蘭州地區(qū)地鐵車站“先隧后站”設(shè)計(jì)施工技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)及措施

張盈

中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司 北京 100055

1 “先隧后站”概述

“先隧后站”是指先施工車站相臨區(qū)間，再施工車站。在車站暫時(shí)無法施工的特殊情況下，為保證工程順利實(shí)施，“先隧后站”較常規(guī)“先站后隧”工法存在一定優(yōu)勢[1]。

但是“先隧后站”由于車站加寬、車站范圍增設(shè)盾構(gòu)管片及施工順序的特殊性，導(dǎo)致了造價(jià)對比“先站后隧”方案高，同時(shí)也存在一定的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。

2 工程概況

雁南路站為蘭州軌道交通2號線一期工程中間車站，車站全長182m，標(biāo)準(zhǔn)段寬20.1m，總高14.77m，為地下二層單柱雙跨箱型結(jié)構(gòu)，頂板覆土厚度約3.0m。車站標(biāo)準(zhǔn)段基坑深約16.6m，盾構(gòu)擴(kuò)大處基坑深約17.8m，車站采用明挖順做法施工，盾構(gòu)從大里程向小里程方向推進(jìn)。

車站場地地貌單元屬黃河河漫灘，沿線地形平坦，場地地層自上而下依次由第四系全新統(tǒng)人工填土、粉土、粉細(xì)砂、卵石、強(qiáng)風(fēng)化砂巖及中風(fēng)化砂巖等構(gòu)成，車站場地地下水類型為潛水，抗浮水位約地面以下6m。

圖1 雁南路站總平面圖

車站施工期間需要對沿街的商鋪及部分建筑進(jìn)行拆遷，由于征地進(jìn)展緩慢車站一直未施工，加之小里程區(qū)間盾構(gòu)左線侵入車站范圍等原因，導(dǎo)致原車站盾構(gòu)過站方案已無法實(shí)施。雁南路站最終采用“盾構(gòu)先行掘進(jìn)過站，同步施工車站”的方案，除左線已侵入車站范圍內(nèi)圍護(hù)樁，其它三處接駁位置均施工圍護(hù)樁后再行穿越。

3 車站設(shè)計(jì)施工風(fēng)險(xiǎn)

3.1 地下水處理

車站地下二層進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化砂巖約2.3～5.5m，詳見圖2。由于蘭州地區(qū)強(qiáng)風(fēng)化砂泥巖特殊性質(zhì)，該巖層降水困難，注漿效果不好，不經(jīng)擾動(dòng)時(shí)強(qiáng)度較高，但遇水易軟化崩解，變成泥狀，對工程施工十分危險(xiǎn)，因此基坑范圍內(nèi)水處理非常關(guān)鍵。

圖2 車站北端頭地質(zhì)情況及進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化砂巖剖面圖

針對此問題，車站采用“基坑外管井降水+咬合樁止水帷幕+坑內(nèi)降水”方案。管井降水將基坑內(nèi)外水位降至卵石層與強(qiáng)風(fēng)化砂泥巖交界處，坑內(nèi)采用真空輕型井點(diǎn)降水，將基坑內(nèi)水位降至坑底以下1m。

除基坑整體降止水，基坑在開挖過程中仍存在二處易涌水涌砂部位，容易忽視，分析如下：1、由于基坑內(nèi)水無法一次性降至基坑底，管片拆除過程中有可能存在基坑內(nèi)水流入兩側(cè)區(qū)間內(nèi)，為防止該情況發(fā)生，區(qū)間還需要采取排、止水措施。2、端頭先打樁處區(qū)間隧道管片與車站端頭圍護(hù)樁間會產(chǎn)生環(huán)形間隙，為防止地下水通過管片環(huán)形空隙流入基坑，盾構(gòu)區(qū)間沿車站范圍外6環(huán)、車站范圍內(nèi)2環(huán)縱向進(jìn)行1.5m洞內(nèi)徑向注漿，從而達(dá)到加固地層、填充管片與盾構(gòu)機(jī)間空隙，防止管涌、基坑失穩(wěn)作用。

3.2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)

非盾構(gòu)穿越段采用φ800@1200mm咬合樁＋三道內(nèi)支撐，做法與常規(guī)車站相同，圍護(hù)樁視現(xiàn)場盾構(gòu)掘進(jìn)情況進(jìn)行施工?？紤]盾構(gòu)先行通過，導(dǎo)致擾動(dòng)過的地層圍護(hù)樁打設(shè)較困難，塌孔嚴(yán)重，樁偏離較大，因此車站圍護(hù)樁最好在盾構(gòu)掘進(jìn)前打設(shè)。如果盾構(gòu)掘進(jìn)后，再打設(shè)樁，圍護(hù)樁范圍需要進(jìn)行外擴(kuò)，雁南路站樁外擴(kuò)600mm，從現(xiàn)場情況看，仍有部分圍護(hù)樁侵限嚴(yán)重，因此總結(jié)根據(jù)地質(zhì)情況樁外擴(kuò)可再適當(dāng)加大。

3.2.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

盾構(gòu)穿越端頭采用φ1000@1400mm咬合樁＋三道內(nèi)支撐。常規(guī)“先隧后站”一般先施作車站端頭圍護(hù)樁，再通過區(qū)間隧道，但由于車站大里程左線盾構(gòu)機(jī)先行掘進(jìn)車站范圍內(nèi)，圍護(hù)樁已無預(yù)先打設(shè)條件，因此需盾構(gòu)穿越后進(jìn)行打設(shè)。剩余三處端頭圍護(hù)樁具備預(yù)先施作條件，需要先打設(shè)圍護(hù)樁再進(jìn)行穿越[2]。

大里程左線盾構(gòu)穿越端頭沒有圍護(hù)結(jié)構(gòu)，常見的“端頭吊腳樁+洞內(nèi)外注漿止水加固措施”方案后期無法形成封閉圍護(hù)結(jié)構(gòu)，降水和止水若處理不當(dāng)會導(dǎo)致基坑開挖過程中塌陷，并不適用蘭州地層。因此為保證端頭開挖安全，如何使車站基坑封閉是關(guān)鍵。

經(jīng)過國內(nèi)相似工程比選，結(jié)合本工程實(shí)際情況，最終采用硬咬合樁法+管片內(nèi)封堵墻”方案。具體方案為隧道范圍內(nèi)采用全回轉(zhuǎn)套管鉆機(jī)“咬合樁”鉆穿盾構(gòu)管片至設(shè)計(jì)深度，形成圍護(hù)樁閉合體系。為保證全回轉(zhuǎn)套管鉆機(jī)鉆穿盾構(gòu)時(shí)管片安全，盾構(gòu)隧道內(nèi)回填C10混凝土形成封堵墻，墻厚6m。

圖3 端頭咬合樁及管片內(nèi)封堵墻

圖4 全回轉(zhuǎn)套管鉆機(jī)

3.2.2 基坑支撐體系

“先隧后站”與“先站后隧”施工車站基坑及支撐體系有一定變化，主要變化在于：1）車站由于盾構(gòu)先行通過，基坑需加寬至少1.2m；2）盾構(gòu)管片拆除期間只能架設(shè)二道支撐，為保證基坑安全，第一道宜設(shè)為混凝土支撐；3）盾構(gòu)先行過站后對已施工端頭圍護(hù)樁進(jìn)行切割，破壞樁身完整性，影響基坑整體穩(wěn)定性。隨基坑開挖深度加深，在架設(shè)第二道支撐前，需保證被切割樁嵌固深度滿足計(jì)算要求，同時(shí)在拆除第二道支撐前保證中板已施作完成，否則基坑開挖過程中切割斷面圍護(hù)樁上層懸臂長度過大，容易導(dǎo)致圍護(hù)樁在開挖過程中受土壓力向站內(nèi)傾覆，存在基坑安全風(fēng)險(xiǎn)，具體詳見圖6。4）由于盾構(gòu)先行通過，車站與區(qū)間接口處無法架設(shè)鋼支撐，擴(kuò)大端支撐布置方式需時(shí)行局部調(diào)整，具體布置情況詳見圖7。

圖5 車站端頭支撐布置圖

圖6 車站端頭支撐布置圖

圖7 管片拆除

3.3 基坑開挖及管片拆除

由于浮力作用，管片范圍內(nèi)基坑開挖應(yīng)分層分段逐步開挖，如果開挖過快將導(dǎo)致基坑卸載過快，應(yīng)力釋放時(shí)間不足，使車站范圍內(nèi)管片及相臨區(qū)間盾構(gòu)管片大幅度隆起。因此為減少基坑開挖及拆除管片對基坑外區(qū)間永久管片影響，雁南路站采用端頭外區(qū)間左、右線20環(huán)范圍內(nèi)管片設(shè)置拉緊聯(lián)系條、型鋼內(nèi)支撐及沙袋壓重等措施。隨著基坑開挖深度的增加，按照從拱頂至拱底、從車站兩端向中間（隧道縱向）的順序逐塊拆除。按此方法從現(xiàn)場施工監(jiān)測情況看，盾構(gòu)管片僅上抬1mm，證明了限制盾構(gòu)管片隆起的有效性。

拆除后管片盡量保持完整，以便后續(xù)工程使用，但實(shí)際施工過程中可能破損較多，利用率并不高，拆除后的管片可以建筑垃圾的方式處理。

3.4 后施作圍護(hù)結(jié)構(gòu)洞門接口做法

車站主體施工完成后，由于后施工圍護(hù)樁洞穿盾構(gòu)管片，因此需在施工接口環(huán)梁前，將區(qū)間范圍內(nèi)樁體進(jìn)行切除[3]。圍護(hù)樁切割后與盾構(gòu)管片間存在空隙，施工時(shí)仍存在涌水涌砂風(fēng)險(xiǎn)，針對以上問題，設(shè)計(jì)中采用車站基坑外順區(qū)間縱向增設(shè)圍護(hù)咬合樁，并由盾構(gòu)內(nèi)環(huán)向盾構(gòu)周圍注漿加固地層方案，保證基坑安全，詳見圖6。

考慮圍護(hù)樁范圍，后施作圍護(hù)結(jié)構(gòu)洞門接口環(huán)梁較普通環(huán)梁長。另一方面車站主體結(jié)構(gòu)施工時(shí)需預(yù)留接口環(huán)梁鋼筋，環(huán)梁另一端與區(qū)間管片螺栓及植筋方式相連。

圖8 洞門環(huán)梁與既有區(qū)間管片連接圖

4 現(xiàn)場施工

目前雁南路站主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)已全部施工完成，剩余部分主體結(jié)構(gòu)，由現(xiàn)場施工情況看，各項(xiàng)監(jiān)測數(shù)據(jù)正常，風(fēng)險(xiǎn)均在可控范圍內(nèi)。

5 結(jié)語

綜上分析，針對蘭州特殊地質(zhì)情況，“先隧后站”的風(fēng)險(xiǎn)主要體現(xiàn)在地下水處理、圍護(hù)結(jié)構(gòu)、基坑開挖及管片拆除、后施作圍護(hù)結(jié)構(gòu)洞門接口等四部分，其中地下水處理和基坑封閉是設(shè)計(jì)重點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)場施工情況，對該地區(qū)類似工程可起到一定參考作用。