采用該改型鉆機(jī)達(dá)到快速鉆進(jìn)與成孔質(zhì)量好的目標(biāo)，不足之處:由于洞內(nèi)較為狹窄且較長，在洞內(nèi)槽中的沉淀砂礫向外運(yùn)輸?shù)确矫孑^為困難，解決方法可通過在邊導(dǎo)洞和中導(dǎo)洞增加連接通道極大緩解運(yùn)輸壓力。

3．2．2初支扣拱施工1)施工工藝。鋼管柱、頂縱梁施工完畢→開挖中跨上部土體，進(jìn)行破拱、扣拱→開挖邊跨上部土體，進(jìn)行破拱、扣拱。2)扣拱難點(diǎn)及控制措施。a．扣拱施工難點(diǎn)?？酃安课坏氖┕l件較差，巖體不穩(wěn)定。具體為:開挖土的成分主要是中粗砂和細(xì)砂，對漿液的滲透性均勻性不理想;由于小導(dǎo)洞的開挖，對扣拱部位的土體產(chǎn)生擾動，拱頂?shù)耐馏w有些松散;地上部分為繁華路段，每天的車流量較大，而覆土層的厚度為6m，對扣拱的頂部的土體有較大擾動;同時上方有污水管道年久失修，砂層中含水量較豐富，易造成塌方;扣拱部位的拱較平，其矢跨約為1/12。b．扣拱控制措施。超前注漿是決定扣拱施工是否能夠順利進(jìn)行的最重要因素，首先進(jìn)行多種試驗(yàn)及效果比對:雙液漿加固:土體效果較好，但是價格較貴，同時操作較為復(fù)雜，成分較多同時比例控制不好，極易影響加固效果;THE-Ⅱ固體固砂劑:該固砂劑價格較便宜，操作較為簡單，容易被操作工人使用，但對砂體只是臨時加固，由于現(xiàn)場焊接量大焊接時間較長，地面行車較多，洞內(nèi)容易造成塌方。JM-4型固砂劑液態(tài)固砂劑:該固砂劑為新型固砂劑，主要有以下特點(diǎn):凝結(jié)速度快。在常溫下凝結(jié)時間為1min～2min，可在保證安全質(zhì)量的情況下提高施工進(jìn)度。配合水泥漿使用，固砂強(qiáng)度高。固結(jié)強(qiáng)度在5min即能滿足開挖要求，隨時間的增長強(qiáng)度不斷上升。含活性劑成分，有潤滑作用擴(kuò)散性極好。能夠達(dá)到直徑300mm～400mm，能夠在隧道拱部形成一個封閉整體?？捎盟冶葷{劑比來調(diào)節(jié)初凝時間及固砂強(qiáng)度。受環(huán)境和溫度的影響不大，沙層中含水量大時，漿液固結(jié)仍能滿足施工要求，且可以堵水，防止隧道頂部環(huán)境水的滴漏。通過以上試驗(yàn)結(jié)果的比較，我部采取JM-4型固砂劑液態(tài)固砂劑，開挖效果較好，為扣拱初支的順利進(jìn)行創(chuàng)造良好的條件。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果選取合適的雙液漿注漿配合比:水泥漿的配制:水∶水泥=2．5∶1(質(zhì)量比)。水泥漿與固砂劑:水泥漿∶固砂劑=3∶2(體積比)。其次，為確保中粗砂注漿效果，加密注漿孔的間距，適當(dāng)加大孔眼的直徑:采用25mm×3mm@200mm超前小導(dǎo)管沿拱頂范圍輪廓線布置。第三，采用氣壓式注漿泵，注漿壓力為0．3MPa～0．5MPa。此方法對扣拱初支的施工提供了重要保證，保證了工程的順利進(jìn)行。

3．2．3結(jié)構(gòu)二襯的施工1)施工工藝。初支扣拱完畢后，向下開挖土體→進(jìn)行站廳層中板、中縱梁、邊墻施工→向下開挖土體→進(jìn)行站臺層底板、邊墻施工→進(jìn)行站臺板、軌頂風(fēng)道施工。2)施工控制措施。a．二襯施工控制。由于本車站暗挖段共143m，斷面較多，不適宜襯砌臺車的使用，為保證拱架的穩(wěn)定性、混凝土表面質(zhì)量和方便模板拱架的安裝，采用Ⅰ14工字鋼組成支撐鋼架，現(xiàn)場組裝，每0．75m一組，采用碗扣式鋼管腳手架(步距600mm)配合150mm×150mm方木做臺架支撐，搭配1200mm×1500mm的定型可調(diào)模板。此拱架和模板操作安全、靈活、方便，大大提高了混凝土表面質(zhì)量。b．中板施工控制。由于本站暗挖主體的施工工藝為逆作法施工，即扣拱完畢后，即向下開挖，開挖至中板位置時，施作中板，再施工中板上的邊墻，然后再開挖中板下的土體。因此中板的模板的鋪設(shè)方案顯得尤為重要，選擇不當(dāng)可能會影響中板的施工質(zhì)量或造成不必要的周轉(zhuǎn)材料的浪費(fèi)。采取在處理過的砂體上鋪設(shè)“方木+竹膠板”的施工方法進(jìn)行中板施工控制。砂體開挖整平。待砂體開挖至預(yù)設(shè)方木底標(biāo)高以上300mm時，移走開挖機(jī)械，人工整平，保持原狀砂體的整體性，為避免模板發(fā)生不均勻沉降，可在砂體表面用水浸密實(shí)，對個別超挖的先回填干凈的中粗砂然后采用履帶挖掘機(jī)碾壓整平、水浸密實(shí)，根據(jù)測量班所給標(biāo)高鋪設(shè)方木和竹膠板。中板下方木和竹膠板鋪設(shè)方法。將100mm×100mm方木鋪設(shè)在整平的砂體上，間距為300mm，方木間隙采用中粗砂填塞，水浸密實(shí)后找平。待測量班查驗(yàn)標(biāo)高合格后鋪竹膠板，竹膠板之間采用膠帶紙粘貼。少量側(cè)墻的模板支立。土方開挖邊墻處時，因中板下有600mm×900mm的斜角，斜角處仍采用方木+竹膠板的方式。為保證側(cè)墻鋼筋的預(yù)留和站臺層側(cè)墻的施工，需澆筑一段側(cè)墻，側(cè)模采用砌磚墻+竹膠板作為側(cè)墻模板方式。c．側(cè)墻施工控制。該暗挖段結(jié)構(gòu)有143m，上下兩層結(jié)構(gòu)，站臺層約有17000m3土體，需要在4個月的時間完成。站廳層的側(cè)墻施工直接影響站臺層的土方的開挖，側(cè)墻需要較多的模板和支架。經(jīng)過方案比選，選取了最優(yōu)支頂方案。方案一:采用滿堂紅腳手架。該方法為常規(guī)方法，如采用該方法，使用周轉(zhuǎn)材料多、租賃材料費(fèi)用昂貴、施工人員多和每循環(huán)時間較長，影響通行。同時跨度較大側(cè)模加固較困難。方案二:采用相似工法施工用的工字鋼或槽鋼加工的專用側(cè)墻施工的三角架。如站臺層分三組模板，每組20m，需要大約45t的鋼材和加工費(fèi)用，費(fèi)用較為昂貴，同時數(shù)量也較難滿足工期要求。本著優(yōu)先采用現(xiàn)有周轉(zhuǎn)材料的理念，拱頂拱架同樣能夠當(dāng)做三角架來用。方案三:采用拱頂二襯的拱架二次利用即將拱架調(diào)換方向使用:該拱架為Ⅰ16的工字鋼加工而成，剛度能滿足施工需求，長度滿足要求的拱架較多，能滿足四組側(cè)墻同時施工。最終確定采用第三種方案的側(cè)模加固骨架并確立了支頂方案，多個工作面可同時施工，為暗挖主體早日完工奠定良好的基礎(chǔ)。

4安全質(zhì)量控制

4．1安全控制

對自身及環(huán)境風(fēng)險源進(jìn)行辨識，并制定分級管控措施。嚴(yán)格按照暗挖“管超前、嚴(yán)注漿、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測”十八字方針執(zhí)行。

4．2質(zhì)量控制

采取關(guān)鍵工序及關(guān)鍵部位質(zhì)量控制措施，采取使用PDCA循環(huán)法，分析質(zhì)量管理與工程質(zhì)量情況，找出影響工程質(zhì)量的主要因素，采取改進(jìn)措施，并付諸實(shí)施，以確保達(dá)到既定的質(zhì)量目標(biāo)。

5結(jié)語

隨著淺埋暗挖洞樁法的施工技術(shù)(PBA工法)不斷實(shí)踐和研究，它依托獨(dú)特的優(yōu)勢必將在城市軌道交通建設(shè)中的應(yīng)用范圍越來越廣，發(fā)揮越來越重要的作用，產(chǎn)生更大的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會效益。但其施工方法也因主體結(jié)構(gòu)設(shè)計原理、周圍環(huán)境和地質(zhì)情況的不同而有所差異。本車站的完工，使我們不僅積累了豐富的施工經(jīng)驗(yàn)，提供了我們的專業(yè)水平，同時也完善了該工法的施工工藝，對相似工程的施工提供了良好的借鑒作用。

參考文獻(xiàn):

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作者：秦建明 單位：沈陽地鐵集團(tuán)有限公司