洞桩法暗挖地铁车站关键节点防水施工技术

王利民，李晓光，李全才

(1.北京建工集团有限责任公司，北京 100055;2.北京致远工程建设监理有限公司，北京 100045;3.北京市轨道交通建设管理有限公司，北京 100037)

1 工程概况

花园桥站是北京市地铁6号线一期工程的一个中间站。车站主体位于西三环花园桥主桥跨的下方，沿玲珑路和车公庄西路方向跨路口东西向设置。花园桥西侧为玲珑路、东侧为车公庄西路，为地面道路，南北向为高架的三环主路。车站西端为明挖三层三跨框架结构，中部及东端为暗挖双层单柱双联拱结构。车站总长233.6 m，其中明挖段长43.6 m，标准段宽度为26.85 m;暗挖段长190 m，标准段宽度为19.70 m。图1为车站平面布置，图2为暗挖车站主体剖面。

图1 车站平面布置示意

图2 暗挖车站主体剖面

花园桥站暗挖段主体结构采用洞桩法(简称PBA工法)施工。暗挖地铁车站的施工过程是，先在车站的梁柱、梁端节点部位暗挖小导洞，并在小导洞中施作边桩(pile)、中柱及顶纵梁(beam)，形成主要承载结构，再暗挖施作支撑在两个顶纵梁之间的顶拱(arch)，形成完整的结构外轮廓支撑体系，类似于盖挖逆筑法的顶盖，然后在其保护下进行基坑开挖、衬砌和内部混凝土浇筑作业。

2 洞桩法暗挖地铁车站的施工方法

以单柱双层双联拱地铁车站为例，其施工步序如下:

第1步 超前小导管注浆，施工导洞开挖、支护。导洞开挖时先开挖下部导洞一段距离后，再开挖上部导洞，先开挖边导洞再开挖中导洞，每个施工口施工到结构分界里程线就开始下导洞之间横通道施作(图3(a))。

第2步 每个施工口施工到结构分界里程线后，后退施作条型基础，在中导洞中施作底板防水层，施作中间立柱下底纵梁、部分底板，预留钢筋接头，人工成孔施作柱桩(隔孔施工)，回填边桩外侧与导洞间的混凝土(图3(b))。

第3步施工边导洞内主体拱部格栅钢架拱脚，并立模回填边导洞内拱架及其背后空隙。根据监测结果，当下导洞初支强度达到要求后，进行中导洞中人工挖孔(图3(c))。

第4步 施工钢管柱及回填土，上部中导洞内施作顶纵梁，回填中导洞内顶纵梁背后空隙(图3(d))。

第5步 主体①部分断面拱部超前小导管注浆加固地层，开挖并施作永久及临时支护;①部分开挖支护时，应对称施工(图3(e))。

第6步 待主拱初支达到设计强度后，跳段拆除中隔壁，拆除永久结构断面范围内导洞格栅，局部铺设拱部防水层，浇筑拱部二衬。导洞格栅纵向拆除长度应根据监控量测严格控制不应大于9 m(图3(f))。

第7步 拆除永久结构断面范围内剩余导洞结构，向下开挖土体至中板下一定距离，铺设边墙防水层，及时施工站厅板及边墙，站厅层封闭成环，预留边墙钢筋(图3(g))。

第8步 继续开挖土体到基底高程，并及时加设临时支撑，拆除永久结构断面范围内剩余下导洞结构，桩间喷混凝土，施作底板垫层、底板、防水层、内衬墙直至结构封闭(图3(h))。

第9步 施作车站内部结构，车站土建施工完成(图3(i))。

图3 洞桩法施工步序

洞桩法暗挖车站结构经过多次受力转换，由小洞室逐步扩大成大断面结构，防水层的铺设也同样由多个小块通过焊接连接为整体，造成洞桩法暗挖车站防水具有接头多、防水层保护困难、结构混凝土施工缝多、防水细部构造处理复杂的特点。

3 洞桩法暗挖地铁车站防水设计

3.1 防水方案与措施

地铁车站采用以结构自防水为主，以塑料板全包防水为辅的设计方案，以求达到不渗不漏的一级防水等级。具体设计措施如图4和图5所示。

图4 车站防水施工

图5 防水细部构造(单位:mm)

3.2 洞桩法暗挖地铁车站防水关键施工技术

3.2.1 顶纵梁施工缝设置

采用PBA工法施工的地铁暗挖车站顶纵梁施工缝是这一结构类型车站渗漏水最多的位置。因导洞空间较小，顶纵梁施工缝留置方法见图6，即仅有垂直于拱圈轴线的接缝面。上述做法在结构上满足车站受力要求，但采用此方法的施工缝渗漏情况较为严重。为保证顶纵梁施工缝质量宜采用较大尺寸的导洞断面，施工缝宜设置为齿状，但齿状施工缝的模板支撑体系复杂，混凝土振捣难度较大，施工时应保证模架体系牢固稳定，如图7所示。

3.2.2 顶纵梁与拱圈连接部位防水层铺设

顶纵梁与拱圈的连接部位在地下水防治方面是薄弱环节。首先此部位在结构形状上是个凹槽，地下水在此汇集不易排泄;其次，因施工工艺要求，柔性防水层必须在此设接头，防水层甩头不当与保护不到位是这个部位的质量通病，也是顶纵梁与拱圈接缝漏水的又一主要原因。如图8中的关键连接部位1。

图6 花园桥车站顶纵梁与拱圈普通施工缝(单位:mm)

图7 北京地铁某车站顶纵梁齿状施工缝(单位:mm)

图8 顶纵梁防水层连接关键部位

花园桥车站暗挖段二衬扣拱时考虑安全因素采用分仓跳段施工，分段长度为8 m。为了保证顶纵梁柔性防水层与拱圈柔性防水层铺设和连接质量。在顶纵梁柔性防水层铺设施工时考虑与拱圈施工段划分相适应，否则会造成拱圈前后施工段间部分顶纵梁甩头防水板无法反折、无法与拱圈防水层连接的情况发生。顶纵梁防水板施工前划分好拱圈施工流水段，按流水段划分情况并根据跳段施工的先后次序设置顶纵梁防水板的长度和搭接接头叠放次序。即便如此，在拱圈二衬跳段施工时凿除临时支撑的长度应考虑留出防水板接头搭接和拱圈二衬钢筋连接甩头的空间，一般至少要留1 m，且防水板铺设也不宜过于绷紧，要留有一定的余度，防止防水板在反折处撕裂。同时，顶纵梁防水层甩头须要做较强的保护措施，在花园桥站施工过程中采用设置5 cm厚木板和土工布的办法，保护效果较好。

3.2.3 逆筑法墙体施工缝处理

花园桥车站边墙为逆筑法施工，根据《地下工程防水技术规范》、《地下铁道工程施工及验收规范》以及《地下工程浅埋暗挖技术通论》等文献的有关条文规定和论述，为减少施工缝同时方便施工，在站厅层中板地模施工前或施工的同时，施作站台层部分边墙，并为站台层防水及钢筋预留接头条件。考虑边墙主筋连接接头要求，需挖深1.4 m左右的槽，车站内一侧砌筑240 mm厚砖墙作为站台层上部墙体的模板，以确保墙槽稳定。此处防水板上部与边墙的防水板连接为一体，下部长出混凝土浇筑范围≥0.7 m，向内折平铺在槽底，上下采用土工布和木板保护，然后用砂回填。侧墙的竖向主筋采用直螺纹套筒连接，上部与拱圈预留接头连接，下部钢筋接头预拧直螺纹套筒并插入墙体槽内砂中。图8中关键部位2做法详见图9。纵向分布筋接头亦采用直螺纹套筒连接，接头相互错开布置。此构造措施的目的是保证下部墙体在施工缝部位混凝土能够浇筑密实，此处也加强了对防水板甩头的保护，提高防水性能。同时此处施工缝施作注浆管和微膨胀止水胶。拱部与墙体连接部位施工缝构造措施上述方法基本相同，此处不再赘述。

图9 逆筑法墙体施工缝处理示意

3.2.4 纵向、环向施工缝防漏措施

施工缝变形缝是地下工程防水的薄弱环节，也是防水施工中的重点。如前所述地铁工程施工缝的一般做法是纵、环向施工缝在混凝土基面涂刷水泥基渗透结晶材料，并沿纵向粘贴遇水膨胀止水胶和安装注浆管。由于地铁结构复杂、施工流水段周期长，同时又很难做到无水施工，这样就造成了施工缝长时间被水侵润，进而使得施工缝的遇水膨胀类材料提前膨胀而失效。为了克服这一困难，应在尽量提高施工速度的同时采取引、排水措施使施工缝干燥。当发生施工缝渗漏现象时，采用预埋注浆管注浆是主要弥补措施，注浆管应采用螺纹骨架全断面可重复单向注浆管，该材料注浆孔直径2～5 mm，出浆孔间距＜30 mm，施工时首先应检查注浆管外观质量，尤其是骨架外编织布不得有破损，每段注浆管长度宜为5～6 m且应编号，固定间距不应大于300 mm。楼板施工缝采用膨润土橡胶止水条，止水条设置在施工缝表面的预留凹槽内。

3.2.5 侧墙流水段划分

施工流水段的划分应考虑混凝土浇筑条件和能力并同时考虑控制混凝土收缩裂纹，在结构施工时，流水段划分可根据《建筑施工手册》中混凝土裂缝的形成与控制相关章节进行计算。经实践验证，PBA工法车站侧墙环向施工缝的间距以15～20 m为宜。因混凝土浇筑后初期收缩最大，所以每段墙体施工速度也应适当控制，以7 d一个循环为宜。

3.2.6 特殊部位混凝土施工

1)保证拱部混凝土密实措施

在暗挖隧道内浇筑拱部混凝土往往出现浇筑不实、拱顶部位存在空隙的现象。原因有4个:①拱部防水层铺贴时与初期支护结构不密贴，有空隙;②拱顶部位空气不易排出，混凝土浇筑不满;③拱结构混凝土收缩形成空隙;④拱部混凝土特别是中纵梁附近混凝土很难振捣，造成混凝土不实。针对上述原因可采取以下措施:

在隧道拱部铺设防水卷材时应加密防水板固定点，一般固定点间距不超过50 cm，使防水板和隧道初期支护形成一个整体，避免其下沉与隧道初期支护结构间形成空腔。铺设防水板时也不要绷得太紧，防止浇筑混凝土时因受力被拉裂，此处混凝土垫块密度也应适当增加。

对于拱顶空隙，因目前的施工工艺限制很难避免，减少拱顶空隙可选用自密实混凝土浇筑拱部结构，适当加大混凝土的塌落度，一般控制在21～23 cm。混凝土浇筑时，对拱部混凝土采用附着振捣器振捣，振捣器布置密度宜2 m×2 m。对于跳段施工的拱部结构，当两侧都设置端模时，注意观察封端模板的板顶溢浆情况，据此判断混凝土是否已浇至拱顶;当一端或两端都有已施工的结构时，可在距离已施工结构50 cm左右拱顶位置设置排气管并兼做注浆管，浇筑同时注意观察排气管的溢浆情况判断是否浇筑满。排气管构造参考穿墙管做法。

对于拱顶空隙，当结构混凝土强度达到设计强度后，应进行注浆填充。考虑可注性和强度要求二衬背后回填注浆材料可选用水泥浆，一般采用P．O 52.5水泥，配合比应根据试验确定，注浆压力宜为0.2～0.5 MPa。

2)侧墙施工缝部位混凝土密实措施

①侧墙模板顶端设置杯口构造;②当即将浇筑到墙顶施工缝时，停止浇筑1 h，然后从墙体一端向另一端顺序浇筑接缝部位混凝土，边浇筑边用插入式振捣器振捣。浇筑过程中应始终保持杯口处混凝土面高于墙体施工缝15～20 cm。

4 结语

1)在暗挖车站施工前必须要预先制定施工方案(含防水方案)，方案的编制要前后呼应，结构与防水施工顺序协调统一，并做好方案交底工作，做到人人心中有数。

2)防水工程细节决定成败，防水施工时无论管理人员还是操作人员必须严字当头，不放过任何瑕疵和纰漏，防水工程没有允许偏差概念。

3)对于特殊部位如顶纵梁施工缝、变形缝、纵环向施工缝、各种接口部位要特殊对待、严防死守。拱部和侧墙混凝土振捣困难宜考虑采用自密实混凝土浇筑。

4)目前北京地铁采用的C40、P10耐久性混凝土的技术路线值得商榷，一味追求高强度可能带来混凝土收缩加大引起混凝土收缩裂缝的负面影响，北京多座地铁车站存在混凝土裂缝的问题。

5)全包防水层设计初衷良好，但100%做到很困难，应考虑防排结合的防水设计。

［1］谢文梅．地铁黄庄站三连拱拱部防渗漏施工技术［J］．铁道建筑，2007(10):38-40．

［2］北京市城乡建设委员会．GB 50299 地下铁道工程施工及验收规范［S］．北京:中国计划出版社，2003．

［3］国家人民防空办公室．GB 50108 地下工程防水技术规范［S］．北京:中国计划出版社，2009．

［4］王梦恕．浅埋暗挖技术通论［M］．合肥:安徽教育出版社，2004:403-406．

［5］建筑施工手册(第四版)编写组．建筑施工手册(第四版)［M］．北京:中国建筑工业出版社，2003．