地鐵暗挖車站大跨度扣拱施工方法研究

地鐵暗挖車站大跨度扣拱施工方法研究地鐵暗挖車站大跨度扣拱施工技術(shù)【摘要】地鐵施工中洞樁法同其它工法一樣，需要解決許多工程面臨的實際問題，特別在大跨度洞室洞樁法扣拱施工技術(shù)中成功的實例很少，沒有現(xiàn)成的經(jīng)驗可循，無論是在技術(shù)層面還是在理論層面的研究都比較少，未形成可以借鑒和推廣的技術(shù)體系和理論體系，上述原因極大地制約了洞樁法的發(fā)展前景。本文針對這一難題，結(jié)合工體北路站的實際施工情況對洞樁法施工中大跨度扣拱施工方法做了分析與總結(jié)，可為類似工程借鑒?！娟P(guān)鍵詞】地鐵洞樁法大跨度扣拱工程概況北京地鐵10號線工體北路站（團結(jié)湖站）位丁-工體北路和東三環(huán)交義十字路口，站位與東三環(huán)路平行，呈南北走向，為全埋性地下車站。車站有效站臺中心里程K18+729.464,全長187.014m。由于三環(huán)路中間的長虹高架立交橋，車站采用分離島式暗 挖結(jié)構(gòu)，左右線分別位于橋梁兩側(cè)的輔路下，線間距45.5m,左右線兩結(jié)構(gòu)之間設(shè)聯(lián)絡(luò)通 道、迂回風道各兩條。車站結(jié)構(gòu)斷面為單拱單跨斷面，凈空10m,站臺寬度為2X6m.車 站設(shè)有四個出入口，并預(yù)留與M16線換乘接口通道接口及站廳預(yù)留接口，東西走向的M16線與本站形成“十”字換乘關(guān)系。車站結(jié)構(gòu)東北角和西南角設(shè)兩座風井，風井同時作為風道的施工豎井。車站主體釆用“PBA”工法施工，風道采用“CRD”工法施工。車站平面圖如圖1。圖1車站半面圖4工程特點及難點環(huán)境特點：地面交通繁忙，建（構(gòu)）筑物多，車站四個出入口及二個風井均緊鄰高大建筑物，車站主體結(jié)構(gòu)下穿長虹立交橋。地下管線多。結(jié)構(gòu)特點：車站為雙層分離島式車站，兩站臺間以聯(lián)絡(luò)通道及風道相連；馬頭門多，受力復(fù)雜，結(jié)構(gòu)斷面大，易產(chǎn)生群洞效應(yīng)。斷面變化多、接口多。車站主體左右線分別位于長虹立交橋兩側(cè)，結(jié)構(gòu)距橋樁僅2?3m。施工特點：車站暗挖規(guī)模大，附屬結(jié)構(gòu)多，斷面形式變化多，工序轉(zhuǎn)換頻繁，結(jié)構(gòu)空間受力復(fù)雜。主體采用“PBA”法施工，南端聯(lián)絡(luò)通道、風道及出入口則采用“CRD”工法施工。針對車站大跨度扣拱施工主要難點有：要確保車站開挖支護過程中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，防止在群洞開挖條件下地面出現(xiàn)過量沉降和坍塌：車站主體拱部為平拱結(jié)構(gòu)，主拱大弧跨度達13.8m,IL斷面形式多，抬高與降低頻繁，施工難度大；需要確保車站主體大弧開挖與扣拱施工過程中的洞室穩(wěn)定和空間受力支護結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。工體北路站初支扣拱作業(yè)跨度為：標準斷面12.74m、換乘斷面13.8m。另外，車站結(jié)構(gòu)拱部大部分位于粉細砂層中，11車站上方有多條雨污水管線，覆土厚度僅6.5m,地而交通繁忙，受地面動載作用明顯。復(fù)雜的地面、地下環(huán)境及特殊地理環(huán)境對施匚沉降耍求嚴格，加之扣拱跨度大、地質(zhì)條件復(fù)雜，固大跨度扣拱技術(shù)成功與否直接關(guān)系到車站建設(shè)的安全和進度。3施工方案制定技術(shù)方案的總原則是少分塊、快封閉，盡量減少荷載轉(zhuǎn)換次數(shù)和地層被擾動的次數(shù)。導(dǎo)洞掘進和主拱施工遵循“管超前、嚴注漿、短開挖、強支護、快封閉、勤量測”及“先護后挖，及時支撐”的原則。從豎井進入兩側(cè)導(dǎo)洞施工，導(dǎo)洞貫通后施作灌注樁。適時鑿除樁頭后施作樁頂鋼筋混凝土縱梁。以此在導(dǎo)洞內(nèi)施作主體結(jié)構(gòu)拱邊段，回填支護后背與導(dǎo)洞初期支護之間空間。以注漿小導(dǎo)管加固拱部地層，開挖上部土體，施作車站主體上部初期支護（以下簡稱主拱），并與兩側(cè)拱邊段聯(lián)成整體。在主拱的保護下開挖土體并施作中板和上部拱墻二次襯砌結(jié)構(gòu)。分層實施下部開挖，分層架設(shè)橫撐和實施樁間初期支護,然后進行下部主體結(jié)構(gòu)施作，如下圖：（圖2洞樁施工步序圖）圖2洞樁施匸步序圖施工方法車站主體結(jié)構(gòu)采用城門洞形設(shè)計，分上下兩層，上層為拱形、下層為矩形，拱部結(jié)構(gòu)形式為復(fù)合式襯砌，側(cè)墻采用邊樁及內(nèi)襯墻間夾柔性防水層的重合墻結(jié)構(gòu)。主體結(jié)構(gòu)標準斷面站廳層凈空為5.65mX10.0m,站臺層凈空為6.08mX10.Om,拱部采用長管棚與232X3.23超前小導(dǎo)管注漿加固地層，格柵鋼架、噴射瞪作初期支護。二次襯砌采用C30S10模注鋼筋混凝土。主體結(jié)構(gòu)標準斷面型式如圖2;根據(jù)擬定的扣拱施工方案，樁頂冠梁、邊拱、主拱及開口部位施工成為扣拱的關(guān)鍵，其中主拱施工時還需要進行小導(dǎo)管超前加固。站臺板鉆孔二次襯導(dǎo)樁頂冠初期支拱背回圖3主體結(jié)構(gòu)標準斷而結(jié)構(gòu)1樁頂冠梁與邊拱施工主體鉆孔樁完成后，鑿除樁頂部分混凝土，鑿除后樁頭混凝土必須能達到設(shè)計強度要求，以確保冠梁與樁頭的連接質(zhì)量。清洗導(dǎo)洞底部的泥漿和殘余灰漿，用水準儀抄平。按設(shè)計長度接長孔樁錨入冠梁的鋼筋，孔樁主筋采用直螺紋套筒連接，然后安裝冠梁鋼筋。邊拱格柵與縱梁連接方式包括：①梁內(nèi)預(yù)埋地腳螺栓與鋼板，格柵節(jié)點板與鋼板栓接；②梁內(nèi)預(yù)埋地腳螺栓與鋼板，格柵節(jié)點板與鋼板焊接：③邊拱格柵錨入縱梁內(nèi)。采用預(yù)埋鋼板方式操作簡單，但振搗時易跑位，鋼板傾斜度不易控制，鋼板下混凝土振搗不密實，邊拱格柵直接錨入縱梁內(nèi)，格柵控制點位置準確、錨固效果好，需要臨時支撐較多。施工中選取了邊拱格柵錨入縱梁連接方式。冠梁鋼筋綁扎完成后，安裝邊拱格柵定位支架。支架均采用ei6工鋼，支架間距2m,支架水平工鋼一端置丁-豎撐上，另一端置于預(yù)埋角鋼上，預(yù)埋角鋼用脹管螺栓固定在導(dǎo)洞壁上,支架安裝控制重點為各水平工鋼大致水平，其偏差不宜大于5mm。支架安裝并加固后安設(shè)縱向定位工鋼，縱向定位工鋼位置與其高程對應(yīng)，無誤后用622鋼筋頭焊接固定。最后按格柵起始排列位置與設(shè)計間距在縱向工鋼上分劃出格柵主筋位置，其偏差不宜大于5mm,防止出現(xiàn)兩側(cè)邊拱格柵錯位。為加快安裝速度、減小累計誤差，采取先安裝兩端頭格柵（間距不超過10m）,校核后再掛線安裝中間格柵。圖4邊拱格柵定位支架圖縱梁模板采用組合鋼模板，用可調(diào)支架支撐丁?導(dǎo)洞壁上，施工段長度為15?25m?？v梁混凝土達到強度后分次澆注邊拱及背后回填混凝土，邊拱模板采用掛板施匚，如圖2,一次澆注不大于3m° 4.2主拱施工主拱采用臺階法開挖，上臺階預(yù)留核心土環(huán)向開挖，在馬頭門、過管線段及水糞影響的不良地質(zhì)段設(shè)置臨時豎撐。土體開挖時合理設(shè)置臺階寬度、掌子面坡度及核心土大小，臺階寬度為5?8m,掌子面坡度1：5,核心土留置以不影響格柵安裝等操作盡量大，減少進尺循環(huán)中開挖時間與土體的暴露時間，利于掌子面穩(wěn)定。圖5主拱開挖施匸圖兩側(cè)拱腰處導(dǎo)洞初支破除超前主拱開挖1?2栩，開槽寬度1.0-1.2m。導(dǎo)洞破除對土體振動較大，施工時需設(shè)置注漿管并及時注漿回填補償。為加強節(jié)點部位強度，應(yīng)預(yù)留導(dǎo)洞格柵主筋，待主拱格柵安裝后在相交處用L筋將主拱格柵鋼筋與導(dǎo)洞格柵主筋焊接加強。圖6L筋焊接加固圖由丁?工體北路站主要位丁-粉細砂層中，其顆粒均勻、致密無膠結(jié)，內(nèi)摩擦角23。?33°,口穩(wěn)性非常差，主拱開挖過程中施工風險大，因此開挖前采取了超前小導(dǎo)管注漿加固措施。粉細砂層由于孔隙小，滲透性差，水泥漿液加固時基本無擴散現(xiàn)象，故必須釆用溶液性注漿加固材料，研究后選用了改性水玻璃漿液，改性水玻璃漿液可灌性好、造價相對便宜、也無毒副作用，同時工藝較簡單，能夠利用現(xiàn)有的機具設(shè)備，固結(jié)強度能夠滿足要求。經(jīng)注漿試驗，確定改性水玻璃各項注漿參數(shù)為：注漿壓力控制在0.4MPa,單孔注漿量100L?150L,單孔注漿時間為3?5min,經(jīng)漿液從孔口周邊土體返出為度。4.3開口段施工車站施工中，在己完成支護的洞室內(nèi)側(cè)向開口施工新的洞室，其開口段施工俗稱馬頭門施工。馬頭門施工時破壞了原有支護結(jié)構(gòu)，對地層二次擾動，受力集中明顯，施工中應(yīng)釆取加強措施保證穩(wěn)定：馬頭門前3柿均采用型鋼進行支撐維護，在原有支護結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)冒加強環(huán)，并將內(nèi)力有效傳遞給加強環(huán)，加強環(huán)形狀圓順封閉，避免應(yīng)力集中，應(yīng)力重分布盡早完成?？紤]縱向效應(yīng)，采取長管棚、小導(dǎo)管與縱向連接筋等方式加強縱向連接，施工過程中應(yīng)減小對土體的二次擾動，采取環(huán)形分段開槽方法，混凝土破除時特別注意土壓力影響，保證開口正面土體穩(wěn)定。加強環(huán)設(shè)置一般采用連立兩檻型鋼或鋼格柵，采用型鋼時前期強度高，能迅速受力，但型鋼間空隙無法噴射混凝土充填，重量大，加工與安裝費時、要求高；鋼格柵較型鋼前期強度低，但內(nèi)部易噴射密實，混凝土強度增長后與格柵共同受力，整體性好，由于格柵鋼筋I(lǐng)I級筋，后期強度較型鋼高。因此馬頭門加強環(huán)永久支護釆用鋼格柵，臨時支撐采用型鋼。主體扣拱馬頭門段采用