地鐵暗挖車(chē)站初支拆除與施工縫防水層保護(hù)技術(shù)

薛清偉， 馬健軍， 毛宇飛， 茍學(xué)登， 李 圍

(1. 中國(guó)水利水電第四工程局有限公司， 西寧 810007; 2. 中國(guó)電建集團(tuán)鐵路建設(shè)有限公司， 北京 100044； 3. 上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué) 軌道交通學(xué)院，上海 201418)

城市地鐵建設(shè)面臨的復(fù)雜條件包括地上建筑、地下構(gòu)筑以及工程地質(zhì)和水文地質(zhì)，特別是在市區(qū)修建地鐵只能采用地下敷設(shè)的方式，而當(dāng)其施工影響范圍內(nèi)存在建構(gòu)筑物時(shí)，如既有市政道路隧道[1]、運(yùn)營(yíng)地鐵[2]和管網(wǎng)[3]等，新建軌道交通對(duì)既有建構(gòu)筑物的影響大[4]，危及到既有結(jié)構(gòu)的安全。必須采取合適的施工方法[5]，同時(shí)采取隔離、加固與保護(hù)等措施，確保既有建構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)安全。

地鐵車(chē)站多采用明挖法施工，當(dāng)?shù)孛娼煌ǖ葪l件不容許時(shí)，土質(zhì)地層采用蓋挖法、巖質(zhì)地層采用暗挖法施工。但是，當(dāng)?shù)孛姝h(huán)境條件受限無(wú)法提供蓋挖的條件時(shí)，即使是土質(zhì)條件也只能采用洞樁法暗挖施工，導(dǎo)致施工技術(shù)難度大、工期長(zhǎng)、造價(jià)高。

圖1 省政府站設(shè)計(jì)圖(mm)Fig.1 Designing section of provincial government station (mm)

一般情況下，城市地下水位都比較高，對(duì)于富水砂層條件下暗挖大跨度地鐵車(chē)站，施工安全風(fēng)險(xiǎn)高，同時(shí)防水壓力也大。對(duì)于高寒地區(qū)富水砂層暗挖地鐵車(chē)站，如防水問(wèn)題未解決好，則因滲漏水的凍脹而破壞混凝土結(jié)構(gòu)，影響結(jié)構(gòu)的耐久性和機(jī)電設(shè)備等的安全使用，從而影響到地鐵車(chē)站運(yùn)營(yíng)環(huán)境的舒適性和工程質(zhì)量。因此，其防水要求相對(duì)于非寒區(qū)更高。而暗挖車(chē)站的防水問(wèn)題主要是處在分部開(kāi)挖澆筑車(chē)站主體結(jié)構(gòu)存在太多的施工縫上，初期支護(hù)不能整體拆除影響了防水層的整體施作，從而導(dǎo)致地鐵暗挖車(chē)站漏水嚴(yán)重。

關(guān)于地鐵暗挖車(chē)站防水的研究文獻(xiàn)不多：文獻(xiàn)[6]中針對(duì)地鐵車(chē)站暗挖隧道防水施工，提出了頂縱梁和墻體施工縫以及變形縫處理措施；文獻(xiàn)[7]中就洞樁法暗挖地鐵車(chē)站提出了頂縱梁與拱圈施工縫以及逆筑法側(cè)墻施工縫的形狀及混凝土的澆筑措施；文獻(xiàn)[8]中介紹了暗挖地鐵車(chē)站施工縫、變形縫和穿墻管這3個(gè)特殊部位的防水施工技術(shù)；文獻(xiàn)[9]中從地鐵車(chē)站防水層的設(shè)計(jì)、防水材料的選用、防水施工工藝、防水層的保護(hù)等方面進(jìn)行了介紹。

已有的文獻(xiàn)主要介紹了施工縫和變形縫的防水處理措施，未深入分析施工效果不好的原因，特別是對(duì)于哈爾濱高寒地區(qū)富水砂層條件下地鐵車(chē)站地下結(jié)構(gòu)的防水問(wèn)題，一旦漏水因零下溫度產(chǎn)生凍脹而破壞車(chē)站結(jié)構(gòu)混凝土，從而直接影響結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性。本文依托哈爾濱地鐵2號(hào)線(xiàn)省政府站暗挖工程，從初期支護(hù)的拆除工藝著手，開(kāi)發(fā)防水層整體性施作技術(shù)和拱頂施工縫防水層接茬保護(hù)技術(shù),確保暗挖車(chē)站的防水效果，為今后類(lèi)似工程提供指導(dǎo)。

1 依托工程概況

1.1 設(shè)計(jì)概況

哈爾濱地鐵2號(hào)線(xiàn)省政府站，如圖1所示。位于中山路、中宣街和和平路交匯處，沿中山路方向布置，車(chē)站大致呈南北向，與遠(yuǎn)期4號(hào)線(xiàn)換乘。車(chē)站中山路為雙向十車(chē)道，是哈爾濱市主干道，中宣街及和平路均為雙向十車(chē)道，交通非常繁忙。車(chē)站西北象限為黑龍江省人民政府，東北象限為黑龍江省國(guó)家安全廳，東南象限為風(fēng)華中學(xué)，西南象限為風(fēng)華小學(xué)。綜合車(chē)站周邊環(huán)境、交通、管線(xiàn)以及與遠(yuǎn)期4號(hào)線(xiàn)換乘方式，設(shè)計(jì)為暗挖雙層島式車(chē)站，車(chē)站外包全長(zhǎng)192.3 m，標(biāo)準(zhǔn)段凈寬21.3 m，島式站臺(tái)寬14 m，站臺(tái)層層高4.4 m，站廳層層高4.4 m。有效站臺(tái)中心里程處車(chē)站拱頂覆土8.7 m，軌面埋深約 22.4 m。

1.2 氣候條件

哈爾濱市屬中溫帶大陸性季風(fēng)氣候，夏季炎熱短促、多東南風(fēng)，冬季漫長(zhǎng)寒冷、多西北風(fēng)，年平均氣溫 4.7 ℃，7月份氣溫較高，平均氣溫 22.3 ℃，1月份較低，平均氣溫 -17.2 ℃，最低可達(dá) -37.7 ℃。區(qū)內(nèi)季節(jié)性?xún)鐾涟l(fā)育，從11月上旬開(kāi)始封凍，至翌年5月初完全解凍，凍結(jié)深度 1.80～2.05 m。

1.3 工程地質(zhì)與水文地質(zhì)

根據(jù)調(diào)查及鉆孔顯示，本標(biāo)段地層主要由第四系全新統(tǒng)人工堆積層、上更新統(tǒng)哈爾濱組沖洪積層、中更新統(tǒng)上荒山組湖積層、中更新統(tǒng)下荒山組沖積層、下更新統(tǒng)東深井組冰水堆積層等組成，沿線(xiàn)以粉質(zhì)黏土、砂類(lèi)土為主，地表存在1～3 m的人工填土。地下水埋深 3.4～3.8 m，豐水期水位上升，枯水期水位下降，多年變化平均值 1.5 m，歷史最高水位可按地表以下2 m考慮。

2 暗挖車(chē)站初支拆除技術(shù)

2.1 拆除技術(shù)的提出

地鐵大斷面暗挖車(chē)站施工中常采用分部開(kāi)挖法，達(dá)到大跨度變小跨度、大斷面變小斷面、安全快速開(kāi)挖支護(hù)成環(huán)的目的。相鄰隧道間使用工字鋼和噴射混凝土共同構(gòu)成臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)(中隔壁)，上下隧道間由工字鋼和噴射混凝土共同構(gòu)成的臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)稱(chēng)為臨時(shí)仰拱。獨(dú)立的小隧道施工形成后再逐步拆除臨時(shí)仰拱和中隔壁，最終將各個(gè)小隧道相互連通建成大斷面暗挖車(chē)站隧道結(jié)構(gòu)。

在富水砂層大斷面車(chē)站暗挖隧道施工過(guò)程中，通常采用按順序依次拆除中隔壁和臨時(shí)仰拱(一次多榀)后，鋪設(shè)防水層、架設(shè)模板臺(tái)車(chē)、鋪設(shè)鋼筋、澆筑混凝土，完成主體結(jié)構(gòu)工程的施作。由于圍巖軟弱，穩(wěn)定性極差，塌落拱難以形成導(dǎo)致作用在初期支護(hù)上的荷載特別大，又由于一次多榀中隔壁和臨時(shí)仰拱同時(shí)拆除后，應(yīng)力體系轉(zhuǎn)換導(dǎo)致初期支護(hù)承載力不足，施工安全風(fēng)險(xiǎn)極高。若僅拆除1榀，則二襯施作空間又狹小不足。故為了確保施工安全，又滿(mǎn)足二襯作業(yè)對(duì)操作空間的要求，開(kāi)發(fā)了“隔一拆二”技術(shù)。

2.2 拆除原則

根據(jù)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)反饋，當(dāng)圍巖變形速率小于 0.2 mm/d，可判斷為趨于穩(wěn)定狀態(tài)，趨于穩(wěn)定狀態(tài)后可進(jìn)行臨時(shí)支撐拆除。為控制地表沉降及圍巖收斂變形，采取分段部分拆除方案，分段長(zhǎng)度10 m左右，中隔壁拆除采用“隔一拆二”法，臨時(shí)仰拱僅考慮靠側(cè)墻2 m左右范圍的支撐全部拆除。

2.3 “隔一拆二”拆除技術(shù)

中隔壁“隔一拆二”技術(shù)是隔一根型鋼(支撐在全包防水層上)拆除兩根型鋼，如圖2所示。具體工藝步驟如下：

(1) 整平鋪設(shè)防水層的基層，滿(mǎn)足規(guī)范要求。

(2) 針對(duì)留下的這根型鋼，采用氣焊方式快速割除底部一段長(zhǎng)10 cm的工字鋼，以滿(mǎn)足防水板鋪設(shè)操作空間，及時(shí)鋪設(shè)防水層(不切割，將一整塊防水層的對(duì)稱(chēng)中心鋪設(shè)到此根型鋼下)，并在防水層頂面墊一塊500 mm×500 mm×5 mm的軟橡膠板或廢舊傳輸皮帶進(jìn)行保護(hù)，同時(shí)墊上厚2 mm、邊長(zhǎng)為250 mm的鋼板作為支撐底座，用4根直徑22 mm、長(zhǎng)20 cm的螺紋鋼筋焊接形成鋼架，一端支撐在鋼板上、另外一端連接工字鋼，恢復(fù)中隔壁型鋼的受力，作為“隔一”型鋼。

(3) 采用氣焊方式完成前后的“拆二”型鋼的拆除工作，共拆除4榀型鋼。

(4) 按照同樣的方法對(duì)下一批留下的型鋼割除底部一段長(zhǎng)10 cm(共2根)并鋪設(shè)防水層，做好保護(hù)與墊板，完成支撐結(jié)構(gòu)的施作。

(5) 前后割除下一批2根型鋼(共4根)。

(6) 完成第三批“隔一”與“拆二”工作。

(7) 完成5根“隔一”和12根“拆二”以及鋪設(shè)防水層工作，型鋼間距為 0.5 m，則防水層的縱向長(zhǎng)度為9 m，并澆筑了保護(hù)層。

(8) 綁扎鋼筋，澆注混凝土?xí)r，將此型鋼格柵澆在混凝土內(nèi)。

圖2 “隔一拆二”技術(shù)Fig.2 Technology of “one-on and two-off”

注意事項(xiàng)：①務(wù)必先做基層的平整度處理，采用抹細(xì)砂漿的方法處理基層，平整度達(dá)到要求后方可拆型鋼支撐和鋪設(shè)防水層；②防水層采用整體式鋪設(shè)，鋪設(shè)后做好保護(hù)層，特別是焊接與割除作業(yè)中做好未鋪設(shè)部分防水層的保護(hù)工作，不許破壞防水層；③防水基層處理與澆筑的保護(hù)層強(qiáng)度達(dá)到要求后，方可進(jìn)行下一步工序；④拆除的中隔壁僅拆除下半部分，保留臨時(shí)仰拱支撐結(jié)構(gòu)，形成整體支撐隧道圍巖壓力；⑤待澆筑的底板混凝土強(qiáng)度達(dá)到要求后，再施作側(cè)墻和立柱；⑥側(cè)墻和中板的施作均采用“隔一拆二”技術(shù)；⑦底板、側(cè)墻和中板施作完成后，拆除底層的所有支撐，頂板施作完后再拆除二層支撐。

3 拱頂施工縫防水層接茬保護(hù)技術(shù)

3.1 保護(hù)目的

洞樁法暗挖車(chē)站施工中，中間導(dǎo)洞內(nèi)頂縱梁與導(dǎo)洞間扣拱要采取分步施工的方式，先在導(dǎo)洞內(nèi)完成頂縱梁防水層及混凝土施工，再開(kāi)挖洞間土、破除小導(dǎo)洞初支結(jié)構(gòu)、施工洞間扣拱將相鄰導(dǎo)洞內(nèi)的頂縱梁及邊拱相互連接。因此，頂縱梁、邊拱與洞間扣拱之間的防水層搭接問(wèn)題是暗挖車(chē)站施工縫處防水質(zhì)量控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

為了將頂縱梁、邊拱和導(dǎo)洞間扣拱的防水層實(shí)現(xiàn)連續(xù)鋪設(shè)，保證拱頂陰角處防水板在破除小導(dǎo)洞初期支護(hù)時(shí)不受到損壞，減少車(chē)站拱頂發(fā)生滲漏水的幾率，同時(shí)利用泡沫板保護(hù)鋼筋接駁器，防止接駁器受損。在導(dǎo)洞初支破除施工期間利用橡膠板作為隔離保護(hù)設(shè)施，保護(hù)預(yù)留后期與洞間扣拱搭接的防水板不會(huì)被導(dǎo)洞破除的初支混凝土、鋼筋和風(fēng)鎬等利器損傷。

圖3 施工縫防水保護(hù)技術(shù)Fig.3 Protecting technology of waterproof layer on the construction joints

3.2 保護(hù)技術(shù)

如圖3所示，保護(hù)裝置采用平面尺寸為760 mm×560 mm泡沫板連續(xù)布設(shè)于頂縱梁、邊拱與洞間扣拱的交界處即縱向施工縫，泡沫板內(nèi)設(shè)頂縱梁主筋穿入的孔道，泡沫板與導(dǎo)洞初支間依次鋪設(shè)ECB防水板、土工織物布和廢舊橡膠保護(hù)板(寬975 mm，厚5 mm)，頂縱梁、邊拱混凝土灌注后，泡沫板能夠?qū)⒒炷粮綦x開(kāi)保護(hù)預(yù)留的搭接防水板和土工布不被混凝土包裹和損壞，同時(shí)泡沫板內(nèi)的鋼筋接駁器也不會(huì)被混凝土包裹，后期便于與洞間扣拱結(jié)構(gòu)主筋相互連接及施工縫鑿毛處理。

拱頂施工縫防水層接茬保護(hù)實(shí)施過(guò)程：①在小導(dǎo)洞內(nèi)鋪設(shè)頂縱梁、邊拱土工布和ECB防水板；②安裝頂縱梁或邊拱弧形模板和下部主筋，主筋末端安裝泡沫板，泡沫板與導(dǎo)洞結(jié)構(gòu)間依次布置防水板、土工布和橡膠保護(hù)板；③澆筑頂縱梁、邊拱混凝土；④破除頂縱梁、邊拱與導(dǎo)洞間扣拱結(jié)構(gòu)位置的導(dǎo)洞初支混凝土，直至暴露橡膠保護(hù)板；⑤拆除橡膠保護(hù)板，將預(yù)留的土工布和防水板上翻至洞間初支結(jié)構(gòu)上并安裝固定，并鋪設(shè)洞間扣拱剩余部分防水板和土工布；⑥清理泡沫板直至頂縱梁、邊拱預(yù)留接駁主筋全部暴露，并鑿毛施工縫；⑦安裝洞間扣拱模板及鋼筋，洞間扣拱鋼筋主筋與頂縱梁、邊拱預(yù)留接駁器連接；⑧澆筑洞間扣拱混凝土，與頂縱梁、邊拱相連形成連通的頂部拱形結(jié)構(gòu)。

4 結(jié) 語(yǔ)

中國(guó)水利水電第四工程局有限公司承建的哈爾濱地鐵2號(hào)線(xiàn)省政府站工程，因車(chē)站處于中山路(雙向十車(chē)道)主干道下，周?chē)鸀楹邶埥∪嗣裾?、黑龍江省?guó)家安全廳、風(fēng)華中學(xué)和小學(xué)，交通非常繁忙，不具備明挖蓋挖條件，被設(shè)計(jì)為暗挖雙層島式車(chē)站。由于富水砂層及寒區(qū)條件，對(duì)暗挖車(chē)站的防水效果要求極高，滲漏結(jié)冰凍漲直接導(dǎo)致車(chē)站主體結(jié)構(gòu)破壞，縮短其耐久性，同時(shí)還影響運(yùn)營(yíng)環(huán)境。本工程開(kāi)發(fā)的“隔一拆二”技術(shù)和拱頂施工縫防水層接茬保護(hù)技術(shù)，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用其防水效果良好，無(wú)滲漏現(xiàn)象發(fā)生，滿(mǎn)足了地鐵車(chē)站一級(jí)防水的要求，為今后類(lèi)似工程提供了技術(shù)支撐。