復(fù)雜環(huán)境下拱蓋法施工地鐵車站的關(guān)鍵技術(shù)要點

姚文龍

（中鐵十六局集團有限公司，山東 聊城 252500）

0 引言

隨著我國社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展，公共交通日漸發(fā)達(dá)，地鐵在大多數(shù)城市已經(jīng)成為人民出行的必要工具。隨著地鐵線的增多，地鐵及其沿線車站的修建也成為相關(guān)工程中亟待解決的難題。馮朝輝[1]就地鐵暗挖車站豎井及橫通道的轉(zhuǎn)換進行一系列的討論，改良了轉(zhuǎn)車站的部分主體結(jié)構(gòu)；吳純保[2]就暗挖環(huán)境下車站豎井與橫通道施工進行分析，得出馬頭門是作業(yè)關(guān)鍵；孫強[3]以長春地鐵五號線為例，分析暗挖破除馬頭門風(fēng)險，并提出了合理的施工方法。本文以廣州市地鐵十號線天河路車站為例，分析在復(fù)雜條件下暗挖拱蓋法車站的關(guān)鍵工序及其中的技術(shù)要點，為后續(xù)暗挖拱蓋法開挖地鐵車站積累寶貴經(jīng)驗。

1 工程概述

1.1 工程概況

天河路站隸屬于廣州市地鐵十號線的第1個車站，地處廣州天河區(qū)，敷設(shè)于天河路路面下（路面標(biāo)高10.34～11.49 m），線路沿東西方向設(shè)置，天河路站為地下兩層島式車站，采用拱蓋法大斷面暗挖形式。車站共設(shè)置3個出入口、2組矮風(fēng)亭、2條換乘通道。車站總長度為251.7 m，站臺寬15.4 m，標(biāo)準(zhǔn)段寬24.8 m，有效站臺長120 m。設(shè)計兩條換乘通道與廣州一、三號線進行換乘。天河路站主體導(dǎo)洞平面位置分布如圖1所示。

圖1 天河路站主體導(dǎo)洞位置示意圖

1.2 工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件

根據(jù)詳勘報告，天河路站的導(dǎo)洞范圍工程地層主要是強、中、微風(fēng)化的礫巖、泥質(zhì)粉砂巖、中風(fēng)化礫巖、粉砂巖，與之相連的橫通道隧道洞身穿越地層主要為中、微風(fēng)化礫巖和微風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖。

天河路地鐵站周邊無地表水系，主要地下水為孔隙水和基巖裂隙水?；鶐r裂隙水水頭高度為7.50～8.00 m，承壓水水位埋深3.20～3.90 m（高程為7.16～7.26m）。

2 主要工程問題

2.1 巖土條件

根據(jù)現(xiàn)場詳勘得知，天河路地鐵站主要影響后期施工的特殊性巖土主要有人工填土、風(fēng)化巖和殘積土。其中，人工填土層主要為素填土。土層具有孔隙率大、透水性強、地基承載力低等特點，不宜作擬建（構(gòu)）筑物的持力層，易造成局部基坑坍塌[4]；由于本層局部含有建筑垃圾及大體積填石，因此對圍護結(jié)構(gòu)成槽、成樁有一定的影響。

風(fēng)化巖巖性主要為碎屑巖，巖性主要有礫巖和粉砂巖，其全風(fēng)化層水理性質(zhì)差，遇水后工程性能急劇下降。中、微風(fēng)化基巖層局部存在節(jié)理裂隙發(fā)育，巖芯強度偏低。設(shè)計、施工時應(yīng)充分考慮局部可能出現(xiàn)的沉降差。

殘積土工程性質(zhì)較好，但水理性質(zhì)差。在車站出入口基坑和豎井工程的明挖施工過程中，基坑積水會使該層軟化，甚至崩解，導(dǎo)致其承載能力下降，工程性能變差。在基坑開挖達(dá)到既定深度后，盡量減少對原狀土的擾動，同時其對車站豎井工程的施工影響[5]較小，但對出入口位置處的施工有一定影響。

2.2 周邊環(huán)境

天河路地鐵站部分出入口分布在天河路的北側(cè)，為體育中心用地范圍，暗挖部分緊鄰時尚天河地下購物廣場，其中A號風(fēng)亭組和出入口（含1#豎井）位置西側(cè)為既有軌道交通3號線支線及其集中冷站，3#豎井西側(cè)為既有軌道交通APM線體育中心南站主體結(jié)構(gòu)。車站南側(cè)為天河路，人、車流量大且道路下方埋設(shè)有較多重要地下管線。其中，A號風(fēng)亭組和出入口（含1#豎井）距離時尚天河地下購物廣場基坑約2.0 m，3#豎井距離既有軌道交通APM線體育中心南站約2.1 m。其中暗挖主體結(jié)構(gòu)周邊建（構(gòu)）筑物如圖2所示。

圖2 天河路暗挖主體結(jié)構(gòu)周邊建（構(gòu)）筑物分布圖

由于天河地鐵站主體部分采用暗挖拱蓋法進行施工，而加之周邊環(huán)境復(fù)雜，包含多個重要建筑、多條管線和已建地鐵線，因此在進行車站主體施工時，如何做好降水[6]和支護措施，減少對周邊建（構(gòu)）筑物的一系列影響，尤其是不均勻沉降[7]的問題，防止對既有軌道交通結(jié)構(gòu)的破環(huán)，特別是線路的交叉部分，這些都是本工程中從設(shè)計到施工需要考慮并且提出合理且有效解決方法的問題。

3 關(guān)鍵技術(shù)施工

3.1 馬頭門施工

馬頭門作為橫通道與車站導(dǎo)洞的連接部分，是一個力學(xué)特性復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，需要在施工過程中確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性使地表沉降在可控范圍內(nèi)，也要保證貫穿時結(jié)構(gòu)內(nèi)力平衡。

在馬頭門施工時，先沿導(dǎo)洞格柵輪廓逐步鑿出導(dǎo)洞施工空間，連立3榀格柵鋼架，格柵與豎井掛網(wǎng)鋼筋焊接，噴射混凝土填密格柵與地層之間間隙后，再鑿除開挖范圍內(nèi)剩余巖土層，進洞開挖。

故采取以下措施保證馬頭門結(jié)構(gòu)安全及穩(wěn)定。

（1）結(jié)構(gòu)上加強處理：開挖馬頭門前須做地層加固及豎井支護工作以確保施工安全。在橫通道收斂變形后進行馬頭門的破除工作，且該過程應(yīng)分層分部進行，破除前須進行導(dǎo)管超前支護，破除完后連立三榀導(dǎo)洞柵鋼架，作為初支。在馬頭門開鑿中，通道第一榀格柵、掛網(wǎng)鋼筋與豎井更格柵連接為整體，共同組成受力結(jié)構(gòu)。

（2）進行超前支護加固馬頭門圍巖：設(shè)超前小導(dǎo)管并加之注漿加固地層于馬頭門斷面拱部處。

（3）細(xì)化開口施工，實行環(huán)行開挖，達(dá)到快速封閉效果：在馬頭門破口時，分塊破口施工，分次破除結(jié)構(gòu)，分塊掘進，并迅速封閉塊內(nèi)初期支護，上、下臺階的破口施工要間隔一定距離，防止馬頭門部位結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。按照規(guī)范及施組要求嚴(yán)格施工，直至全部破除在開挖面內(nèi)的結(jié)構(gòu)，整個馬頭門破口施工完成，轉(zhuǎn)入正常施工。

詳細(xì)的馬頭門破除工序如圖3所示。

圖3 天河路暗挖主體結(jié)構(gòu)周邊建（構(gòu)）筑物分布圖

具體施工順序為測量導(dǎo)洞輪廓線并進行放樣；對上臺階橫通道格柵初支進行破除，并架設(shè)格柵拱架，通過焊接和橫通道側(cè)壁格柵牢固搭接，將3榀格柵緊密排布在進洞口；當(dāng)上臺階進尺為3～5 m時，拆除導(dǎo)洞下部橫通道格柵支護初襯，同時架設(shè)格柵拱架，通過焊接和橫通道格柵牢固搭接。

3.2 堵頭墻施工

堵頭墻部分屬于車站與區(qū)間之間的過渡段[8]，由于其斷面變化大、受力情況較復(fù)雜、施工工序冗雜，所以堵頭墻作業(yè)屬于一個薄弱的施工環(huán)節(jié)。

天河路站的堵頭墻采用厚度為300 mm、保護層為35 mm的“加強注漿錨管+雙層鋼筋網(wǎng)+格柵鋼架+C25噴射混凝土”的方式以支護初襯，其中使用φ22@500 mm鋼筋作為格柵鋼架的連接件。

具體的施工流程如下：施工作業(yè)到達(dá)堵頭墻時先按照設(shè)計布置錨桿，要求水平方向設(shè)置3根，豎向同格柵間距一致，交錯鋪設(shè)，長度為3 m，水平傾角設(shè)為5°～10°，掛以Ф6.5@150×150 mm的鋼筋網(wǎng)片，并初噴層厚40 mm的混凝土砂漿封閉導(dǎo)洞掌子面；再進行格柵鋼架搭接，采用φ20鋼筋對格柵加以連接，間距為500 mm，外圍格柵處置相同；完成后，掛以Ф6.5@150×150 mm鋼筋網(wǎng)片于格柵內(nèi)側(cè)，并通過焊接與格柵鋼架、連接筋牢固連接且噴射C25速凝混凝土對掌子面進行二次封閉。待混凝土終凝后用1∶1水泥-水玻璃漿液或固砂劑漿液對錨桿注漿以加固土體。

3.3 超前小導(dǎo)管施工

在隧道工程中注漿小導(dǎo)管超前支護的使用能夠提升其圍巖的承載力與強度，從而提高巖體抗性，使圍巖結(jié)構(gòu)的受力穩(wěn)定性得到改善，進而避免出現(xiàn)各種施工安全問題，如冒頂、塌方、突水、突泥等[9]。

天河路站中超前小導(dǎo)管預(yù)支護范圍為拱頂中心線兩端各60°合120°。通過使用鉆機將小導(dǎo)管頂入圍巖體中，嚴(yán)格按照設(shè)計依次進行鋪設(shè)。小導(dǎo)管為規(guī)格Ф42 mm，壁厚3.5 mm的熱軋無縫鋼管，長3.0 m，環(huán)向間距0.3 m，小導(dǎo)管安插兩排，第一排傾角為30°，第二排傾角為10°，兩排的縱向間隔1.5 m，最后注入漿液以固封。超前小導(dǎo)管注漿支護施工工藝流程如圖4所示。

圖4 超前小導(dǎo)管注漿支護施工工藝圖

3.4 超前大管棚施工

天河路站管棚施工流程：利用Ф127 mm的鉆頭布設(shè)鉆孔以便安裝管棚，鉆孔完成后必須保持孔內(nèi)清潔。

大管棚長度為10～80 m，由直徑為Ф108 mm、壁厚6 mm的短節(jié)熱軋無縫鋼管連接組成，管棚應(yīng)預(yù)先加工，頭部10 cm須削尖，并在管壁上打鉆形成注漿孔，按照要求注漿孔成梅花式分布，尾端保留足夠長距離不鉆孔以止?jié){，鋼花管加工。示意圖如圖5所示，可在管中增設(shè)鋼筋籠提高其強度，加工完成后即可安裝入鉆孔內(nèi)，注漿前應(yīng)保持管棚內(nèi)清潔。

圖5 鋼花管加工示意圖 （單位：mm）

上述工作完成后，需對管棚進行壓水實驗符合要求后方可注漿，為便于后續(xù)施工開挖，注漿漿液中可適當(dāng)添加早強劑，建議水灰比為1∶1。根據(jù)圍巖條件保持注漿壓力在0.5～2.0 MPa，以注漿壓力達(dá)到1.0 MPa左右并穩(wěn)定3 min且注漿流量計顯示注漿量較小作為結(jié)束注漿工作的標(biāo)準(zhǔn)。完成注漿工作后充填M7.5水泥砂漿與鋼管中，從而提高管棚的強度。

4 監(jiān)測要求及布置

天河路地鐵站施工監(jiān)測為確保工程的順利進行，以地表沉降、拱頂下沉拱底、豎向位移、凈空收斂、支護結(jié)構(gòu)軸力等作為監(jiān)測指標(biāo)，且以監(jiān)測頻率和變形速率作為主要報警值，必須嚴(yán)格把關(guān)并要求各個監(jiān)測指標(biāo)在控制值范圍內(nèi)，通過實時監(jiān)測，及時分析處理，起到修正設(shè)計、指導(dǎo)施工的作用，以確保隧道的成功建設(shè)。

詳細(xì)布置：綜合天河路站的因素（如工程性質(zhì)、地質(zhì)條件、設(shè)計要求、施工特點等）確定監(jiān)測點類型和數(shù)量；針對工程中不利位置（斷面）和先施工部位要做好監(jiān)測；監(jiān)測點的埋設(shè)須選取合適位置，既能實現(xiàn)有效監(jiān)測，也不影響整體施工。具體的現(xiàn)場監(jiān)測點平面布局如圖6所示。

圖6 監(jiān)測平面布置圖

5 結(jié)語

拱蓋法施工地鐵車站的建設(shè)其中以馬頭門施工，超前小導(dǎo)管注漿施工和超前大管棚施工等施工為關(guān)鍵，其過程會影響地層強度的變化，可能會出現(xiàn)掌子面破裂滑移、塌方塌陷、涌水等風(fēng)險事故，同時由于周遭環(huán)境構(gòu)（建）筑物眾多且基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在此過程中極易受到影響，使原有結(jié)構(gòu)遭到破壞。因此，通過對相應(yīng)關(guān)鍵施工工藝工序的研究發(fā)現(xiàn)，要便于隨時調(diào)整把控施工各個階段技術(shù)，以確保工程的有序進行，實現(xiàn)天河路站的順利建成，不僅在設(shè)計和制作上需滿足結(jié)構(gòu)部件的穩(wěn)定，并且要通過超前預(yù)測，實時監(jiān)測相結(jié)合的方法對整個施工過程進行嚴(yán)格把控，對監(jiān)測數(shù)據(jù)及時整理分析，對現(xiàn)場的施工過程進行及時且合理的反饋。