波紋鋼板替代傳統(tǒng)鋼格柵混凝土施工在地鐵豎井初期支護(hù)中的應(yīng)用

賈喜濤 趙克生 孟學(xué)仲 孫守元 劉 森 尹明陽

1. 中鐵北京工程局集團(tuán)有限公司 北京 100089；

2. 北京市軌道交通建設(shè)管理有限公司 北京 100068

1 概述

北京地區(qū)首次在地鐵施工過程中，使用波紋鋼板，以橢圓形的形式進(jìn)行豎井初期支護(hù)。波紋鋼板采用螺栓進(jìn)行連接，施工過程無需噴射干拌混凝土、不使用電焊等，不對空氣質(zhì)量產(chǎn)生影響，采用螺栓連接的方式可方便施工任務(wù)完成后的波紋鋼板拆除工作，對波紋鋼板、槽鋼、工字鋼等原材料進(jìn)行回收利用，同傳統(tǒng)的豎井及橫通道初期支護(hù)的方式相比，該支護(hù)方式大大節(jié)約了施工成本和施工工期，且能滿足當(dāng)下北京地區(qū)的環(huán)保要求[1-2]。

2 工程概況

北京某地鐵車站為地下2層島式站臺，總長241 m，采用“樁-梁-拱”（PBA）工法施工，共設(shè)置4座施工豎井和橫通道，兩端接礦山法區(qū)間。1號施工豎井和橫通道位于車站北端頭，臨時占用一塊綠地，水平距離某4層平房14.86 m。豎井采用倒掛井壁法施工，井口凈空尺寸為5.1 m×9.6 m（其中鎖口圈梁尺寸為2.0 m×0.8 m）深約30.46 m；由厚7 mm的200 mm×55 mm波紋鋼板、200 mm×200 mm的H型鋼立柱、140 mm×140 mm方鋼環(huán)腰梁、小導(dǎo)管組成支護(hù)體系，井內(nèi)設(shè)置25a#工字鋼臨時支撐，井底采用型鋼與模筑混凝土對其封底（圖1）。

圖1 波紋鋼板支護(hù)體系示意

3 波紋鋼板加工運輸

波紋鋼板加工之前由施工單位組織建設(shè)單位、監(jiān)理單位、設(shè)計單位共同去加工廠家考察，考察合格之后進(jìn)行波紋鋼板的首件加工。首件加工完成后運輸至施工場地進(jìn)行拼裝，根據(jù)《北京軌道交通建設(shè)工程首件驗收管理辦法》，由四方單位進(jìn)行首件驗收，驗收過程總結(jié)加工存在的瑕疵以及下一步加工需要改正的地方。驗收合格后陸續(xù)大批量的加工生產(chǎn)，在大批量加工生產(chǎn)過程中施工單位派專人駐廠把控質(zhì)量，根據(jù)施工進(jìn)展陸續(xù)發(fā)送至施工場地，并安排人員收貨。

4 施工工藝

4.1 研究背景

我國最早應(yīng)用波紋鋼板是在20世紀(jì)50年代前后，從20世紀(jì)末開始對波紋鋼板進(jìn)行應(yīng)用研究，主要集中在公路工程施工方案的優(yōu)化方面，在軌道交通方面還沒有形成系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)。目前我國城市地鐵豎井初支體系建設(shè)仍然相對落后，鋼筋、混凝土用料浪費嚴(yán)重，施工水平參差不齊，且現(xiàn)在環(huán)保問題非常突出，所以拼裝式波紋鋼板在地鐵施工豎井和橫通道襯砌的應(yīng)用將是我國城市發(fā)展中必不可少的過程。

4.2 關(guān)鍵性技術(shù)研究

1）在豎井內(nèi)使用裝配式波紋鋼板、環(huán)腰梁、H型鋼進(jìn)行初期支護(hù)，同時進(jìn)行背后回填注漿，實現(xiàn)無粉塵施工。

2）對施工工效（土方開挖時間、波紋鋼板吊裝時間、波紋鋼板安裝時間、注漿量等）進(jìn)行統(tǒng)計，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，與傳統(tǒng)工藝相比能減少施工時間。

3）通過試驗數(shù)據(jù)對比分析，確定土體的穩(wěn)定性及波紋鋼板的收斂情況，進(jìn)一步優(yōu)化注漿配比和施作方法，確保地層沉降穩(wěn)定可控。

4.3 波紋鋼板安裝

1）開挖豎井口圈梁基坑，地面小導(dǎo)管注漿加固鎖口圈梁下地層，鋼筋綁扎（預(yù)埋必要的預(yù)埋件）、支模（采用波紋鋼板兼擋水墻）、澆筑鎖口圈梁。

2）鎖口圈梁達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后，向下開挖土體，每步向下開挖進(jìn)尺同波紋鋼板高度，拼裝波紋鋼板、立柱、縱向連接、打設(shè)鎖腳錨管及架設(shè)型鋼支撐，開挖至試驗段底部臨時封底（同永久封底做法），組織相應(yīng)驗收、專家咨詢會及工作總結(jié)。

3）根據(jù)試驗段總結(jié)優(yōu)化后的參數(shù)，繼續(xù)按要求向下開挖土方，循環(huán)工序施作。當(dāng)開挖至每一層橫通道下方1.5 m時進(jìn)行臨時封底，施作橫通道超前措施，并施作橫通道范圍內(nèi)加強(qiáng)環(huán)梁，接著開橫通道馬頭門，錯開步距開挖。

4）按設(shè)計要求步距繼續(xù)向下開挖土方，并永久封底，循環(huán)施作同樣工序，橫通道范圍內(nèi)施作雙拼加強(qiáng)環(huán)梁，采用波紋鋼板＋方鋼進(jìn)行封堵；開挖第3層橫通道。

4.4 現(xiàn)場質(zhì)量控制要求

1）土方開挖：根據(jù)測量放線定位嚴(yán)格控制土方超欠挖，允許誤差在±30 mm，每一段土方開挖完成后都根據(jù)測量定位進(jìn)行校核。

2）波紋鋼板：首先主抓生產(chǎn)質(zhì)量，波紋鋼板厚度下限允許偏差0 mm，波距允許偏差±3 mm，波深允許偏差±3 mm，內(nèi)徑允許偏差±5%，矢高允許偏差±10 mm，法蘭盤端面對波紋鋼板的垂直度允許偏差2%，螺栓孔中心距允許偏差±0.5 mm，對于不滿足精度要求的波紋鋼板，施工現(xiàn)場不允許使用；其次就是施工過程中安裝質(zhì)量的把控，具體要求為平面位置允許偏差±10 mm，高程允許偏差±10 mm，垂直度允許偏差3%。

3）每開挖2環(huán)就進(jìn)行水泥砂漿背后回填，波紋鋼板與背后土體之間的密實度是關(guān)鍵技術(shù)之一 ，其比例采用1∶1，根據(jù)現(xiàn)場實際情況可以按照比例添加速凝劑加快凝固時間，注漿壓力采用0.1 MPa，多次注漿。

4.5 信息反饋

采用由波紋鋼板、H型鋼立柱、方鋼環(huán)腰梁、小導(dǎo)管組成的支護(hù)體系反映是否安全，通過地表沉降、凈空收斂、土壓力、軸力、應(yīng)變等監(jiān)控量測數(shù)據(jù)來反饋信息，以此來指導(dǎo)施工。

經(jīng)數(shù)據(jù)監(jiān)測分析統(tǒng)計，豎井波紋鋼板應(yīng)變力、土壓力、軸力皆在允許變化范圍內(nèi)，豎井處于安全可控狀態(tài)。

4.6 優(yōu)勢的存在

1）同常規(guī)豎井格柵安裝相比，采用波紋鋼板安裝時間短，可有效提高施工進(jìn)度。

2）采用波紋鋼板無需噴射混凝土和無需焊接作業(yè)，無煙塵作業(yè)環(huán)境良好，職業(yè)健康有保障。

3）施工控制精度高，累計誤差減小，外表整齊美觀。

綜合來看，采用波紋鋼板作為地鐵初期支護(hù)的工藝，開挖及安裝一循環(huán)需要花費7.5 h，比常規(guī)豎井支護(hù)一循環(huán)工效節(jié)約2.5 h。

5 結(jié)語

經(jīng)施工實踐經(jīng)驗證明，使用波紋鋼板進(jìn)行地鐵豎井初期支護(hù)有以下優(yōu)點：

1）安全可靠——通過監(jiān)測數(shù)據(jù)表明豎井無收斂現(xiàn)象，且沉降數(shù)據(jù)正常。

2）安裝快捷，減少施工工序。

3）回收性強(qiáng)——豎井后期回填時可分段拆除，可重復(fù)回收利用。

4）對環(huán)境影響小，環(huán)保性好，可實現(xiàn)綠色施工。