復(fù)雜環(huán)境下蓋挖半逆作地鐵車站施工技術(shù)

成銀亮

（中交第二航務(wù)工程局第三工程有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江）

前言

近幾年，我國(guó)城鎮(zhèn)化程度持續(xù)提升，城市地下空間開發(fā)體量大幅度增加，多數(shù)城市地下空間開發(fā)逐漸朝著環(huán)境高度復(fù)雜的中心城區(qū)匯集[1]。地鐵車站建設(shè)面臨環(huán)境復(fù)雜、場(chǎng)地狹小、地表交通繁忙等困難，蓋挖半逆作有利于幫助地鐵車站施作突破上述難題，實(shí)現(xiàn)快速可靠作業(yè)。因此，探究復(fù)雜環(huán)境下蓋挖半逆作技術(shù)在地鐵車站施作中的應(yīng)用具有非常重要的意義。

1 復(fù)雜環(huán)境下蓋挖半逆作地鐵車站基本情況

一地鐵車站位于交叉口地塊，呈東西走向。車站主體結(jié)構(gòu)成楔形，長(zhǎng)138 m，兩端頭與盾構(gòu)區(qū)間相連，大里程端與小里程端寬度分別為44 m、22 m，車站設(shè)置3 個(gè)出入口。車站主體為地下三層結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)頂板厚2 m，負(fù)一層板、負(fù)二層板厚均為1 m，結(jié)構(gòu)底板厚2.2 m，總深29 m。車站主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)為1 200 mm厚地下連續(xù)墻，主體地連墻深50 m，出入口地連墻深40 m，頂板覆土5 m。車站不僅位于人流量較大的市區(qū)主干道交叉口位置，而且東側(cè)為國(guó)家重點(diǎn)保護(hù)大劇院，距離在50 m 內(nèi)。同時(shí)車站周邊建筑物密集，無(wú)法為車站建設(shè)提供足夠空間，施工工藝高度復(fù)雜。

地鐵車站建設(shè)地屬于熱帶海洋性氣候，全年平均氣溫為22.1 ℃，降雨量為2 300 mm～2 500 mm。建設(shè)區(qū)域地質(zhì)情況見表1。

表1 地鐵車站建設(shè)區(qū)域地質(zhì)情況

由表1 可知，地鐵車站頂板以上少部分沖擊土標(biāo)準(zhǔn)貫入值小于10，負(fù)一層到負(fù)二層殘積土標(biāo)準(zhǔn)貫入值大于10，剩余為肯尼山極硬土，標(biāo)準(zhǔn)貫入值在30～50以上，內(nèi)摩擦角大，地質(zhì)狀況良好。

2 復(fù)雜環(huán)境下蓋挖半逆作地鐵車站施作重點(diǎn)

地鐵車站選擇蓋挖半逆作方式，即在盾構(gòu)機(jī)穿越車站范圍內(nèi)，以中板、底板為代表的主體結(jié)構(gòu)仍未建成，待盾構(gòu)機(jī)出車站6 個(gè)月以上開挖底板至標(biāo)高并拆除盾構(gòu)管片，進(jìn)行底板主體結(jié)構(gòu)施作。具體施作期間涉及大尺寸矩形鋼管內(nèi)加鋼筋混凝土組合柱設(shè)置，需要確定矩形鋼管混凝土柱安裝穩(wěn)定性。復(fù)雜環(huán)境下蓋挖半逆作地鐵車站施作期間，若簡(jiǎn)單選擇結(jié)構(gòu)板圍護(hù)支撐結(jié)構(gòu)，需額外增設(shè)中間支撐柱，存在開挖不便、支撐拆裝困難等問(wèn)題[2]。同時(shí)考慮到案述工程工期較為緊張，宜選擇大尺寸創(chuàng)新矩形鋼管內(nèi)加裝鋼筋混凝土組合支撐柱的方式，以更小的截面獲得更大的承載能力，促使柱承擔(dān)的豎向荷載順利傳遞至地基，具體見圖1。

圖1 大尺寸矩形鋼管內(nèi)加鋼筋混凝土組合柱結(jié)構(gòu)

3 復(fù)雜環(huán)境下蓋挖半逆作地鐵車站施作技術(shù)內(nèi)容

3.1 安裝大尺寸矩形鋼管內(nèi)加鋼筋混凝土組合柱

在大尺寸矩形鋼管內(nèi)加鋼筋混凝土組合柱安裝時(shí)，考慮到先插法易引發(fā)混合泥漿劣質(zhì)混凝土涌入鋼管影響整根柱承載能力，而后插法易導(dǎo)致柱沉降、偏位問(wèn)題，技術(shù)人員可以從細(xì)化施工著手，進(jìn)行柱底、柱內(nèi)鋼筋籠的優(yōu)化。確定選擇先插法后，為解決樁柱施工期間超灌部分含泥漿劣質(zhì)混凝土涌入柱內(nèi)問(wèn)題，可以將附加鐵板焊接到矩形鋼管柱外側(cè)角，角焊縫長(zhǎng)度（即附加鐵板高度）由承載力設(shè)計(jì)值推測(cè)，具體如下：

式中：τf為實(shí)際焊條抗剪強(qiáng)度；N 為角焊縫數(shù)量；lw為總長(zhǎng)度；he為0.7 倍焊縫尺寸；fwf為焊條抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值[3]。確定焊縫長(zhǎng)度后，技術(shù)人員可以根據(jù)國(guó)標(biāo)《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》（GB/T 1591-2018）的相關(guān)要求，選擇355 鋼作為焊條，將2 塊封底鋼板焊接到柱地面，穩(wěn)固柱內(nèi)鋼筋籠。隨后依據(jù)梅花形布置柱埋入鉆孔灌注樁內(nèi)栓釘，確保柱體結(jié)構(gòu)（見圖2）穩(wěn)定性。

圖2 柱體結(jié)構(gòu)

3.2 土方開挖與結(jié)構(gòu)變形的處理

因案述地鐵車站空間狹小，土方開挖期間結(jié)構(gòu)變形的控制難度較大[4]。在蓋挖半逆作法地鐵車站施工中，土方開挖的過(guò)程實(shí)質(zhì)上是開挖面不斷卸荷的過(guò)程，基坑內(nèi)部土體的挖掘極易造成上部土體自重應(yīng)力釋放，進(jìn)而引發(fā)坑底土體產(chǎn)生以向上為主的位移，直接造成圍護(hù)結(jié)構(gòu)在基坑內(nèi)外土體壓力差的作用下出現(xiàn)水平側(cè)向位移。為了有效避免上述情況，相關(guān)施工技術(shù)人員應(yīng)在土方開挖后及時(shí)安裝鋼支撐，并在開挖到底板設(shè)計(jì)標(biāo)高后，第一時(shí)間澆筑底板，以便在最短的時(shí)間內(nèi)形成地下整體結(jié)構(gòu)，抑制周邊土體的位移，這不僅可以確保主體結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定性，也減小對(duì)周邊地表乃至建筑的負(fù)面影響。

3.3 快速拆除車站內(nèi)盾構(gòu)管片

在復(fù)雜環(huán)境下，蓋挖半逆作地鐵車站施作需拆除車站內(nèi)隧道襯砌余留楔形管片。根據(jù)案述工程工期緊張、空間狹窄的特點(diǎn)，傳統(tǒng)基于腳手架的分段拆除方法無(wú)法確保一次開挖至隧道地面[5]。基于此，可以選擇土壓力不平衡施作方式，從初始管片破除前期著手，先借助長(zhǎng)臂挖機(jī)向下開挖至隧道中心標(biāo)高下暴露遠(yuǎn)離地下連續(xù)墻側(cè)管片，再借助炮頭機(jī)開鑿管片接縫位置，促使管片逐塊脫落，最后完全鑿除遠(yuǎn)離地下連續(xù)墻側(cè)管片、盾構(gòu)隧道上半圓部分。需要注意的是，在地鐵車站、盾構(gòu)交接位置，應(yīng)設(shè)置1 m 及以上高的防洪擋墻，避免車站內(nèi)發(fā)生突涌危害。

3.4 施作盾構(gòu)洞門環(huán)梁

蓋挖半逆作法實(shí)施過(guò)程中，盾構(gòu)洞口環(huán)梁施工至關(guān)重要[6]。技術(shù)人員應(yīng)先檢查站內(nèi)最后一片管片伸入地下連續(xù)墻深度是否超出限度，若超出限度，可以借助繩鋸切沿著地下連續(xù)墻邊界，結(jié)合車站管片內(nèi)指導(dǎo)切割標(biāo)記與管片型號(hào)，分段將管片拆除后直接進(jìn)行盾構(gòu)洞口環(huán)梁施作，清除環(huán)梁阻礙。在正式施工時(shí)，技術(shù)人員可以優(yōu)選鋼管盤扣式支架，在洞門外成排打設(shè)，打造雙排高盤口支架結(jié)構(gòu)。在鋼管盤扣式支架設(shè)置完畢后，技術(shù)人員可以根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙安裝鋼模板，模板采用大量角鋼與鋼板分塊螺栓連接，對(duì)拉螺桿直徑為16 mm，模板頂部預(yù)留混凝土振搗口。在模板支持下分2 次澆筑，2 次澆筑時(shí)均從洞口盾構(gòu)環(huán)梁兩側(cè)同步下料。在嚴(yán)格控制洞門盾構(gòu)環(huán)梁兩側(cè)混凝土下料高差的情況下，先澆筑1/2 高度，待下半部分混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度75%進(jìn)行另外1/2 高度澆筑，消除混凝土不平衡壓力，避免模板支撐體系偏壓失效。

3.5 柔性連接鋼筋混凝土墻與梁板

鋼筋混凝土墻滯后于車站建筑梁板施作，是車站蓋挖半逆作法的突出特點(diǎn)[7]。鋼筋混凝土墻、車站建筑梁板連接穩(wěn)定性對(duì)車站整體結(jié)構(gòu)可靠性具有直接的影響。鑒于傳統(tǒng)利用彈性材料連接鋼筋混凝土墻、車站建筑梁板的方式不夠美觀且限制角鋼施作，可選擇柔性連接鋼筋混凝土墻頂、車站建筑板，具體見圖3。

圖3 柔性連接鋼筋混凝土墻與梁板

圖3 中，1 為鋼筋混凝土墻；2 為車站建筑梁板；3為第一彈性材料，位于鋼筋混凝土墻、車站建筑梁板之間；4 為鋼套管，內(nèi)徑稍微大于連接鋼筋直徑，長(zhǎng)度超出100 mm，埋設(shè)間距小于1.5 m。一般鋼套管需豎向設(shè)置，預(yù)先埋設(shè)在車站建筑梁板底部鋼筋之間空隙內(nèi)；5 為連接鋼筋，豎向設(shè)置，下端錨固在鋼筋混凝土墻內(nèi)，上端穿入鋼套管內(nèi)并經(jīng)第二彈性材料與車站建筑梁板相接觸；6 為車站建筑梁板底部鋼筋；7 為第二彈性材料，位于鋼套管內(nèi)遠(yuǎn)離第一彈性材料一端，連接鋼筋上端、車站建筑梁板之間；8 為主筋。根據(jù)圖3，可以先進(jìn)行車站建筑梁板鋼套管預(yù)埋，再澆筑梁板。進(jìn)而綁扎鋼筋混凝土墻主筋、分布筋并固定。隨后在車站建筑梁板底部、鋼筋混凝土墻接觸范圍內(nèi)粘固10 mm～20 mm 厚第一彈性材料（聚氨酯發(fā)泡材料、聚苯乙烯泡沫塑料板等）。利用一根連接鋼筋將同等厚度同等材質(zhì)的第二彈性材料插入鋼套管，連接鋼筋上端經(jīng)鋼套管伸入車站建筑梁板，下端則伸入鋼筋混凝土墻綁扎鋼筋區(qū)域與頂部彎折主筋綁扎固定。最終澆筑鋼筋混凝土墻，形成一個(gè)完整受力體。

4 復(fù)雜環(huán)境下蓋挖半逆作地鐵車站施作效果

根據(jù)《鋼管混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB50628-2010），得出復(fù)雜環(huán)境下蓋挖半逆作地鐵車站施作效果見表2。

表2 蓋挖半逆作地鐵車站施作效果

如表2 所示，蓋挖半逆作地鐵車站施作效果達(dá)到鋼管混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，復(fù)雜環(huán)境下，蓋挖半逆作地鐵車站施作主要是從上向下開挖施作車站結(jié)構(gòu)，期間以頂板、中板為圍護(hù)結(jié)構(gòu)支撐，降低額外圍護(hù)作業(yè)成本，同時(shí)減小對(duì)周邊振動(dòng)干擾以及對(duì)周圍建筑物的破壞程度，滿足周邊存在特殊結(jié)構(gòu)的地鐵車站安全建設(shè)要求。因此，技術(shù)人員應(yīng)正確認(rèn)識(shí)蓋挖半逆作在復(fù)雜環(huán)境下地鐵車站建設(shè)中的優(yōu)勢(shì)，科學(xué)策劃地鐵車站蓋挖半逆作方案，有序推進(jìn)施工作業(yè)，為蓋挖半逆作地鐵車站施作質(zhì)量與進(jìn)度目標(biāo)的順利達(dá)成提供依據(jù)。