淺談降水導(dǎo)洞在地鐵車站暗挖中的應(yīng)用

(中鐵十八局集團有限公司市政工程有限公司，北京 100032)

1 概 述

目前，在軌道交通工程地鐵暗挖車站施工中，常規(guī)做法為在車站結(jié)構(gòu)外側(cè)采用地面封閉管井降水井，車站端頭地面采用延長式布井降水施工。北京地鐵19號線由于牛街站西側(cè)新增永久規(guī)劃的φ1500電力管溝及管井，占據(jù)車站降水井施作路線，無法施作降水井，故在車站西側(cè)增設(shè)降水導(dǎo)洞，采用洞內(nèi)降水方式有效保證車站降水施工的方案，用降水導(dǎo)洞降水代替地面降水井降水。通過本文闡述，為北京類似工程中更廣泛的應(yīng)用，提供實踐經(jīng)驗和技術(shù)支持，為控制類似工程投資、提高工程進(jìn)度和控制施工安全風(fēng)險，提供工程實踐經(jīng)驗和理論依據(jù)。

2 牛街站工程概況

北京地鐵19號線工程牛街站為19號線一期工程的一座中間站，位于牛街、長椿街和廣安門內(nèi)大街交匯處北側(cè)，沿長椿街南北向設(shè)置。該站為島式站臺，有效站臺寬度14m，車站總長239m，標(biāo)準(zhǔn)段寬23.3m、高23.49m，車站有效站臺中心位置軌頂標(biāo)高17.502m，覆土約9.6m，底板埋深32.7m，采用地下三層雙柱三跨結(jié)構(gòu)型式，共設(shè)置4個出入口、2個風(fēng)道及2個安全出口。車站主體采用洞樁法施工。車站共設(shè)置2座施工豎井、3座施工橫通道。該項目綜合考慮采用降水導(dǎo)洞施工。降水導(dǎo)洞全長約302m，導(dǎo)洞底位于水位以上1.3m。為保證車站降水施工能按期進(jìn)行，由車站現(xiàn)有3號和2-A號橫通道第4層封端處向西各施作施工通道一座，為降水導(dǎo)洞提供施工作業(yè)面。新增施工通道斷面尺寸4.6m×4.85m，全長31m，采用臺階法施工。

3 施工方案的選定

3.1 可供選擇的施工方案

地鐵施工常用降水方法有集水坑降水、截滲幕墻、輕型井點、管井井點、噴射井點、電滲井點、深井井點等方法，根據(jù)牛街站勘察資料、地下水影響分析、現(xiàn)場施工場地條件、地下管線情況、周邊建(構(gòu))筑物影響等多方面因素分析，結(jié)合土建工籌安排，由于單獨豎井為點降水且涌水量較大，降水難度較大，因此，豎井地面降水井及車站東側(cè)地面降水井需同期施工以保證豎井的順利施工。根據(jù)牛街站施工工籌安排施工西側(cè)降水井和附屬結(jié)構(gòu)降水井采用封閉管井降水的方案，車站端頭采用延長式布井方案。

3.2 施工方案的對比與選定

一般暗挖車站均采用封閉管井降水施工，井位施放時井中心距離擬建結(jié)構(gòu)外輪廓不小于2.5m，特殊情況不小于1m，并且要告知結(jié)構(gòu)施工方后由專業(yè)測量人員施放井位查看是否存在地下管線等地下建(構(gòu))筑物，監(jiān)理組織驗收確認(rèn)無誤后，開始鑿井施工，降水井總量不得減少，以集水管或單井直排方式排水，采用井口及排水管線暗埋于地下的排水方式，以滿足地鐵施工場地和城市環(huán)境的要求。牛街站周邊重要建筑物眾多，地下管線多且分布復(fù)雜，在降水影響范圍內(nèi)，為了保證降水工程的順利實施，對周邊建筑不造成危害性影響，確保地鐵降水施工期間周邊環(huán)境的安全，故采取降水導(dǎo)洞施工降水井技術(shù)，以確保降水井施作質(zhì)量，克服降水井不按圖施工、有效避開高大建筑物和管線困擾難題，在保證安全的前提下，達(dá)到提前完成進(jìn)度、節(jié)約成本的效果。經(jīng)過工程現(xiàn)場施工條件分析與節(jié)點工期分析比較，確定采用降水導(dǎo)洞施工降水工藝。

4 暗挖車站降水施工簡介及準(zhǔn)備

4.1 車站降水導(dǎo)洞設(shè)計簡介

該降水導(dǎo)洞凈空尺寸3.5m×4.5m，由車站南端繞至東側(cè)拆遷地塊范圍內(nèi)，在1號風(fēng)井南側(cè)設(shè)置一座降水導(dǎo)洞施工豎井，該豎井凈空尺寸4m×6m，井深24.8m。該降水導(dǎo)洞全長約302m，導(dǎo)洞底位于水位以上1.3m。為保證車站降水施工能按期進(jìn)行，由車站3號和2-A號橫通道第4層封端處向西各施作施工通道一座，為降水導(dǎo)洞提供施工作業(yè)面。新增施工通道斷面尺寸4.60m×4.85m，全長31m，采用臺階法施工。該降水導(dǎo)洞沿線垂直下穿φ1000污水管、φ1000雨水管、φ600上水管、3.7m×3.47m熱力管、2m×2m電力方溝等多條市政管線，平行下穿φ1550電力管，同時旁穿宣武醫(yī)院3棟辦公樓，水平最近距離2.16m，施工過程中采取措施確保管線及既有建筑安全。牛街站新增降水導(dǎo)洞施工周邊環(huán)境見圖1，牛街站新增降水導(dǎo)洞結(jié)構(gòu)平面布置見圖2，降水導(dǎo)洞豎井橫通道結(jié)構(gòu)剖面見圖3、圖4，新增降水導(dǎo)洞施工通道剖面見圖5。

圖1 牛街站新增降水導(dǎo)洞施工周邊環(huán)境示意圖

圖2 牛街站新增降水導(dǎo)洞結(jié)構(gòu)平面布置圖

圖3 牛街站降水導(dǎo)洞豎井及橫通道結(jié)構(gòu)剖面圖(單位：mm)

圖4 牛街站降水導(dǎo)洞豎井新增施工通道結(jié)構(gòu)剖面圖(單位：mm)

圖5 新增降水導(dǎo)洞施工通道剖面圖(單位：mm)

4.2 水文地質(zhì)條件

通過收集的資料和勘察測得的地下水位分析，在65m深度范圍內(nèi)揭露1層地下水，地下水為潛水，根據(jù)總體組要求，全線統(tǒng)一水層編號，水層號為潛水層，賦存于⑦層卵石及以下卵石、砂層中。該層水補給來源主要為大氣降水和側(cè)向徑流補給，以側(cè)向徑流和向下越流方式排泄。

4.3 降水設(shè)計參數(shù)

依照排水量計算分析結(jié)果和降水方案進(jìn)行降水設(shè)計，地面可施作的降水設(shè)計參數(shù)見表1。井深由地面施作42m變?yōu)槎磧?nèi)施作20m。

表1 牛街站降水設(shè)計參數(shù)

4.4 降水引起的地層變形計算

計算公式為

經(jīng)計算，車站降水引起的地層沉降最大為6.2mm。為進(jìn)一步保證建構(gòu)筑物的安全，減小觀測誤差，變形監(jiān)測應(yīng)采用同一基點；對共同的監(jiān)測目標(biāo)，測點布設(shè)數(shù)量及位置應(yīng)與總承包單位及第三方監(jiān)測單位保持一致。由于降水施工單位對于管線監(jiān)測技術(shù)有限，對管線沉降監(jiān)測可借助第三方或是總包單位監(jiān)測點，進(jìn)行聯(lián)測。

5 降水導(dǎo)洞施工方法

新增豎井橫通道開挖斷面寬4.60m、高4.85～6.60m，降水導(dǎo)洞開挖斷面寬4.60m、高4.85～6.60m，均采用臺階法留核心土施工，開挖間歇時間較長時，采用10cm厚網(wǎng)噴混凝土封閉掌子面。降水導(dǎo)洞通道及新增施工通道拱部采用DN32、厚2.75mm、長2m小導(dǎo)管超前支護，注漿漿液采用水泥—水玻璃雙液漿，注漿終壓0.5MPa。降水導(dǎo)洞施工豎井側(cè)壁破洞開挖降水導(dǎo)洞通道時先施工拱頂超前小導(dǎo)管，對地層預(yù)注漿加固，并將拱部小導(dǎo)管外露部位內(nèi)、外側(cè)分別加焊2根25mm螺紋鋼筋，綁扎成加強梁鋼筋框架，然后噴射C25混凝土形成開口前加強環(huán)梁，開馬頭門密排三榀格柵鋼架，降水導(dǎo)洞通道開挖截斷的降水導(dǎo)洞施工豎井格柵與降水導(dǎo)洞通道格柵鋼架(或臨時支撐)連接牢固。

5.1 導(dǎo)洞拱部超前注漿

降水導(dǎo)洞除穿越風(fēng)險源范圍外，拱部均需要選用DN32、2.75mm厚焊接鋼管，管長2m，在拱部120°范圍內(nèi)布設(shè)，環(huán)向間距0.3m，水平傾角10°～15°。超前小導(dǎo)管注漿加固，沿導(dǎo)洞縱向每榀打設(shè)注漿孔，注漿材料選用1∶1水泥單液漿，注漿壓力終壓不超過0.5MPa，加固半徑不得小于0.25m，小導(dǎo)管前段加工成錐形，尾部長度不小于300mm，管壁每隔100～200mm梅花形布置鉆眼，眼孔直徑6～8mm(見圖6)。

圖6 小導(dǎo)管構(gòu)造示意圖

5.2 馬頭門施工

馬頭門加強環(huán)梁完成，待降水導(dǎo)洞施工豎井變形穩(wěn)定后開始破除降水導(dǎo)洞通道上臺階范圍內(nèi)的混凝土，割除該范圍內(nèi)的格柵鋼架、連接筋以及豎井的角撐，然后架立格柵鋼架，采用“L”形鋼筋，將首榀降水導(dǎo)洞拱部格柵與施工豎井格柵連接牢固。降水導(dǎo)洞通道馬頭門破除完成后，先開挖上臺階土體并留置核心土，臺階長度達(dá)到3～5m時，方可破除下臺階進(jìn)洞開挖，開挖過程中始終保持臺階長度達(dá)到3～5m。開挖的土方經(jīng)電動三輪車運輸至豎井內(nèi)，由抓斗提升至地面土倉內(nèi)(見圖7、圖8)。

圖7 降水導(dǎo)洞通道土方開挖剖面圖

圖8 降水導(dǎo)洞土方開挖示意圖

6 結(jié) 語

通過本文的研究，有效根據(jù)周邊環(huán)境、地質(zhì)條件、降水井設(shè)計及施工情況、開挖過程中水量方向等,制定了以洞內(nèi)降水為主的思路,通過增設(shè)降水導(dǎo)洞迂回施工,避開含水地層,導(dǎo)洞內(nèi)施工降水井等關(guān)鍵技術(shù),最終達(dá)到預(yù)期降水效果,對類似工程有一定的借鑒作用。從降水導(dǎo)洞施工到竣工，僅用了72天,比傳統(tǒng)地面降水節(jié)約工期12天；且有效保證工程下道工序施工提供便利,值得類似工程借鑒。