弧形钢管支架在三联拱半逆作法暗挖车站中施工沉降数值的控制

邱 达

（中铁十七局集团上海轨道交通工程有限公司，上海 200135）

近些年来城市化更新进程加快，城市人口越来越多，城市轨道交通以运行速度快、运行准时、交通方便、安全稳定等优势，为城市人口提供了出行便捷，缓解了城市的交通拥堵问题。根据相关资料，从1860年出现第一条地铁采用开挖回填的方法建造，至今已经有诸多新型工艺技术成功地应用到地铁施工中。PBA工法是一种先进的施工技术，P-桩（pile）、B-梁（beam）、A-拱（arch），即由边桩、中桩（柱）、纵梁（底梁+顶梁）、顶拱共同构成初期受力体系，在边洞二次衬砌与三联拱二次衬砌结构的保护下进行半逆作法暗挖车站的土体开挖及结构。

1 工程简介

三教堂站位于石家庄市塔北路与东二环南路交口处，沿塔北路东西方向且下穿东二环南路布置，东二环南路现状路面宽度为26.38 m，为双向六车道城市快速路。车站总体采用明挖法、暗挖法相结合施工，车站从小里程端到大里程端依次采用“明挖法+PBA工法+明挖法”进行施工。车站两端采用明挖法施工，车站中部下穿东二环南路采用PBA工法（暗挖法）施工，车站暗挖段结构尺寸：长度为71.9 m，标准宽度为21.3 m，覆土厚度为8.215 m，为两柱三跨地下二层结构形式。

车站全长204.8 m，采用“PBA洞桩法”施工，为两柱三跨地下二层结构形式。暗挖车站主体结构标准宽度为21.3 m，结构高度为13.75 m，覆土厚度为8.215 m。暗挖结构安全等级为一级，地面最大沉降量为50 mm。暗挖支护体系由导洞初期支护、主体结构三联拱初期支护和边桩组成。

车站共设置#1~#6导洞，在上导洞内施做三联拱拱顶结构二次衬砌，拱顶结构二衬厚度为0.7 m；在下导洞内施做暗挖车站底纵梁、钢管柱，形成由初期支护+二次衬砌组合而成的永久承载体系，半逆作法施工车站负一层、负二层结构。

2 工程环境

工程地质条件：暗挖段底板埋深约30.67 m，拱顶覆土厚度约为8.215 m，暗挖段所处地质条件从上到下依次为：素填土、黄土状粉质粘土、粉细砂、粉土、中砂、粉土、粉质粘土、粉细砂、中粗砂。拱顶位于土层为黄土状粉质粘土层，以及局部处于粉细砂层中；底板位于土层为粉细砂层。

地下管线分布情况：暗挖段拱顶上方地下管线众多，有大量雨水管、污水管、燃气管、热力管等。

（1）与线路平行：①边长约4 m，埋深约10 m热力井；②Ф2090混凝土结构电力管，埋深6.6 m，接边长2.6 m废弃电力井，埋深约9 m电力井。

（2）与结构正交：①Ф1500混凝土结构污水管，埋深1.5 m；②3200×2000混凝土结构雨水管，埋深0.8 m；③3200×2000混凝土结构雨水管，埋深1.0 m；④Ф1500 混凝土结构污水管，埋深1.8 m；⑤Ф820钢热力管，埋深2.8 m；⑥Ф500临时迁改热力管，埋深2 m；⑦Ф500临时迁改热力管，埋深2 m。

3 施工工艺技术

暗挖车站主体结构施工流程：底纵梁→钢管柱→顶纵梁及两侧拱部二衬→中跨拱部二衬→边跨拱部二衬→结构中板→负一层边墙→结构底板→负二层边墙。

文章主要阐述负一层结构三联拱拱顶结构二次衬砌施工方法，暗挖车站三联拱拱部结构采用满堂支架+定型钢模版组合体系施工，边导洞内衬砌结构采用定型模板台车施工，侧墙采用单侧大模板支架施工。

3.1 顶纵梁模板支架

顶纵梁宽1.3 m×梁高2.25 m，支撑体系采用扣件式脚手架+钢模配合定型钢拱架支架体系，架体高度1.2 m。

顶纵梁模板支架体系见表1。

表1 顶纵梁模板支架体系设计

3.2 边导洞内衬砌模板支架

主体结构①洞、④洞内衬砌分别采用厂家定制的组合型台车，侧墙与拱部均采用6015的直面钢模、弧形钢模弧，倒角处采用厂家加工定制异形模板。

边导洞内衬砌模板支架体系见表2。

表2 边导洞内衬砌模板支架体系

3.3 扣拱二次衬砌模板支架

主体结构二衬扣拱每7.5 m为一个施工段落，跨度为①~③洞边跨4.0 m、②~③洞中跨2.0 m、②~④洞边跨4.2 m，二衬扣拱厚度为0.7 m，拱顶模板采用P6015的弧形钢模板；二衬扣拱支撑体系采用扣件式钢管脚手架+定型钢拱架联合体系，脚手架搭设高度约为2.0 m。

扣拱二次衬砌模板支架体系设计见图1图2。

图1 ①~③洞边跨扣拱模板支架

图2 ②~④洞边跨扣拱模板支架

施做条件：在小导洞破除与车站拱部暗挖完成后即开始安装扣拱模板及支撑体系，然后进行扣拱混凝土施工，扣拱混凝土达到规定强度后，即开挖扣拱下方的土方至车站中层板。

扣拱二次衬砌模板支架体系设计见表3。

表3 扣拱二次衬砌模板支架体系设计

3.4 三联拱临时支撑破除

施工条件：依据监控量测信息车站主体初支扣拱顶沉降速度位于安全界限内，车站主体小导洞及扣拱初期支护结构趋于稳定，具备拆除作业条件。

破除范围：两侧边拱混凝土破除及格栅各处高度约1.5 m、中拱混凝土破除及格栅割除高度约1 m。采取分段跳仓拆除、跨段施工的方法，分段长度为7.5 m，临时支撑拆除长度为9.5 m，拆除时需注意不能多破，防止支撑力不足，导致拱顶下沉；不能少破，避免在施工时进行二次破除作业。

3.5 施工沉降数值

采用Midas-GTS岩土工程数值分析软件,对于纵向不连续分布的钢管柱按受压刚度等效进行简化，建立二维数值计算模型，二衬采用实体单元。车站二衬的计算模型网格，车站拱顶埋深8.215 m。模型计算过程中，先进行地应力平衡，再进行开挖及应力释放，然后按施工步序进行分步二衬施工，得到各阶段的地层沉降。

建立数值计算模型分析导洞开挖、扣拱开挖阶段的地表沉降。

图3 双柱三跨“洞柱法”暗挖车站计算模型网格

图4 双柱三跨车站扣拱阶段开挖地表沉降

经计算，“洞柱法”暗挖车站，单柱双跨车站导洞开挖阶段地层沉降占总沉降的62.3%，扣拱阶段的地层沉降比例为26.8%，地层沉降主要由导洞开挖引起；双柱三跨车站导洞开挖阶段地层沉降占总沉降的65.8%，扣拱阶段的地层沉降比例为19.9%，地层沉降主要由导洞开挖引起。

4 关键施工技术要点

4.1 倒八字形顶纵梁施工技术

研发了一种隧道弧形侧顶板铺工装，解决了顶纵梁施工作业面狭小、施工难度大、施工安全风险高等问题，有效保证了倒八字形顶纵梁施工质量，提高了施工工效。同时在纵向施工缝处采用自制定位模板，解决了三联拱主拱扣拱台阶形企口缝钢筋连接及防水难度大的问题。

4.2 边跨拱脚结构施工技术

采用了小型衬砌台车，解决了施工作业面狭小、施工安全风险高等问题，提高了施工工效。

4.3 中跨、边跨扣拱施工技术

为方便边跨和中跨拱顶弧形衬砌施工，加快施工进展，项目研发了一种地铁施工弧面专用平整装置。

4.4 施工缝处理技术

在施工缝处设置台阶形企口缝，采用20 mm厚钢板自制定位模板，根据衬砌厚度加工2种类型。两板间加设肋板，每1.5 m设置一道，尺寸为200 mm×200 mm三角形。在立板上按设计主筋位置打眼，直径为30 mm，间距150 mm。

4.5 结构连接点处钢筋连接技术

结构之间的钢筋连接一般都是预埋钢筋接驳器连接，接驳器的预埋位置、接驳器的保护方式及保护材料，很大程度影响结构之间的钢筋连接质量、钢筋间距，是工程施工中的控制要点。

主要策略：针对PBA法混凝土结构施工顺序，拱部结构施工时与初期支护密贴的两端端头采用硬质约3~5 mm厚的铁皮进行封堵，确保施工缝的平整度，为下一道工序施工时接茬混凝土易于凿毛；拱部结构钢筋接驳器采用柔性的材料进行包裹保护预埋的钢筋接驳器，防止混凝土浇筑过程中将接驳器堵塞。侧墙结构施工时将预埋的钢筋接驳器塞满棉布或者其他材料包裹严实，在施工缝处铺一层细砂将接驳器完全覆盖，再在细砂上部铺一层粘土或水泥砂浆等材料，主要用于混凝土浇筑时达到施工缝的平整度，为下一道工序施工时接茬混凝土易于凿毛，且施工缝平整。

5 结语

在地铁建设日趋频繁、PBA工法广泛应用于地铁建设中的大背景下，地铁下穿城市主干道会日渐增多。该站点使用特制弧形钢管支架在三联拱半逆作法暗挖车站中成功应用，主要采用一种隧道弧形隧道侧顶板铺设工装及一种地铁施工弧面专用平整工装等创新技术，为其他类似工程项目施工积累了施工经验，为安全、有效施工奠定了良好的基础。