地鐵暗挖車站下穿橋梁基礎(chǔ)施工工法探究

鐘攀

（中鐵十局集團(tuán)有限公司城市軌道交通工程分公司，廣東 廣州 510620）

0 引言

“車站下穿橋梁基礎(chǔ)施工”是地鐵暗挖工程的重要組成部分，施工方式是否科學(xué)，對于工程整體施工安全質(zhì)量以及使用性能的影響都是十分巨大的，尤其在當(dāng)前城鎮(zhèn)化飛躍式發(fā)展的新市場經(jīng)濟(jì)常態(tài)下，若施工單位仍采取傳統(tǒng)的施工手段，在無法保障施工安全性的前提下也不利于區(qū)域經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。“PBA+帷幕注漿加固技術(shù)”是現(xiàn)階段地鐵暗挖車站下穿橋梁基礎(chǔ)施工中一種常用的施工方式，確保技術(shù)的合理化應(yīng)用，在保障建筑使用性能、延長建筑使用壽命等方面發(fā)揮了重要作用[1]。

1 北京地鐵八號線安華橋站工程概況

1.1 工程概述

北京地鐵八號線安華橋站全站總長約為230m，坐落于北辰路與北三環(huán)交叉路口的安華橋西側(cè)，由于車站位置橫穿北三環(huán)中路，在下穿橋梁基礎(chǔ)施工時，若采取傳統(tǒng)化施工方式，在影響線路交通運輸?shù)耐瑫r也不利于區(qū)域經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展。安華橋從結(jié)構(gòu)來看橋梁是四孔預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁結(jié)構(gòu)，而橋的下部則主要是后張預(yù)應(yīng)力混凝土組合式T型墩，至于安華橋的橋臺為重力式橋臺，橋梁底部土質(zhì)構(gòu)成主要為粉質(zhì)黏土、粉細(xì)砂、圓礫層，因此在施工時為提高工程施工質(zhì)量以及延長建筑使用壽命，施工單位需在綜合“車站下穿橋梁基礎(chǔ)”實況的前提下，通過采用“淺埋暗挖法”來進(jìn)行作業(yè)，具體而言在施工時，對于不同位置，施工單位需采取不同的方式，如在橋梁南北兩端施工時，為保證施工質(zhì)量，施工單位需采取“PBA”法施工，至于中間部分，在施工時為降低施工成本，通常采用“CRD”法，而在靠近安華橋基的東側(cè)，為提高施工質(zhì)量，施工單位需采用“PBA”法。

1.2 風(fēng)險剖析

在工程施工過程中，施工方案是施工單位各項工作落實的戰(zhàn)略性指導(dǎo)和綱領(lǐng)性文件，方案設(shè)計的是否科學(xué)合理、有可操作性和可實施性[2]，將直接影響工程整體工程施工安全和建筑質(zhì)量。在安華橋站中部暗挖單層左線下穿安華橋基礎(chǔ)施工時，施工單位原施工方案為在安華橋站距離橋基水平4m、垂直10m處暗挖兩個CRD單洞，可由于地處特級風(fēng)險區(qū)域，在工程施工期間亦或是投入使用后，這種施工方案極易引起隧道上層土體沉降造成既有橋基出現(xiàn)裂縫、下沉、失穩(wěn)的問題，并在一定程度上增加了橋體斷裂、道路坍塌等事故的發(fā)生率，損害企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的同時威脅了群眾生命健康安全。針對上述問題，在方案確定初期，施工單位給予了一定的應(yīng)對策略，具體而言就是在工程項目方案制定初期，為有效規(guī)避上述問題，設(shè)計者在車站下穿橋梁基礎(chǔ)施工時除了可通過暗挖兩個CRD單洞來降低影響外，同時也可在洞體和橋基間安裝鋼筋混凝土隔離樁來提升橋基的承載力，可由于受當(dāng)?shù)亟煌ㄊ杞庹嫉朗┕さ囊?guī)定，無法采取相應(yīng)的加固處理方式，因此在施工時將方案改為了左線采取“PBA+”法，右線采用“CRD”法[3]。

在地鐵暗挖車站下穿橋梁基礎(chǔ)施工時，為保證施工安全質(zhì)量，施工單位還需要制定嚴(yán)格的監(jiān)控量測施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，即通過將變形量控制在可控范圍內(nèi)，以此來保證工程整體施工安全質(zhì)量以及建構(gòu)筑物的安全性[4]。在工程施工過程中，施工單位將安華橋墩臺、條基豎向不均勻沉降控制在5mm以內(nèi)，周邊道路路面沉降值，控制在15mm以內(nèi)，在具體施工過程中，橋梁條形基礎(chǔ)變形會隨著施工沉降量的增加而變大，待沉降量超過規(guī)定值則極易導(dǎo)致橋梁基礎(chǔ)斷裂問題，影響人們生命財產(chǎn)的安全[5]。

2 地鐵暗挖車站下穿橋梁基礎(chǔ)施工工法比較剖析

在地鐵暗挖車站下穿橋梁基礎(chǔ)施工時，PBA法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法和CRD法在具體化施工時為提高工程施工質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益，需要施工技術(shù)人員根據(jù)不同的地層情況綜合考慮方案比選，來采用合適的施工工法，以此確保工程項目安全、高效有序推進(jìn)。

2.1 模型的建立原則與單元劃分

在模型建立初期，為保證建立的有效性，首先施工單位需重點考慮邊界效應(yīng)問題，通過合理選擇計算范圍為后續(xù)施工作業(yè)提供參照，模型左、右邊界在確定時，要以車站隧道跨度為基準(zhǔn)，一般而言約為跨度的3倍（安華橋工程左右邊界約與車站隧道側(cè)距相距60m），而在下邊界確定時[6]，需保證下邊界與隧道底邊相距50m，至于上邊界，則是參照地表。

2.2 地鐵暗挖車站下穿橋梁基礎(chǔ)施工工法比較

2.2.1 不同施工方式的地表位移分析

表1為不同施工方式的地表位移數(shù)值對比。

表1 不同施工方式的地表位移數(shù)值對比

通過對比不同施工方式下地表位移可知，在地鐵暗挖車站下穿橋梁基礎(chǔ)施工時，采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法造成的地表最終沉降數(shù)值最大，在施工時若采用了這種施工方式，不僅極易增加橋梁斷裂概率，同時也嚴(yán)重威脅了群眾生命安全[7]。在雙側(cè)壁導(dǎo)坑法、CRD法、PBA法3種施工方式的對比中，CRD施工技術(shù)的使用所造成的地表沉降值處于中間位置，約為17.3mm，而PBA法引起的地表值最小，且與雙側(cè)壁導(dǎo)坑法相比大約減少了34%，因此在施工時合理化運用PBA對于促進(jìn)交通運輸業(yè)良性發(fā)展而言具有重要意義。

2.2.2 不同施工方式造成的拱頂沉降數(shù)據(jù)對比

表2為不同施工方式的拱頂沉降分析。

表2 不同施工方式的拱頂沉降分析

通過對比不同施工方式下隧道拱頂沉降分析可知，在地鐵暗挖車站下穿橋梁基礎(chǔ)施工時，采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法造成的拱頂最終沉降數(shù)值最大，其次為CRD法，而影響最小的是PBA法，拱頂沉降數(shù)值約為20.1mm，而就拱頂沉降數(shù)值來看雙側(cè)壁導(dǎo)坑法約為PBA法的1.5倍，CRD法約為PBA法的1.3倍[8]。通過對比可知，在前期沉降工作開展過程中，相比CRD，PBA和雙側(cè)壁導(dǎo)坑法表現(xiàn)出了顯著優(yōu)勢，可由于在后期沉降控制時，雙側(cè)壁導(dǎo)坑法控制存在問題，極大影響了最終沉降值。

2.2.3 不同施工方式的仰拱隆起數(shù)據(jù)對比分析

表3為不同施工方式的仰拱隆起分析。

表3 不同施工方式的仰拱隆起分析

通過對比不同施工方式下仰拱隆起分析可知，在地鐵暗挖車站下穿橋梁基礎(chǔ)施工時，和拱頂沉降數(shù)值對比情況相類似，采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法造成的仰拱隆起數(shù)值最大，其次是CRD法，而PBA法造成的仰拱隆起數(shù)值最小，而就拱頂沉降數(shù)值來看雙側(cè)壁導(dǎo)坑法約為PBA法的2.1倍，CRD法約為PBA法的1.3倍。CRD法和PBA法的開挖方式相類似，在曲線走向方面兩者具有一定的相似性[9]。

2.3 PBA+帷幕注漿加固技術(shù)剖析

在工程施工過程中，若施工單位只是采用PBA法進(jìn)行作業(yè)，雖然相較于雙側(cè)壁導(dǎo)坑法和CRD法在保障工程安全性、可靠性方面具有重要作用，但對于特級風(fēng)險區(qū)域，若采取相應(yīng)的加固技術(shù)，不僅滿足了工程施工要求，同時也降低了作業(yè)過程中橋梁基礎(chǔ)的不均勻沉降[10]。在施工時原有暗挖施工方案地表沉降通常數(shù)值在15mm以內(nèi)，通過落實注漿加固技術(shù)可有效地將地表沉降控制在6mm左右，極大地提高了建筑安全性，相較于原有的暗挖施工方案，“PBA+帷幕注漿加固”在具體化應(yīng)用時，加固方案做出了如下調(diào)整：首先由于隧道左、右線距離相對較短，因此在施工時為盡可能降低工程施工成本以及提高工程經(jīng)濟(jì)效益，施工單位在左線采用了單層PBA法，而右側(cè)采用了CRD法；其次在PBA法應(yīng)用時，為提高工程施工質(zhì)量以及建筑的安全性，施工單位通過對PBA小導(dǎo)洞實施全斷面超前帷幕注漿固結(jié)地層，通過采用水泥砂漿將注漿壓強(qiáng)控制在0.5MPa。通過對暗挖施工方案的優(yōu)化調(diào)整，提高了隧道周邊圍巖的穩(wěn)定性，不僅避免了工程施工交通疏解導(dǎo)改占道對交通通行的影響，同時通過改為小導(dǎo)洞注漿在保留挖孔樁承載力的基礎(chǔ)上還減少了對土體的影響，將沉降數(shù)值有效地控制在預(yù)期范圍內(nèi)。

3 地鐵暗挖車站下穿橋梁基礎(chǔ)施工技術(shù)要點剖析

3.1 根據(jù)施工區(qū)域?qū)崨r制定科學(xué)施工方案

在施工時為提高橋梁的承載力以及延長其使用壽命，在正式施工前，施工單位需根據(jù)施工現(xiàn)場實況（地質(zhì)特點、施工要求）制定可行性的施工方案，并通過對方案進(jìn)行不斷調(diào)整來指導(dǎo)和約束現(xiàn)場施工行為，確保注漿加固技術(shù)的有效落實[11]。除此之外相較于傳統(tǒng)施工方案，改良后的注漿加固方案在提高隧道拱頂圍巖強(qiáng)度、保證施工現(xiàn)場安全以及對交通運輸影響較小等方面發(fā)揮著顯著優(yōu)勢，為確保高質(zhì)量施工目標(biāo)的達(dá)成，在具體施工時施工單位還需要提前探明地鐵暗挖車站下橋梁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式、位置、埋深及地質(zhì)情況（粉質(zhì)黏土、粉細(xì)砂、圓礫層）內(nèi)容，由此為暗挖施工方案施工工法選擇及優(yōu)化提供決策依據(jù)。

3.2 采取合適施工工法以保證施工的有效性

在地鐵暗挖車站下穿橋梁基礎(chǔ)施工中，最常見的施工方式有3種，通過對比不同施工方式后產(chǎn)生的地表位移、拱頂沉降、仰拱隆起數(shù)值可知，雙側(cè)壁導(dǎo)坑法在使用時沉降數(shù)值最高，其次是CRD法，相對地若采用PBA法則產(chǎn)生的影響最小，因此施工單位在橋梁基礎(chǔ)施工時需盡可能采用PBA法，用以在確保施工安全質(zhì)量達(dá)標(biāo)的前提下提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，在具體施工過程中，為保證隧道施工質(zhì)量和工效，施工單位在應(yīng)用PBA法的同時可采取注漿加固技術(shù)，以此來提高施工安全性[12]。除此之外為規(guī)避施工人員的違規(guī)操作，施工單位還需根據(jù)工程施工要求制定可行性的管理措施，在約束施工人員行為的前提下推動行業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

3.3 加快專業(yè)化施工管理隊伍的構(gòu)建進(jìn)程

在“PBA+帷幕注漿加固”技術(shù)應(yīng)用過程中，為改善當(dāng)前施工現(xiàn)狀以及促進(jìn)交通運輸業(yè)的良性發(fā)展，加快專業(yè)化施工管理隊伍的構(gòu)建進(jìn)程，已刻不容緩。在人員選拔時，由于“PBA+帷幕注漿加固”技術(shù)在應(yīng)用時具有較高要求，因此為保證技術(shù)作業(yè)的專業(yè)性和規(guī)范化，施工單位需提高對施工管理人員的選拔標(biāo)準(zhǔn)，在保證管理者具備豐富知識儲備的前提下提升其專業(yè)素養(yǎng)、計算機(jī)操作水平都符合管理要求，并且還要具備一定的暗挖施工實踐管理經(jīng)驗[13]。除此之外在人員選拔結(jié)束后，為進(jìn)一步提高人員的專業(yè)能力和管理水平，施工單位還需要落實好對人員培訓(xùn)工作，即通過再教育、再培訓(xùn)以及安排管理者外出學(xué)習(xí)，提高人員的綜合素質(zhì)，以此來規(guī)避后期管理問題的頻繁化。

3.4 合理布設(shè)沉降監(jiān)測點

在“PBA+帷幕注漿加固”技術(shù)應(yīng)用過程中，沉降監(jiān)測點布設(shè)是否合理，對于技術(shù)作業(yè)質(zhì)量和效率的影響是十分巨大的，因此為改善當(dāng)前施工現(xiàn)狀以及推動行業(yè)可持續(xù)發(fā)展，在施工時施工單位還需要在墩柱、邊墩以及橋臺處合理化布設(shè)沉降監(jiān)測點，以此在有效控制風(fēng)險的同時通過合理設(shè)置風(fēng)險應(yīng)急預(yù)案，將風(fēng)險損失控制在可控范圍內(nèi)，以此來達(dá)到預(yù)期的施工目標(biāo)。

4 結(jié)語

概括而言，由于車站下穿橋梁基礎(chǔ)施工工程相對復(fù)雜，若施工單位采取傳統(tǒng)化施工方式，在增加施工成本的同時也難以保證高質(zhì)量施工目標(biāo)的達(dá)成，極大地?fù)p害了企業(yè)效益，為此在“PBA法”應(yīng)用的同時，施工單位還需要落實好注漿加固技術(shù)，由此既全面降低了各種質(zhì)量問題（斷裂、坍塌）發(fā)生，同時在提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益、延長建筑使用壽命等方面也發(fā)揮了重要作用，并最大程度地保證了橋梁結(jié)構(gòu)的安全性。