地鐵暗挖車站扣拱施工技術摘要:介紹了北京地鐵十號線蘇州街暗挖車站“PBA”洞樁法施工中的關鍵技術———扣拱施工技術,包括施工難點、施工方法及施工注意事項等,可為類似工法施工提供借鑒和參考。關鍵詞:地鐵車站;洞樁法;扣拱施工技術 “PBA”洞樁法的原理就是將傳統的地面框架結構施工方法(即在地面先做基坑圍護樁,然后從上向下進行基坑土方開挖,必要時加撐防止基坑變形,開挖到底后從下向上施作框架結構)和暗挖法進行有機結合,即在地面上不具備施作基坑圍護結構條件時,改在地下提前暗挖好的導洞內施作圍護邊樁、中柱、底梁和頂梁、頂拱,共同構成樁、梁、拱(PBA)支撐框架體系,承受施工過程的外部荷載,然后在頂拱和邊樁的保護下,逐層向下開挖土體,施作內部結構,最終形成由外層邊樁及頂拱初期支護和內層二次襯砌組合而成的永久承載體系。在樁、梁體系完成后,則進行支撐拱的施工,俗稱扣拱施工。由于本工法對施工引起的地層沉降變形要求相對較高,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鍵。1工程概況 北京地鐵十號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式車站。車站總長195m,總建筑面積12627.7m2。車站共設置了4個出入口和兩座風道及風井。為方便施工,在風道挑高段起點位置各設一座施工豎井。車站通過主要地層從上至下為:粉質黏土層、粉土層、圓礫卵石層、中粗砂層、粉細砂層、粉質黏土層、卵石圓礫層,基底位于卵石圓礫層。站體施工范圍內存在上層滯水、潛水、承壓水,結構大部分位于潛水層,結構底板位于承壓水層,三層水對站體地下施工均造成影響。2周邊環境 站位處路面下各類既有管線密集,對車站施工有影響,需保護的地下管線達20條之多,且大多為雨污水管、自來水管、燃氣管等對施工產生較大影響的管線,道路交通繁忙,車站周邊為高層商業區和住宅區。施工受周邊環境影響較大。3施工工藝 由于受周圍環境的限制,為減少對周邊居民、商業經營活動及交通的影響,車站施工采用礦山法全暗挖施作。其中主站體兩端設計為單柱雙層雙跨拱形結構,拱部初支厚350mm,邊樁為d1000mm挖孔樁,拱部及邊墻結構厚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166.0m,開挖寬度22.5m,開挖高度17.15m,覆土厚6.0m～7.0m,局部僅有3.4m～4.5m。為控制地面沉降變形和確保周邊環境的安全穩定,雙層結構采用了對地層和周邊環境影響均較小的“PBA”洞樁法進行全暗挖施作。 施工豎井開挖到位井底封閉后,通過橫通道按先下后上,先兩邊后中間順序進行主站體6個導洞的開挖;然后在主體下部邊導洞內施作條形基礎,下部中導洞內施作底縱梁;之后在上部邊導洞內施工挖孔灌注樁和樁頂冠梁,中部上導洞內挖孔吊裝鋼管柱,接著澆筑柱頂縱梁;待主體樁柱梁體系形成后,開挖車站主體上部導洞間主體拱部土體,及時施作初期支護,形成主體初支頂拱;然后在樁、梁、拱框架支撐體系的保護下,邊向下開挖土體邊施作結構混凝土,按逆筑法完成車站主體結構。4扣拱施工難點 本工法在樁、梁體系(即邊洞內條基、邊樁及樁頂冠梁,中洞內底縱梁、鋼管混凝土柱和頂縱梁)完成后,接下來將進行初期支護主拱的施作,以形成樁、梁、拱框架支撐體系。扣拱施工存在以下難點: (1)大跨度開挖施工風險大。一是單個主拱開挖跨度已達11.3m,雙跨對稱同時開挖則將達22.6m,中間頂縱梁相對較窄,中上導洞土層受主拱開挖影響受力復雜。二是結構所處位置地下水位高,工程地質條件差,局部位于粉細砂層中,自穩性較差,開挖后易坍塌。拱頂存在管線滲漏水等上層滯水,是施工中的一大隱患。三是對稱開挖作業時間長,又需破除主拱與邊洞連接處邊洞初支,作業時間會更長,并且破除初支過程中對地層擾動大。 (2)大跨對稱開挖對管線安全影響大。由于本站地下管線密集,需進行保護管線較多,雙層結構頂部有6條管線與結構并行,距結構較近且多是雨污水管,在中上導洞開挖過程中已發現雨污水管存在滲漏,對主拱開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。5施工方法 為降低施工風險,確保結構上方地下管線安全和周邊環境穩定,在主體樁柱、梁體系形成后,采取分部扣大拱的施工方案。首先施作邊洞內主拱拱腳初支并對初支背后進行回填,然后分部開挖車站主體上部導洞間主拱土體,并及時施作初期支護,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,再拆除臨時支護,由上向下進行結構的施工。扣拱施工工序見圖1。 具體做法如下: (1)導洞內樁、梁體系形成后,在中上邊導洞內架立工字鋼豎撐,施作主拱拱腳初期支護和背后回填混凝土。 (2)分部開挖主拱邊導洞側半拱并及時進行初期支護和臨時支護。 (3)對稱同時開挖支護主拱剩余部分,并破除中上導洞初期支護。 (4)破除主拱下臨時支護,進行二襯混凝土拱的施工。 分部扣拱施工具有以下優點:一是主拱采取分部開挖,減小了開挖跨度,相應開挖斷面減小,每循環作業時間大大縮短,能盡快將開挖后地層成環閉合,大大加強了施工安全。二是中部預留土層較寬,兩側分部開挖相互干擾明顯減弱。三是采取分部開挖,同時位于開挖面結構正上方管線數量大大減少(由6條減為2條),降低了施工風險。因此施工對管線的影響也相對減小,有利于地下管線和地面行車安全。6施工注意事項 (1)扣拱施工的關鍵在于減少對地層的擾動。分部開挖時應縮短每循環作業時間,盡快將開挖后地層閉合成環。 (2)主拱兩側洞開挖時縱向應拉開8m～10m的距離,避免相互干擾。中間主拱施工時應對稱同時進行,防止兩邊不同步對頂梁產生推力而發生剪切破壞。 (3)在施工中應加強測量工作,防止分部連接處出現反彎點而對主拱受力產生影響。 (4)在施工接近管線位置時,打超前水平探孔,以探明前方的水文地質情況,如存在殘留水,通過探孔排出。 (5)加強施工中的監控量測,重點監測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允許值時,立即采取應急措施,包括加強超前支護、初期支護、增設臨時支撐、改變開挖步驟、修改施工方案等。 (6)施工中嚴格遵循“管超前、嚴注漿、短開挖、強支護、快封閉、勤量測”的十八字方針。7結語 北京地鐵十號線蘇州街站由于受工程地質和水文條件、環境條件(地面建筑物和地下構筑物的現狀、道路交通狀況等)、車站埋深及開挖寬度等多種因素的制約,施工中采用了“PBA”洞樁法進行暗挖施工,此工法的施工關鍵技術和施工難點就是進行扣拱施工,在施工中我們采取分部扣拱施工方法,降低了施工風險,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。