大斷面淺埋暗挖地鐵法車站的施工工法比選

文/ 曲曉輝 大連地鐵有限公司 遼寧大連 116000

1、工程概況

1.1 地理位置

大連市地鐵西安路車站位于大連市沙河口區(qū)西安路下方，沿西安路方向南北向布置。西安路路面寬36m，周邊建筑物密集，北側(cè)為主要商業(yè)區(qū)；南側(cè)為解放廣場；東側(cè)車站為29層科技廣場、23層西安路公寓及四十八中；西側(cè)主要為的三層商鋪及長樂小區(qū)。建筑基礎(chǔ)為筏板基礎(chǔ)。西安路站是大連市地鐵1、2號線換站，起訖里程1號線DK16+403.101至DK16+640.701，2號線DK11+633.703至DK11+871.303，長237.6米，暗挖單拱雙柱三層島式車站，標(biāo)準(zhǔn)段寬23.0m，高26.65 m，最大斷面寬26.2m，高27.75m，斷面積682.5㎡。埋深約37m，覆土6.7-11米，車站拱頂位于強(qiáng)風(fēng)化板巖內(nèi)，部分拱頂位于第四系卵石層內(nèi)，車站地面為現(xiàn)西安路，路面交通繁忙，有兩條有軌電車通行。

1.2 地質(zhì)水文情況

車站位于馬欄河二級階地，后經(jīng)人工改造，地下水位高，周邊管線密集，管道眾多，地層由上至下依次為：人工堆積雜填土、卵石、全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化鈣質(zhì)板巖；巖石節(jié)理較發(fā)育，局部卵石“V”型侵入車站拱部。

地下水受到季風(fēng)氣候和海洋影響，車站主要為基巖裂隙水，孔隙水主要賦存在素填土層及卵石層中，基巖裂隙水主要賦存于強(qiáng)風(fēng)化及中風(fēng)化巖層中，地下水位埋深2.20～3.2m，水位高程6.42～10.02m，年水位變幅約1～3米。

1.3 工程重難點(diǎn)

西安路車站的工程重難點(diǎn)主要在車站的跨度大，斷面大，工序復(fù)雜繁多；地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，圍巖破碎，地處繁華街道，地面交通流量大，暗挖工法沉降控制難度大、周邊建筑密集、重點(diǎn)控制風(fēng)險(xiǎn)源多等。

對于大連地鐵西安路站這樣的斷面大、深度也較大的三層車站，存在周邊建筑物近、開挖跨度大、地面動載大等工程特點(diǎn)，如何在施工過程中保證施工安全，控制地面下沉及周邊建筑變形，需要進(jìn)行研究解決。比選了多種施工方案，本著安全第一的原則，從中洞法、洞樁法、格柵法、雙側(cè)洞法等一一進(jìn)行比選。

2、初期施工方案的比選情況

2.1 初始設(shè)計(jì)選定的幾種施工方法及優(yōu)劣性：

圖1 雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工工序圖

圖2 中洞法施工工序圖

雙側(cè)壁導(dǎo)坑法：研究方案的分析對比初始設(shè)計(jì)方案先采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑施工兩側(cè)洞，再環(huán)形掏槽初支拱頂，開挖核心土使拱部初支成環(huán)。中部拉槽，分層順做中部二襯形成受力體系后，開挖兩側(cè)邊幅土石方，再分層順做兩側(cè)主體二襯施工工序如圖1所示。

此方法前期拱部施工有利，但后期拱部初支成形后，拱幅較寬，拉槽過程中施工時(shí)間長， 安全風(fēng)險(xiǎn)大。

中洞法：采用交叉中隔壁法開挖中部土石方，施工中部底板、中柱及頂板二襯，再開挖兩側(cè)洞土石方，再順做側(cè)洞二襯主體結(jié)構(gòu)。施工工序如圖2所示。

此方法安全性較高，但施工臨時(shí)支護(hù)量大，施工成本高，不經(jīng)濟(jì)。

圖3 洞樁法施工工序圖

圖4 改進(jìn)中洞法施工工序圖

洞樁法：先施工兩個(gè)中導(dǎo)洞，在中導(dǎo)洞中鉆孔樁，施工做頂縱梁，開挖拱部土石方，采用放大腳施工拱部二襯混凝土，開挖支護(hù)下部土石方，順做主體二襯結(jié)構(gòu)，工序如圖3所示。

此方法從受力分析，拱頂動載影響，拱部受力如不均，如拱腳部位受力大于拱頂中部受力，拱腳支座受力方向有可能發(fā)生變化，受力方向難以確定，且拱腳下部深基坑開挖，隨著側(cè)壓力的增加，邊墻及拱腳穩(wěn)定性不能保證，且隨著開挖深度的增加，中柱長細(xì)比越來越大，安全風(fēng)險(xiǎn)很大。

改進(jìn)中洞法：根據(jù)中洞法改進(jìn)，先采用CD法施工中部上導(dǎo)洞，及臺階法施工中部下導(dǎo)洞，挖孔柱施工中立柱，及中部底板中部拱頂二襯混凝土。開挖拱部土石方，施工邊墻鉆孔樁，錨固拱腳縱梁，澆筑拱部二襯混凝土，開挖下部土石方，增加側(cè)墻錨固支護(hù)體系，順做主體結(jié)構(gòu)混凝土，施工工序如圖4所示。

此方法從根本上解決了第三項(xiàng)洞樁法存在的問題，增加拱腳縱梁使拱腳均勻受力，增加錨索及鋼管樁，保證拱腳縱梁水平及豎向位移，以及基坑側(cè)壁穩(wěn)定，施工負(fù)一層中部中板減小中柱長細(xì)比。

2.2 幾種施工方法的比選及比選結(jié)果

在方案比選協(xié)調(diào)會上，根據(jù)該車站施工中能夠遇到的諸多實(shí)際困難，如由于斷面跨度大，最大開挖斷面寬26.5m，高27.8m的單拱雙柱地下三層結(jié)構(gòu)。結(jié)合設(shè)計(jì)院根據(jù)工程主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)的力學(xué)計(jì)算，規(guī)范中建筑限界設(shè)置，運(yùn)營部門提出后期營運(yùn)空間需求、車站內(nèi)功能房間的設(shè)定等因素，最終考慮最終綜合中洞法、洞樁法、蓋挖法的特點(diǎn)，以中洞法施工中洞并施工中洞混凝土結(jié)構(gòu)，達(dá)到減小開挖跨度、降低安全風(fēng)險(xiǎn)，采取上下中洞法和洞樁法施工中洞混凝土結(jié)構(gòu)及中柱，使中洞部份結(jié)構(gòu)一次成形，保證中洞結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定和施工精度，以及減少中洞結(jié)構(gòu)的二次施工。采用大拱腳下設(shè)置縱梁，保證側(cè)拱的受力穩(wěn)定；并采用錨索控制拱腳縱梁的水平位移，采用φ219鋼管樁控制拱腳縱梁的豎向位移，并起到下部土石方開挖的圍護(hù)作用。最終形成穩(wěn)定的二襯成拱蓋，在保證安全的前提下施工下部工序及結(jié)構(gòu)。

3、施工總體安排

西安路站設(shè)四個(gè)豎井：盾構(gòu)吊出井，1號豎井，2號豎井，斜坡道。盾構(gòu)吊出井及 2號豎井，負(fù)責(zé)施工下導(dǎo)洞開挖； 1號豎井及斜坡道負(fù)責(zé)施工上導(dǎo)洞開挖。先利用施工豎井貫通中部上下導(dǎo)洞，施工分段如下圖5。

圖5 西安路站分層開挖施工工序圖

3.1 車站主體總體施工方案

3.2 車站主體工程施工方案

西安站主體支護(hù)結(jié)構(gòu)形式采用洞樁法錨噴加格柵鋼架進(jìn)行支護(hù)。各豎井及橫通道開挖完成后，采用CRD法及CD法優(yōu)先施工主體中部上下兩個(gè)導(dǎo)洞，以最快

采用人工挖孔施工中柱，澆筑中部拱頂，使中部支柱及早承重受力，減小拱部受力。再利用斜井配合大型土石方施工機(jī)械開挖上部左右側(cè)洞及下部土石方第一至第五層。最后利用2號豎井開挖剩余土石方第六層。附屬結(jié)構(gòu)暗挖部分根據(jù)主體工程進(jìn)展適時(shí)組織施工。附屬結(jié)構(gòu)明挖部分根據(jù)車站施工組織需要及工程實(shí)際情況，在滿足工期要求和施工條件允許的情況下適時(shí)安排施工，開挖斷面如下圖7。以最快的速度實(shí)現(xiàn)貫通；貫通之后開挖中柱樁孔，安裝中柱，澆筑樁底及中部拱頂使主體中部優(yōu)先形成封閉，保證結(jié)構(gòu)受力穩(wěn)定；然后澆筑拱頂二襯，做好支護(hù)，用臺階法開挖上層側(cè)洞；側(cè)洞邊挖邊做拱頂二襯，拱角打入鎖腳錨桿加固；側(cè)洞貫通以后，充分利用上部空間及斜坡道的排渣優(yōu)勢，采用蓋挖的方法，全面開挖主體地下二三層，邊挖邊支護(hù)；最后順做主體二襯，完成主體施工。西安路站采用動態(tài)工法設(shè)計(jì)

4.施工中監(jiān)控量測數(shù)據(jù)分析工作

4.1 監(jiān)控量測方法

西安路車站屬淺埋暗挖車站，由于導(dǎo)洞先行貫通。洞內(nèi)控制導(dǎo)線較易與地面控制網(wǎng)聯(lián)系。

在論證該工法可行的研究過程中，擬選取該車站的2號豎井橫通道位置的3個(gè)典型點(diǎn)位進(jìn)行分析，通過2號豎井橫通道位置地表沉降值觀測數(shù)據(jù)分析結(jié)果可知，橫通道位置在整個(gè)施工過程中最大沉降值為9.47mm，小于規(guī)范規(guī)定值30mm，滿足地鐵工程監(jiān)控量測技術(shù)規(guī)程(DB11/490-2007)中的地鐵淺埋暗挖法施工監(jiān)控量測值控制標(biāo)準(zhǔn)要求，由此可知2號豎井橫通道在整個(gè)施工過程中是安全可靠的。如圖6所示

圖6 2#豎井橫通道位置地表沉降值曲線

4.2 周邊建筑物沉降分析

為了研究該工法選定后，施工中對周邊建筑的影響，在本次研究中同時(shí)選取點(diǎn)位JCJ04-04、JCJ04-07中間由于破壞重新取點(diǎn)觀測，沉降取值到相應(yīng)破壞時(shí)間點(diǎn)止，通過點(diǎn)位JCJ04-08曲線可以看出周邊建筑物下沉小于2mm，隆起小于8mm，可以認(rèn)為車站施工對周邊建筑物沉降影響很小。從表5也可以看出周邊建筑物終沉值小于10mm，隆起小于5mm。在用本施工工法施工的過程中周邊建筑物沉降在可控制范圍內(nèi)，如圖7所示。

圖7 周邊建筑物沉降觀測值曲線圖

結(jié)論：

從本文的數(shù)據(jù)分析可知，西安路車站在本施工工法的施工過程中，總體安全可靠。本施工工法有效地控制了大斷面地鐵車站淺埋暗挖施工的地表沉降，地表沉降基本上在規(guī)范允許值內(nèi)，周邊建筑物沉降控制效果良好，未出現(xiàn)各類突變。由于北方地區(qū)深基坑地表沉降受氣候影響，冬季氣溫降低時(shí)沉降變大，氣溫回升時(shí)地表回復(fù)，沉降值變小，同時(shí)有效地控制了車站上方的地面建筑沉降及有軌電車線路沉降，確保了場地周邊既有載物在車站施工過程中的安全及施工安全。