地鐵車站“先隧后站”施工關(guān)鍵技術(shù)

葉永茂

摘要：某市地鐵5號(hào)線MX路站為明挖車站，設(shè)計(jì)為XL路站～MX路站盾構(gòu)區(qū)間的接收站，受拆遷影響，主體結(jié)構(gòu)施工滯后一年，影響全線洞通關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，車站主體結(jié)構(gòu)施工不能一次完成，再進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)接收的常規(guī)施工方法。為此，采用先隧后站工法，在確保盾構(gòu)隧道按計(jì)劃貫通的基礎(chǔ)上，對(duì)隧道結(jié)構(gòu)加固、壓重及優(yōu)化開挖工藝等方式，解決成型隧道上方基坑施工易造成的隧道結(jié)構(gòu)變形及基坑失穩(wěn)問(wèn)題，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)和施工控制，保證車站基坑安全。

關(guān)鍵詞：地鐵車站;先隧后站;盾構(gòu)接收

引言

在目前國(guó)內(nèi)地鐵建設(shè)中，盾構(gòu)法是重要的區(qū)間隧道施工方法。盾構(gòu)區(qū)間隧道一般與車站結(jié)構(gòu)進(jìn)行正線節(jié)點(diǎn)對(duì)接，在平面投影上互不重合，這樣可以允許車站與區(qū)間并行施工而不互相干擾。但地鐵作為城市發(fā)展中心區(qū)和住宅、商業(yè)、教育等密集區(qū)實(shí)施的長(zhǎng)大線性工程，往往會(huì)受到各種不可控因素影響，造成部分區(qū)間、車站施工進(jìn)度出現(xiàn)不同程度的不均衡情況，從而使地鐵車站無(wú)法按工期要求提供區(qū)間盾構(gòu)接收條件。某市地鐵5號(hào)線MX路站及XL路站～MX路站區(qū)間施工較為典型，車站西端需拆除一棟八層辦公大樓，拆遷進(jìn)度滯后一年多，車站西端結(jié)構(gòu)無(wú)法在區(qū)間盾構(gòu)機(jī)到達(dá)前完成施工，為保證工期目標(biāo)且維持原車站設(shè)計(jì)使用功能，優(yōu)化調(diào)整車站內(nèi)部功能用房布局，將車站主體結(jié)構(gòu)分兩期實(shí)施，一期基坑不受拆遷影響的部分先期完工，保證盾構(gòu)按時(shí)接收，二期基坑待辦公樓拆除、區(qū)間隧道貫通后實(shí)施，即采用“先隧后站”施工方法。

1 ?工程概況

1.1工程簡(jiǎn)介

MX路站位于明秀東路與友愛路交叉口東北象限地塊內(nèi)，呈東西向布置，與2號(hào)線通道換乘。為島式站臺(tái)車站。共設(shè)6個(gè)出入口、3組風(fēng)亭。車站主體結(jié)構(gòu)外包總長(zhǎng)204m，標(biāo)準(zhǔn)段寬31.5m，結(jié)構(gòu)高度21.78m。車站頂板覆土厚約3.0m?；硬捎妹魍陧樦ㄊ┕ぃ黄谲囌窘Y(jié)構(gòu)為地下三層，長(zhǎng)151m，二期車站主體結(jié)構(gòu)為地下兩層、局部地下一層車站結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)度為53m。

其中一、二期基坑采用800mm厚落地式止水帷幕地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐的圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案，二期開挖最大深度17.1m。二期基坑與秀～明區(qū)間左線重合長(zhǎng)度為53m，與右線重合長(zhǎng)度為37m，基底與右線隧道距離最小處位于換乘通道接口處，最小凈距僅1.28m，左線盾構(gòu)隧道距離基坑底約2.28m。盾構(gòu)機(jī)先磨穿車站二期基坑兩道地連墻，進(jìn)入一期基坑完成接收后，在成型隧道上方施工二期基坑進(jìn)行開挖和二期車站主體結(jié)構(gòu)施工。

1.2地質(zhì)情況

車站二期基坑開挖范圍內(nèi)交叉分布粉質(zhì)黏土、粉土、圓礫，基坑底板主要位于圓礫層中，層厚1.4-9.9m，圓礫層以礫石為主，少部分卵石，粒徑2-20mm，顆粒平均含量約為48.5%，粒徑大于20mm顆粒平均含量為37.7%，最大粒徑約為60mm，粒間充填中、粗砂。盾構(gòu)隧道大部分位于泥巖及粉砂巖地層，拱頂少量位于圓礫層。

1.3水文條件

根據(jù)鉆探揭露，基坑在開挖范圍9.00～10.50m內(nèi)為上層滯水及松散巖孔隙類水，10.50～17.10m為承壓水，基底位于圓礫地層中，承壓水頭高約6.60m，與邕江水位有水力梯度聯(lián)系，受上部相對(duì)隔水層底面起伏影響，局部地段承壓水頭較小。

2 ?先隧后站法施工特點(diǎn)及難點(diǎn)

2.1工程水文地質(zhì)條件差，明挖深基坑施工風(fēng)險(xiǎn)高

基坑開挖場(chǎng)地處于邕江低階地亞區(qū)，富含松散巖類孔隙水的礫卵石層厚度大，在工程施工降水時(shí)容易引起地面沉降等不良地質(zhì)作用。場(chǎng)區(qū)內(nèi)地下水水位高，水位埋深為9.00～10.50m，且分布最廣的圓礫層屬于強(qiáng)透水層，降水難度大，深基坑開挖施工風(fēng)險(xiǎn)高。

2.2“先隧后站”法施工類似工程參照較少

“先隧后站”地鐵車站明挖法施工在國(guó)內(nèi)鮮有可借鑒的工程實(shí)例，基坑開挖過(guò)程中，由于隧道上方土體逐漸卸載引起應(yīng)力釋放，隧道周圍一定范圍內(nèi)的土體在基坑開挖過(guò)程中易產(chǎn)生不可忽視的回彈變形，并帶動(dòng)成型地鐵隧道產(chǎn)生包含隧道自身結(jié)構(gòu)變形及隧道縱向回彈位移的復(fù)合變形，兩類變形相互疊加，不易區(qū)分，通過(guò)數(shù)值模擬計(jì)算的結(jié)果精確度有待考證。如何采用有效措施以保證隧道變形在可控范圍之內(nèi)，是本工程的重難點(diǎn)。

3 ? “先隧后站”關(guān)鍵技術(shù)措施

3.1施工工藝流程

地下連續(xù)墻、旋噴樁施工→盾構(gòu)穿越基坑并完成接收→區(qū)間加固→基坑降水→冠梁、第一道支撐施工→第一層土方開挖→第二道支撐施工→隧道壓重措施作業(yè)→繼續(xù)開挖至基坑底，施工抗浮梁、墊層、防水及主體結(jié)構(gòu)→底板注漿。

3.2既有隧道保護(hù)措施設(shè)計(jì)及驗(yàn)算

考慮到基底距離隧道頂?shù)木嚯x僅1.28-2.28m，直接開挖卸載對(duì)隧道安全影響大，極易造成隧道較大上浮變形，采用如下措施：（1）盾構(gòu)穿越前對(duì)二期基坑底板以下隧道斷面位置進(jìn)行旋噴樁加固;（2）打設(shè)降水井，在隧道兩側(cè)布設(shè)4口降水井疏干井，水位降隧底1m以下;（3）基坑土方開挖至第二道混凝支撐時(shí)，在隧道內(nèi)安裝環(huán)向安裝型鋼鋼架加強(qiáng)隧道剛度，設(shè)置縱向槽鋼拉緊，提高隧道整體性;（4）按設(shè)計(jì)要求隧道內(nèi)底部堆載鋼軌+砂壓重;（5）對(duì)二期基坑采取縱向分段、橫向分層拉槽開挖的方式減小基坑土體分段施工長(zhǎng)度，每段施工長(zhǎng)度控制在12～13m，加快底板的施工進(jìn)度，盡早完成底板封閉;（6）基坑底板下布置8根抗拔樁，結(jié)構(gòu)底板施做前在隧道垂直方向增加兩道抗浮梁與抗拔樁固結(jié)，進(jìn)一步限制隧道上浮變形;（7）二期主體結(jié)構(gòu)底板強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，從底板注漿孔向底板下注漿。（8）對(duì)隧道結(jié)構(gòu)、基坑周邊管線進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)，信息化指導(dǎo)施工。

采用MIDAS GTS有限元計(jì)算軟件進(jìn)行模擬，地層、隧道內(nèi)壓重采用實(shí)體單元，圍護(hù)結(jié)構(gòu)連續(xù)墻、盾構(gòu)管片采用二維板單元，基坑內(nèi)支撐采用梁?jiǎn)卧B續(xù)墻、內(nèi)支撐、管片等結(jié)構(gòu)采用彈性模型，土層采用彈塑性模型，土層破壞準(zhǔn)則采用修正摩爾-庫(kù)倫破壞準(zhǔn)則，各層土數(shù)值計(jì)算回彈模量取彈性模量的1.5倍，分別模擬開挖至第一道支撐下0.5m，第二道支撐下0.5m及開挖到底三種工況進(jìn)行驗(yàn)算。

分析可得，由于基坑外側(cè)主動(dòng)土壓力較小，同時(shí)基坑采用兩道混凝土支撐+鋼支撐支護(hù)體系，基坑變形控制較好，又因連續(xù)墻隔水素墻段較長(zhǎng)，基底非軟弱土層，基坑側(cè)向變形引起的坑邊土體變形、隆起較小，基坑隆起主因?yàn)殚_挖引起的卸載回彈，由于開挖跨度及深度較大，開挖卸載引起基坑中部的回彈量大于基坑邊，單層段基坑基坑最大回彈量約10mm，雙層段基坑中部最大回彈量約14.1mm，基坑邊最大回彈量約7.7mm，采用隧道內(nèi)壓重措施后，左線隧道拱頂拱頂最大豎向位移分別8.5mm、5.2mm，右線隧道拱頂拱頂最大豎向位移分別為7.3mm、3.3mm。

3.3隧道縱向拉緊、橫向型鋼門架加固

為加強(qiáng)管片整體性，避免管片出現(xiàn)不均勻沉降從而引起管片錯(cuò)臺(tái)開裂，采用I20b型鋼作為骨架，在隧道內(nèi)每?jī)森h(huán)設(shè)置一榀臨時(shí)型鋼框架，架設(shè)范圍為基坑投影下方范圍內(nèi)的隧道，左右線共40環(huán)管片，沿隧道斷面八分點(diǎn)位，縱向設(shè)置八道 [14b聯(lián)系桿，通過(guò)焊接耳板與隧道管片螺栓固定，并與鋼框架支桿進(jìn)行焊接。增強(qiáng)隧道縱向及環(huán)向超靜定約束數(shù)量，保障圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工及基坑開挖時(shí)隧道的整體性。

3.4旋噴樁加固及拱頂二次注漿

為加強(qiáng)周圍土體穩(wěn)定性，增大對(duì)隧道整體握裹力，減少開挖期間隧道上浮，對(duì)結(jié)構(gòu)底板至隧道底范圍進(jìn)行旋噴樁加固。隧道正線投影中線外側(cè)各5m為邊界，采用樁徑Φ600@500雙管高壓旋噴樁密排加固，相互咬合100mm;注漿采用42.5級(jí)以上的普通硅酸鹽水泥，水灰比0.8：1～1.5：1，注漿壓力控制不小于20Mpa;旋噴管提升速度為10～25cm/min，旋轉(zhuǎn)速度10～20r/min。施工完畢后應(yīng)對(duì)加固體進(jìn)行抽芯檢驗(yàn)，加固后的地基具有良好的均勻性和自立性，其無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于1.0Mpa。

3.5隧道壓重

采取鋼軌、砂袋等物資進(jìn)行隧道壓重抗浮，壓重堆載避開隧底測(cè)點(diǎn)位置，設(shè)計(jì)壓重22.5t/m。在隧道內(nèi)下層堆載5層P50鋼軌，上層堆載砂袋，高度2.7m。壓載配重根據(jù)基坑開挖深度及監(jiān)測(cè)情況逐步調(diào)整，按照15 t/m最小壓重要求，根據(jù)土方開挖進(jìn)度直至增加壓重到22.5t/m，滿足隧道允許變形要求。

3.6開挖保證措施

為保持地鐵隧道的圍壓平衡，保護(hù)隧道的安全，結(jié)合坑內(nèi)土體加固，充分考慮基坑開挖時(shí)空效應(yīng)，遵循“縱向分段、豎向分層、中部拉槽、側(cè)向擴(kuò)邊、先撐后挖、隨挖隨撐”的原則進(jìn)行開挖與支護(hù)。二期基坑縱向分三段，橫向分四部開挖，自上而下開挖順序?yàn)椋河苫觾啥讼蛑虚g分層分段臺(tái)階式后退挖土，分臺(tái)階配合支撐安裝，因計(jì)算得出基坑中部地層回彈變形量最大，特設(shè)置“中拉槽”試驗(yàn)段，先施工橫向抗浮梁，對(duì)基坑變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)無(wú)異常方可組織后續(xù)區(qū)塊土方開挖，進(jìn)行底板墊層砼施工，并依次完成底板鋼筋綁扎、模板安裝及砼澆筑養(yǎng)護(hù)工作。

4 實(shí)施效果分析

2020年8月5日二期基坑主體結(jié)構(gòu)封頂，根據(jù)施工監(jiān)測(cè)，基坑內(nèi)部、周邊土體、圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形較小，隧道底部上浮變形最大為6mm，既有隧道管片未出現(xiàn)新裂縫、錯(cuò)臺(tái)及接縫張開等問(wèn)題。采用本施工工藝安全質(zhì)量可控，既保證了隧道洞目標(biāo)，又實(shí)現(xiàn)了車站總體施工進(jìn)度。解決了受外部條件影響車站工期滯后、盾構(gòu)接收前車站必須開挖完成并提供接收條件的難題，降低關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)工期不能按期實(shí)現(xiàn)施工風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)無(wú)法提供常規(guī)盾構(gòu)接收條件的地鐵車站施工具有代表意義，給其他相類似工程應(yīng)用也具有明顯的指導(dǎo)意義。

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