大跨度地铁浅埋暗挖法施工技术

卜晓斌

(中铁十八局集团第五工程有限公司,天津 300450)

1 工程概况

沈阳地铁1号线沈阳站为地下双层岛式站,站台宽12 m,主体结构长195.9 m,明挖段宽20.7 m,暗挖段宽20.5 m,车站埋深约5.0 m,车站设4个出入口通道,并设3处风道及风井。1号风道采用明挖法施工,2号风道采用CRD法施工。3号风道采用洞桩法施工。车站主体结构采用明暗挖结合的施工方法,沈阳火车站站前广场部分采用明挖法施工；胜利大街及中华路下的主体结构采用洞桩法施工,主体采用双层拱顶直墙结构。

车站暗挖段结构标准断面见图1。

图1 暗挖段结构标准断面(单位：mm)

车站范围内地层主要为第四系全新统人工堆积层、第四系浑河新扇相、第四系上更新统浑河老扇冲相。场地地下水丰富,潜水水位埋深较浅,承压水头高,地基土透水性强,降水过程应注意防止产生流砂、管涌、突涌等不良地质现象。

2 施工方案

沈阳站施工重难点为浅埋暗挖段洞桩法施工,为保证工程的按期完工,施工时先施工车站明挖段及3号风道,由车站明挖段及3号风道作为施工工作面,进行暗挖洞桩法施工。

施工工艺流程：施工准备→上部4个小导洞施工→施作结构围护边桩→下部2个小导洞施工→底纵梁、钢管柱、顶纵梁施工→开挖中跨土体，封闭中跨初期支护→中跨拱部结构二次衬砌→开挖边跨土体，封闭拱部初期支护→边跨拱部二次衬砌→下挖至中纵梁下，施作中纵梁及中跨中板→分层开挖土体至结构底部，顺做剩余结构。

3 施工步骤

(1)施工车站明挖段及3号风道,为车站暗挖施工提供工作面,风道挑高段施工。

(2)台阶法施工上部4个小导洞；边洞内施作结构围护边桩,并及时封闭导洞底板；边桩完成后,施作主体下导洞,同时施工边跨导洞内的桩顶纵梁、初期支护及背后回填；施作底纵梁；人工挖孔桩施工；安装钢管柱；施作柱顶纵梁上防水层、顶纵梁及回填，如图2所示。

图2 上下6个导洞施工步骤

(3)在中柱的支撑保护下,开挖中跨土体,封闭中跨初期支护,并施加中跨临时支撑；施作中跨拱部结构二次衬砌；在不破坏边跨导洞边墙的前提下,对称开挖边跨土体,封闭结构主体拱部初期支护；初期支护封闭后,对初期支护背后注水泥浆；分段拆除边跨内的导洞边墙,逐段浇筑边跨拱部二次衬砌,并架设第一道钢管支撑。对顶梁上部注水泥浆，如图3所示。

图3 拱部施工步骤

(4)下挖土体至中纵梁下,施作中纵梁及中跨中板，如图4所示。

(5)逐层下挖土体,并安装钢管横撑,开挖到规定高程后,及时施作结构底板下垫层及防水层并浇筑底板二次衬砌，如图5所示。

图4 中跨中板施工步骤

(6)拆除第三道支撑,铺设边墙防水层,浇筑站台层结构边墙；倒换第二道支撑,铺设边墙防水层,浇筑结构边跨中板；最后封闭结构防水层,浇筑站厅层结构边墙,封闭结构主体。

(7)在底板上种植站台板支撑墙钢筋,施工站台板支撑墙及站台板。完成主体土建施工。

4 关键施工技术措施

4.1 导洞施工措施

车站主体6个导洞上下左右间距仅有6～7 m,合理确定上下6个导洞的开挖顺序,避免群洞效应所引起的地面沉降,是本工程施工中的一大技术难点。

(1)合理安排车站主体小导洞的施工顺序：按照“先上后下,先中后边”的原则进行施工。

先施工上部4个导洞,待在边洞内施作好结构围护边桩和导洞完全封闭后,再施工下部2个导洞。相邻两导洞开挖面控制在10～20 m,减少开挖时受力相互叠加,保证围岩的稳定。

(2)导洞开挖采取正台阶法,上部留核心土,台阶长度控制在2～3 m,开挖前采用超前小导管对拱部地层超前注浆预加固,管内压注水泥-水玻璃浆。初期支护采用格栅钢架+网喷混凝土。

(3)小导洞分台阶人工快速开挖,减少对地层的扰动,加强初期支护,尽早封闭成环,限制导洞的沉降和变形。

(4)根据监控量测信息反馈、位移分析来调整支护参数,是导洞施工安全的保证。

4.2 受力转换施工措施

洞桩法施工的主要特点为：将大洞化小,依靠围岩的自稳能力和支撑体系共同受力,逐步形成强大的支撑体系。施工过程中受力转换的施工质量关系到施工的成败。

(1)中柱底梁、钢管桩及顶梁施工时,各工序采用流水作业,相隔两跨施工。底梁、顶梁分段施工完成后,在外侧支顶型钢,防止底梁、顶梁向外侧滑移,并形成以底梁、钢管柱、顶梁组成的受力体系。

(2)中跨开挖时,在左右顶梁设置钢管撑,防止因开挖卸载,使顶梁向内侧滑移,并尽快形成拱部结构。

(3)为保证初期支护和二次衬砌的脱空现象,初期支护背后补充注浆,防止初期支护背后托空,二次背后注浆,在浇筑混凝土衬砌时预埋注浆管,浆液采用水泥或超细水泥浆。注浆压力控制在200～300 kPa。

5 监控量测技术

施工过程应严格贯彻“管超前、严注浆、短开挖、强支护、勤量测、快封闭”的原则,实行信息化设计施工。通过监控量测技术是判断岩土体,支护结构和环境稳定,确保施工安全,指导选择合理施工方法的重要手段。

5.1 监控量测要求

(1)监测系统是设计、施工中的一个重要环节,是确保施工安全的一项重要措施,必须给予足够重视。要求监测人员必须准确、真实地记录监测数据,以便进行设计施工的正常管理,保证监测质量。

(2)B类监测项目可根据设计和施工的实际要求和地层情况选择其中的部分项目进行监测,以满足设计施工要求。

(3)施工中应加强对地面既有建筑的监控量测,其不均匀沉降允许值为0.004(测点沉降差与距离的比值)。

(4)压力盒埋置于柱轴线和纵向跨中断面位置,钢筋计设于跨中。其余监测点断面布置间距一般为15 m。

(5)测斜孔、分层沉降孔纵向约10 m一个,竖向每隔2～2.5 m布置一个测点,监测水平、土体垂直位移。

(6)收敛和拱顶下沉测点应尽量靠近开挖面布置,最好在开挖后24 h内记录初始读数。

(7)当变形速率过大时,可调整量测频率,加大量测密度。

(8)监控量测结果应及时反馈给设计单位,以便修改设计参数,做好动态设计。

5.2 监控量测布置及监测项目

车站洞桩法施工监测布置见图6。监测项目见表1。

图6 施工监测布置

表1 监测项目

5.3 监控量测数据的处理

各项监控量测数据每日整理,填写日报表,形成日变化数量和累计变化值,并进入计算机管理数据库,每周绘制变形(或应力)与时间、变形(或应力)与进尺关系曲线,使得各项目各断面量测资料完整、规范。

如果出现反常曲线,表明围岩和支护呈不稳定状态,应加强监视和保护措施,必要时停止施工并采取安全的处理方案。

5.4 地表监控量测数据分析

本工程施工的关键是控制地表沉降,本文主要对地表沉降进行分析,其他监控量测数据不再赘述。通过计算分析及现场实际沉降监测,地表沉降有以下规律。

(1)6导洞开挖期间,沉降槽呈正态曲线,最低点基本位于结构中线上,导洞施工过程中地表沉降占总沉降量的48.6%。

(2)拱部施工完成前,沉降曲线仍是正态曲线,该过程地表沉降占总沉降量的34.6%。

(3)拱部施工完成后,地表沉降速率明显降低,基本处于稳定状态。

(4)车站施工最终累计沉降槽曲线呈盆形,最低点基本位于结构中线上。

6 结语

沈阳站工程的施工是很成功的,采用该法施工将开挖断面化大为小,成功地解决了控制地表沉降、保证既有道路的畅通,同时实现了地下浅埋大断面暗挖结构施工的难题，对同类地下结构施工具有指导作用。特别对埋深浅、跨度大、穿越既有建(构)筑物、对地表沉降要求严格的地下工程施工,更能显示出其优越性。

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