地铁风道纵横向交叉叠加扣拱施工技术研究

王冰琰

(中铁十五局集团第五工程有限公司 天津 300133)

1 引言

地铁工程一般位于城市繁华地段，面临着周边环境复杂，沉降控制严格，地下管线拆迁改移、交通导改难度大等问题[1]。传统的地铁风道一般与车站呈分离式设置，这种形式的风道结构在施工过程中需要占用单独的施工场地，同时为了保证安全，需要待邻近的车站结构封闭完成后方可进行施工，因此会带来巨大的工期与经济压力[2-3]。

北京地铁十六号线达官营站实践了一种与车站结合设置的风道结构，该风道利用车站端头的桩柱体系进行了与车站顶拱呈纵横向交叉布置的叠加扣拱施工，有效地解决了因场地限制而导致风道结构无法独立设置的问题，结构设置的优化可以有效地减少多次施工对周边建筑物和地层产生的叠加扰动，确保建筑物和地下管线的安全[4]。

2 工程概况

2.1 风道与车站结构关系

达官营站为地下两层三跨岛式车站，呈南北向布置。车站北端接暗挖区间，南端设置风道，风道为地下三层单跨框架结构，风道南接盾构区间。车站与风道均采用PBA逆筑法施工，风道顶拱轴线与车站顶拱轴线呈纵横向垂直交叉设置。风道与车站结构布置如图1所示，车站标准断面、风道标准段断面、风道斜向扣拱变截面如图2所示。

图1 风道与车站端部结构布置(单位：mm)

图2 风道与车站结构典型断面(单位：mm)

2.2 水文地质

工程位于永定河冲洪积扇的中上部，地形起伏变化不大，拟建场地特殊性岩土主要为人工填土、新近沉积层、风化岩及卵石层中的漂石[5-6]。

工程所处含水层为潜水，含水层岩性为卵石⑦层，水位标高20.41～21.69 m，水位埋深22.40～24.05 m，受季节影响，局部存在上层滞水。

3 施工重难点

(1)初支扣拱CD法二衬进洞施工

风道拱顶覆土厚度为12 m，结构净跨最大为12.35 m，净高20.45 m。为了保证土体稳定，规避安全风险，采用非常规的竖井二衬施工完成后再开启马头门进洞施工暗挖风道的方法。

风道暗挖施工时考虑一次开挖断面较大的问题，采用CD法进行初支扣拱施工，初支扣拱格栅钢架需要将拱脚部位分别与高通道和二期竖井小导洞的格栅钢架连接[7]。二衬扣拱施工前将扣拱分段凿除，在凿除临时支撑后、二衬混凝土浇筑前，整个上部结构仅依靠拱部的初支结构来承受上方土压力，格栅钢架的加工及安装是施工控制的重点[8]。

(2)纵横向交叉扣拱结合部位施工

车站与风道结合处的顶、底及中纵梁需要先期在高通道内施作。受导洞尺寸影响，作业空间狭小、施工难度大、钢筋间距密，且需要为风道拱、板、墙等结构预留钢筋接头，在混凝土浇筑过程中要保证混凝土振捣密实，预留钢筋不产生偏移。

(3)大跨径变截面二衬扣拱施工

风道在车站横向范围外的部分为变截面结构形式，竖井进洞13.92 m范围内，进行拱顶弧形斜向扣拱施工，拱顶标高保持一致，通过控制圆心位置及弧形半径来调整扣拱跨度及圆心角。该施工方法的特点是每延米的弧形及截面都不一致，为了保证永久结构线形平顺、净空满足要求，初支扣拱格栅钢架、二衬扣拱钢模板、模板支撑体系需要保证较高的加工及拼装精度。

4 施工方案

风道的施工结合车站PBA逆筑法进行，一期竖井及高通道为车站施工提供作业面，高通道内施工车站与风道结合部位的桩柱体系，风道独立导洞内施工风道南端的桩柱体系，在两者之上进行拱部结构施工。风道结构施工工艺如图3所示。

图3 施工工艺流程

4.1 一、二期竖井与高通道初支结构施工

一期竖井采用倒挂井壁法施工。竖井施工过程中，依次开启CRD法高通道各层马头门，高通道位于车站最南端，为南部车站施工提供作业面，由高通道进洞向北依次开挖车站各施工导洞。

二期竖井在车站二衬扣拱完成后进行。竖井井壁开启马头门进洞施工风道导洞，先施工下导洞后施工上导洞，导洞间错距不小于10 m[9]。

4.2 桩柱体系施工

(1)高通道内桩柱体系

风道在车站一侧的受力转换结构在高通道内施作，车站横向范围外从下向上依次浇筑条基、临时侧墙与冠梁。临时侧墙施工时不凿除高通道初支型钢支撑，车站横向范围内依次浇筑条基、梁柱体系与拱部异型冠梁。风道结构参数如表1所示。

高通道内的顶、底纵梁与车站顶、底纵梁一起浇筑，严禁出现水平施工缝。采用底梁倒撑到梁上部，顶梁倒撑到梁下部浇筑的方式进行整体浇筑施工。高通道内的部分顶拱、底拱及中楼板等应一次浇筑完成。异型冠梁配筋、风道横梁与中板、顶拱的锚固形式如图4所示。

图4 异形冠梁配筋与横梁锚固形式

表1 风道结构参数

车站顶纵梁、壁柱(FZ1、FZ2)及风道横梁(FTHL1)浇筑完成后，采用C40钢筋混凝土异型冠梁结构回填横梁上皮与高通道顶拱间空隙，并预埋注浆管压注膨胀水泥浆，确保横梁与高通道初期支护结构间密实[10]。高通道内横梁、楼板等永久结构施工完成后，预留脚手架以确保永久结构的稳定性。高通道内顶拱模架支撑体系如图5所示。

(2)风道独立桩柱体系

在风道下导洞内施工条基，在上导洞内向下施工φ1 200@1 500 mm挖孔桩，挖孔桩浇筑完成后施工桩顶冠梁。挖孔桩采用“隔三施一”的跳桩施工方法，施工过程应满足桩长、桩径、混凝土强度要求，不得有断桩、混凝土离析、夹渣等问题。

图5 高通道内顶拱模架支撑体系(单位：mm)

4.3 竖井二衬结构施工

一、二期竖井合并为一个大竖井，竖井二衬结构按照板墙梁柱体系分段分仓施工。浇筑时必须保证每段结构为一个完整的受力体系。

在进行竖井结构施工前，需提前施作风道初支扣拱马头门上方的超前支护，竖井二衬结构施工完成后开启马头门施工风道CD法初支扣拱。

4.4 风道初支扣拱施工

初支扣拱暗挖施工采用深孔注浆辅以小导管超前预加固拱部土体。台阶法开挖Ⅰ洞室，施作中隔壁后快速进行钢格栅混凝土铺底，随后开启马头门台阶法施工Ⅱ洞室。Ⅰ、Ⅱ洞室前后错距不小于10 m。风道初支扣拱超前加固范围如图6所示。

图6 初支扣拱超前支护(单位：mm)

初支扣拱底部格栅钢架与高通道及风道导洞格栅进行连接，拱部与高通道及风道导洞初期支护上的预埋节点板进行连接。在施工过程中需要保证扣拱格栅钢架与高通道及风道导洞内先期施工的格栅钢架对应榀在同一平面内，前后偏差不大于5 mm，以保证各洞室格栅的顺利连接。初支扣拱格栅钢架如图7所示。

图7 格栅钢架总装

4.5 二衬扣拱施工

初支扣拱贯通后，由竖井向车站方向凿除风道上导洞及高通道部分初期支护结构，后退式浇筑风道PBA法二衬扣拱。

4.6 风道主体结构施工

拱部混凝土达到设计强度后，将风道沿纵向分为若干施工段，每个施工段分层分段跳挖土体至负一层中板，分段浇筑中板梁及侧墙[11]。

跳挖土体净距不小于10 m，开挖土体范围不大于6 m。土方开挖应遵循分段、分层、分块的原则，充分利用土体的“时间-空间”效应，减少围护结构及土体的变形，确保拱底持力层的承载力，减少差异沉降对结构的不利影响[12]。

待中板混凝土达到设计强度后，采用相同施工方式依次向下开挖负二层、负三层土体。

负三层开挖至钢支撑架设标高后，快速架设钢支撑，分段跳挖土体至底拱。开挖至底拱标高时应留300 mm厚土体进行人工清底，挖至设计标高后组织验槽。对于软弱土体应进行处理，满足设计要求后快速施工铺底格栅，底板达到设计强度后，分段依次拆除钢支撑，施工侧墙(见图8)。

图8 风道结构

5 结束语

工程的顺利实施解决了大跨径纵横向叠加扣拱的施工难题，与传统分离式风道相比具有一定的优势，在城市地铁施工中具有推广价值。

(1)解决了传统分离式风道占用地面场地大的问题，风道施工利用车站临时竖井，无需占用额外的地面场地，降低了前期的拆改费用。

(2)风道结构与车站交错、平行进行施工，可以缩短工期。同时车站站厅、站台层可以作为短期的地下施工场地，有效利用了车站内部空间。

(3)车站永久结构代替了风道部分桩柱体系，既充分利用了车站结构，又避免了重复施工桩柱体系造成的成本增加，节约了费用。