基于淺埋暗挖法的地鐵車站出入口施工技術(shù)分析

王鋒

摘要：在城市地鐵建設(shè)中，地鐵車站的開挖面積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，如果采用明挖的方法施工，不僅會影響交通，而且對環(huán)境也會造成一定的破壞。因此，淺埋暗挖的施工技術(shù)是目前城市地鐵車站較為普遍的施工方式。本文以實(shí)際工程案例對車站出入口施工的工程難點(diǎn)進(jìn)行了分析，同時闡述了淺埋暗挖施工技術(shù)要點(diǎn)，取得了良好的施工成果。

關(guān)鍵詞：地鐵車站；出入口；淺埋暗挖；施工技術(shù)

前言

目前，我國各大城市都在大力發(fā)展地鐵建設(shè)，地鐵交通具有緩解交通擁堵、環(huán)保、安全、節(jié)能、運(yùn)量大、準(zhǔn)時等優(yōu)點(diǎn)，地鐵所到之處樓宇興旺、經(jīng)濟(jì)繁榮。隨著地鐵建設(shè)的蓬勃發(fā)展，地鐵施工技術(shù)也處于快速發(fā)展的階段。在地鐵施工中，若采用明挖大揭蓋的方法，那么往往會對地面商業(yè)、交通造成了嚴(yán)重干擾，并會對環(huán)境造成破壞，而淺埋暗挖法以處理、加固軟弱的地層為前提，在地下施行各種地下暗挖施工的方法，實(shí)踐證明，施工效果較佳。

1 淺埋暗挖法施工原理及特點(diǎn)

1.1 淺埋暗挖法施工原理

淺埋暗挖法是針對松散且埋深較淺土層及軟弱破碎巖層的自立性，在保證地表完好的前提下利用豎井掘進(jìn)的施工方法。采用淺埋暗挖法施工需要注意兩點(diǎn)問題：（1）要求開挖面具有一定的自立性和穩(wěn)定性；（2）禁止帶水作業(yè)。該施工方法適用于軟地層近地表隧道的暗挖施工，應(yīng)用剛性復(fù)合襯砌作為基本支護(hù)結(jié)構(gòu)。施作前有一個前提，即要求超前加固、處理軟弱地層。它以施工監(jiān)測為手段，并以此來指導(dǎo)設(shè)計(jì)和施工，保證施工安全，控制地表沉降。

1.2 淺埋暗挖法施工特點(diǎn)

（1）城市地鐵通常建在地質(zhì)條件復(fù)雜的地段，而且地鐵附近的建筑設(shè)施及交通狀況錯綜復(fù)雜。按常規(guī)，可選擇特殊地段以及有代表性的結(jié)構(gòu)物作為試驗(yàn)段。經(jīng)過調(diào)研分析進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)整地鐵隧道的設(shè)計(jì)及施工參數(shù)。（2）淺埋暗挖隧道施工會擾動地表結(jié)構(gòu)，需要采用超前加固對地層進(jìn)行改良，選擇科學(xué)的開挖工藝，布設(shè)剛性支護(hù)體系，避免過度擾動地表結(jié)構(gòu)，防止地表沉降或坍塌，同時盡量不妨礙路面通車，避免大范圍拆遷。（3）淺埋暗挖法可以靈活應(yīng)用在各種斷面形式（單線、雙線及多線、車站等）和變化斷面（多層斷面、過渡段等）中，且應(yīng)用效果良好。

2 案例分析

2.1 工程概況

某地鐵車站共設(shè)4個出入口，其中Ⅰ號，Ⅱ號出入口位于車站南側(cè)，呈“L”形結(jié)構(gòu)，橫穿大道暗挖通道（暗挖段全長46.7m，42.9m），結(jié)構(gòu)形式為拱頂直墻結(jié)構(gòu)。開挖斷面尺寸為5.9m×8.9m，覆土厚度為4.5m～4.7m，采用cD法施工，108mm大管棚+42mm超前小導(dǎo)管支護(hù)，初支采用格柵鋼架+鋼筋網(wǎng)片+C25噴射混凝土，二襯采用60cm厚鋼筋混凝土。Ⅰ號、Ⅱ號出入口從上到下主要穿越地層為①2層素填土、⑦1-2層泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、⑦2-3粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖層，拱頂以上部位為①2層素填土。穩(wěn)定水位埋深1.1m～4.0m，水位標(biāo)高為91.7 m～92.3m。每年4月～10月為雨季，降雨充沛，水位會明顯上升，而在冬季因降雨減少，地下水位隨之下降。

2.2 工程難點(diǎn)

工程地處市區(qū)主干大道，道路車流量大且暗挖段靠明挖出口側(cè)有一條待遷改的3m×2.5m雨污合流箱涵，環(huán)境保護(hù)要求高；出入口暗挖拱頂部分均為2層素填土，密度低，土體開挖暴露后自穩(wěn)能力差。

3 淺埋暗挖法施工技術(shù)

3.1 出入口暗挖施工步驟

施工準(zhǔn)備→大管棚施工→深孔注漿→超前小導(dǎo)管施工→土方開挖→鋼筋格柵施工→掛網(wǎng)噴混凝土封閉→防水結(jié)構(gòu)施工→二襯結(jié)構(gòu)施工。

3.2 大管棚施工

出入口暗挖段開始時采用大管棚超前預(yù)支護(hù)，大管棚采用長度為24m的108×5mm熱軋鋼管，從出入口明挖段基坑內(nèi)和車站主體結(jié)構(gòu)內(nèi)相向施作，二者搭接不小于2m。大管棚環(huán)向間距30cm，外插角度為0°～2°。大管棚由1m和3m的管節(jié)對口絲扣聯(lián)結(jié)，為保證接頭錯開1m，相臨兩根采用一前一后1m管節(jié)，其他為3m管節(jié)對口絲扣聯(lián)結(jié)。管棚施工主要工序有：施作套拱→搭鉆孔平臺→安裝鉆機(jī)→鉆孔→清孔→驗(yàn)孔→安裝管棚鋼管→注漿。采用水灰比1：1的水泥漿液進(jìn)行注漿，壓力為0.5MPa～2.0MPa；注漿完成后盡快清除管內(nèi)漿液，管棚內(nèi)充填水灰比1：1水泥砂漿，增強(qiáng)其剛度和強(qiáng)度。

3.3 全斷面深孔注漿施工

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙的要求，出入口暗挖隧道拱圈范圍需進(jìn)行深孔注漿，注漿加固范圍為拱圈范圍及初支外擴(kuò)3m。鉆孔工藝采用套管跟進(jìn)成孔，注漿袖閥管采用48×4mmPVC袖閥管；注漿壓力控制在0.5MPa～1.0MPa，加固后的土體無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于0.8MPa，滲透系數(shù)不大1.0×10^-6m/s，加強(qiáng)其自立性和均勻性；注漿加固范圍為隧道開挖輪廓線外3m，每一循環(huán)注漿長度10m，預(yù)留止?jié){盤2m，開挖進(jìn)尺8m；止?jié){墻施工，首段止?jié){墻利用車站基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)開挖過程中已經(jīng)完成的樁間噴射混凝土，第二段止?jié){墻為首段深孔注漿后預(yù)留2m的已注漿土體；鉆進(jìn)成孔選用TXU-750型鉆機(jī)，鉆桿為42ram中空鉆桿。對準(zhǔn)預(yù)定的孔位后，鉆機(jī)不得移位。根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)情況，控制鉆機(jī)進(jìn)水量的大小，防止出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象。深孔注漿施工每個循環(huán)長度為10m，深孔注漿孔位按0.5m×0.5m間距布設(shè)（梅花形），注漿采用袖閥管后退式注漿，按從下至上、從內(nèi)向外的順序進(jìn)行。采用水泥漿液進(jìn)行注漿，壓力為0.5MPa～2.0MPa，注漿速度：砂層、粉質(zhì)粘性土20L/min～40L/min，砂礫石40L/min～60L/min，斷層破碎帶60L/min～120L/min。

3.4 超前小導(dǎo)管施工

超前小導(dǎo)管采用3m長的42×3.25mm鋼管，環(huán)向間距0.3m，縱向每兩榀格柵設(shè)置一環(huán)，水平傾角10°～15°，注漿壓力為0.3MPa～0.5MPa。開馬頭門處和漸變抬高斷面處，小導(dǎo)管長4m，環(huán)向間距0.3m，水平傾角10°～20°，注漿材料采用水泥水玻璃雙漿液，漿液配合比在現(xiàn)場根據(jù)地層土質(zhì)情況由試驗(yàn)確定。超前小導(dǎo)管主要為深孔注漿的補(bǔ)償，以保證注漿加固效果為目的。施工時先用風(fēng)鉆進(jìn)行鉆孔，再用風(fēng)鉆的鉆桿換成特殊釬尾，將導(dǎo)管用沖擊的辦法貫入孔中，頂進(jìn)時保護(hù)管口不受損壞變形，以免影響與注漿管路連接。鋼管尾部用膠泥麻筋密封，防止注漿時鋼管外壁與土體間隙漏漿。鋼管尾端外露和格柵鋼架焊接的長度。注漿前檢查導(dǎo)管孔口密閉標(biāo)準(zhǔn)是否合格，防止漏漿，注漿壓力為0.3MPa～0.5MPa，達(dá)到設(shè)計(jì)注漿量作為結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。若注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)終壓2min后，仍達(dá)不到設(shè)計(jì)注漿量也可結(jié)束注漿。注漿結(jié)束后，及時將管口封堵防止?jié){液外漏。

3.5 開挖土方施工

進(jìn)洞前，對洞口進(jìn)行相應(yīng)的預(yù)加固措施和支護(hù)措施并進(jìn)行檢查，確保進(jìn)洞安全。進(jìn)洞前首先對洞口工作面進(jìn)行測量放樣，畫出開挖輪廓線并適當(dāng)放大尺寸，鑿除開挖輪廓線范圍內(nèi)的圍護(hù)樁。鑿除左側(cè)上臺階部分樁體后，人工開挖土方，開挖空間足夠架立格柵后，及時緊靠主體結(jié)構(gòu)側(cè)墻架立格柵，掛網(wǎng)噴射混凝土后才能進(jìn)入下一循環(huán)施工。前三榀格柵按40cm間距密排布置，上臺階進(jìn)洞2.5m至大管棚工作面時，封閉掌子面后進(jìn)行下臺階開挖施工，破除圍護(hù)樁、進(jìn)洞開挖。分臺階開挖一側(cè)后施作中隔壁，然后再開挖另一側(cè)。

CD法開挖步驟為：第1步：（1）利用上一循環(huán)架立的格柵鋼架做支點(diǎn)，在拱部施作42mm超前小導(dǎo)管；（2）開挖左側(cè)上導(dǎo)坑，大小約為3.3m（高）×4.7m（寬）；（3）初噴混凝（厚4cm）、架立格柵鋼架、打設(shè)鎖腳錨管、鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)片及焊接縱向連接筋、復(fù)噴射混凝土至設(shè)計(jì)厚度。第2步：（1）在滯后于左側(cè)上導(dǎo)坑距離約3m～5m后，開挖左側(cè)下導(dǎo)坑；（2）初噴混凝土（厚4cm）、接長格柵鋼架、打設(shè)鎖腳錨管、鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)片及焊接縱向連接筋、復(fù)噴射混凝土至設(shè)計(jì)厚度。第3步：（1）在滯后于左側(cè)下導(dǎo)坑8 m～10m后，開挖右側(cè)上導(dǎo)坑；（2）進(jìn)行初期支護(hù)施工，具體步驟及工序與左側(cè)上導(dǎo)坑相同。第4步：（1）在滯后于右側(cè)上導(dǎo)坑約3m～5m后，開挖左側(cè)下導(dǎo)坑；（2）進(jìn)行初期支護(hù)施工，具體步驟及工序與右側(cè)下導(dǎo)坑相同。第5步：（1）在滯后于右側(cè)下導(dǎo)坑一段距離后，開挖中隔墻；（2）格柵拼裝成環(huán)，及時施作初期支護(hù)。

CD法施工控制要點(diǎn)：導(dǎo)坑的開挖循環(huán)進(jìn)尺、導(dǎo)坑開挖孔徑、臺階高度可根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)情況、施工機(jī)械、人員等進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整；格柵鋼架之間及時用縱向連接鋼筋焊接牢固，采用2根長度為2m的42×3.25mm鎖腳錨桿固定格柵腳部，以防止格柵下沉或兩邊底腳收斂；針對開挖撐子面進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)測、預(yù)報(bào)，加強(qiáng)洞內(nèi)、外監(jiān)控量測管理。根據(jù)監(jiān)控量測結(jié)果，及時調(diào)整相應(yīng)的預(yù)留變形量及初支參數(shù)，適時進(jìn)行二次襯砌施工，保證施工安全。

反掏法施工：由于受施工條件限制，車站端開洞口斷面小于初襯設(shè)計(jì)斷面，進(jìn)洞后直接擴(kuò)大開挖斷面存在較大施工風(fēng)險(xiǎn)。在車站端進(jìn)洞口處采用“反掏法”施工，將進(jìn)洞口2.5m范圍作為漸變區(qū)域，開挖暗挖通道拱頂土方時，沿著車站側(cè)預(yù)留洞口上邊沿逐步擴(kuò)大開挖斷面至設(shè)計(jì)斷面，對該范圍內(nèi)拱頂進(jìn)行臨時支護(hù)，整個聯(lián)絡(luò)通道洞通后再對進(jìn)洞口處1.5m范圍內(nèi)拱頂部分進(jìn)行處理。具體做法如下：（1）洞口圍護(hù)樁破除后，側(cè)墻預(yù)留出入口通道口上方至暗挖通道設(shè)計(jì)拱頂?shù)耐练綍簳r不開挖，而是沿著混凝土側(cè)墻開口上邊沿斜向上22。方向逐步開挖暗挖通道拱頂土方，并及時架設(shè)臨時格柵拱架、噴射混凝土，安裝臨時鋼拱架時相應(yīng)減小拱架尺寸。（2）暗挖通道首先采用臺階法施工2.5m，當(dāng)隧道開挖斷面達(dá)到初襯斷面設(shè)計(jì)尺寸，再按正常施工段立拱架施工。（3）初襯施工至大管棚工作面后，施工大管棚，待初支距車站主體結(jié)構(gòu)距離大于20m后，再反過來將進(jìn)洞口2.5m范圍內(nèi)拱頂?shù)膰娚浠炷凌彸?，拆除臨時格柵拱架上半部分，繼續(xù)開挖拱頂土方，直至開挖至設(shè)計(jì)尺寸，重新安裝該處鋼拱架上半部分，及時噴射混凝土。

3.6 格柵鋼架施工

初支格柵鋼架采用HRB400Φ25mm的鋼筋冷彎分段制作，現(xiàn)場制作安裝；縱向間距為50cm，鎖腳錨管及預(yù)埋注漿管均采用42mm導(dǎo)管，壁厚3.5mm。每分部開挖拱架連接處兩側(cè)打設(shè)兩根鎖腳錨管，長2m/根，采用水泥漿液。初支預(yù)埋注漿管長0.8m/根，拱部環(huán)向間距2m，邊墻環(huán)向間距3m，縱向間距為3m，當(dāng)初支全斷面施工完成一定長度后，應(yīng)及時對初支背后進(jìn)行注漿回填加固，以減少地面沉降變形量。

3.7 掛網(wǎng)噴射混凝土施工

鋼筋網(wǎng)采用HPB300Φ6mm鋼筋焊接成網(wǎng)片，網(wǎng)格間距15cm，使用前要除銹，搭接長度不小于15cm；噴射混凝土施工前應(yīng)檢查開挖斷面尺寸是否滿足設(shè)計(jì)要求，將表面的浮土、松土等雜物清理干凈。噴射作業(yè)應(yīng)按分段、分片、分層，由下而上的順序進(jìn)行施工。噴槍離受噴面距離0.6m～1.0m左右，太近太遠(yuǎn)都會增加回彈量，送風(fēng)后調(diào)整風(fēng)壓，使之控制在0.45MPa～0.7MPa之間，施工時嚴(yán)格控制混凝土的水灰比，使噴射后的表面平整、光滑，無干斑或滑移流動現(xiàn)象；噴射方向與受噴面保持垂直，每層噴射厚度不宜超過10cm，施工時間間隔15min～20min。

3.8 防水施工

初期支護(hù)和二次襯砌間設(shè)置全包防水層，材料選用1.5mm厚PVC防水板；施工縫均設(shè)置寬度為35cm的鍍鋅鋼板止水帶加強(qiáng)防水；底板防水施工流程：基面清理→土工布→1.5mm厚PVC防水板搭接口熱熔焊接→檢查驗(yàn)收→70mm厚C20細(xì)石混凝土保護(hù)層→結(jié)構(gòu)層。側(cè)墻防水施工工序：基面清理→土工布→PVC板材熱熔點(diǎn)焊→1.5mm厚PVC防水板熱熔焊接→檢查驗(yàn)收→內(nèi)襯墻。

3.9 襯砌施工

暗挖段主體結(jié)構(gòu)采取“縱向分段、從下自上、流水作業(yè)”的原則進(jìn)行施工；Ⅰ號、Ⅱ號出入口均采取分8倉進(jìn)行澆筑的方法，變形縫兩側(cè)最后施作，每倉均不超過8m?，F(xiàn)場施工時，采取跳倉施工的順序，先施工完成第1倉、第3倉、第5倉二襯結(jié)構(gòu)，再施工完成第2倉、第4倉、第6倉二襯結(jié)構(gòu)，最后施工第7倉、第8倉二襯結(jié)構(gòu)，施工時嚴(yán)格按此順序施工。二襯結(jié)構(gòu)施工工藝流程為：施工準(zhǔn)備→臨時中隔壁下部拆除→底板防水及保護(hù)層施作→底板鋼筋綁扎及混凝土澆筑、養(yǎng)護(hù)→臨時中隔壁上部拆除→拱頂及側(cè)墻防水→側(cè)墻、拱頂二襯混凝土澆筑、養(yǎng)護(hù)→側(cè)墻、拱部模板支架拆除→二襯背后注漿。

4 結(jié)語

綜上所述，該車站Ⅰ號、Ⅱ號出入口是在不良地質(zhì)條件下修建，遵守淺埋暗挖法的“管超前、嚴(yán)注漿、短開挖、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測”的基本理念；按照“先排管、后注漿、再開挖，注漿一段、開挖一段、支護(hù)一段、封閉一段”的施工順序組織暗挖施工，開挖時做好時間和空間上的銜接；控制好各分步臺階之間的進(jìn)度協(xié)調(diào)，嚴(yán)禁冒進(jìn)，各臺階均采取預(yù)留核心土開挖，以發(fā)揮掌子面三維支撐作用，必要時對掌子面采取噴射混凝土封閉，確保掌子面穩(wěn)定，初期支護(hù)成環(huán)后及時進(jìn)行初支背后回填注漿，提高初支承載能力，把隧道施工風(fēng)險(xiǎn)降至最低；在過程中不斷總結(jié)注漿工藝及參數(shù)，針對工程環(huán)境及地質(zhì)特點(diǎn)，均勻提高注漿加固效果、控制施工沉降的基礎(chǔ)上盡量減少注漿引起的地面隆起和破壞；通過施工中采集的監(jiān)控量測數(shù)據(jù)顯示，地面表層及結(jié)構(gòu)物沉降量均滿足設(shè)計(jì)要求，淺埋暗挖CD法在地鐵出入口施工中得到成功的運(yùn)用，為今后同類工程施工積累了成功的經(jīng)驗(yàn)。