蔡厚強(qiáng)

(中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司　武漢　430056)

大連地鐵2號(hào)線師范大學(xué)站工法選擇

蔡厚強(qiáng)

(中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司武漢430056)

摘要以大連地鐵2號(hào)線師范大學(xué)站為例，介紹城市地鐵施工常見的幾種工法，系統(tǒng)分析各自優(yōu)缺點(diǎn)，并結(jié)合本站的周邊環(huán)境、地質(zhì)水文條件進(jìn)行綜合比選，確定合理工法，使施工安全可靠，保證施工工期質(zhì)量，降低工程成本。

關(guān)鍵詞暗挖法拱蓋法PBA工法

目前，在地鐵車站建設(shè)過程中多以傳統(tǒng)的明挖法為主，但是明挖法對(duì)城市交通、管線影響較大，給城市居民生活帶來諸多不便，社會(huì)影響不好。而暗挖法可以避免上述弊端，并且在北京、大連、青島、廈門等城市已經(jīng)多次成功應(yīng)用。本文主要分析如何在保證工程安全的前提下，通過合理選擇工法，減少對(duì)社會(huì)影響來達(dá)到工程要求。對(duì)類似工程設(shè)計(jì)、施工和經(jīng)濟(jì)比較具有重要意義。

1工程概況

大連師范大學(xué)站站臺(tái)計(jì)算長(zhǎng)度中心里程CK19+323.433，起訖里程CK19+217.633～

CK19+387.833，車站外包總長(zhǎng)170.2 m，線間距13 m。為2層地下站，島式站臺(tái)，站臺(tái)計(jì)算長(zhǎng)度中心處軌面高程-6.500 m。路面標(biāo)高為19.110~22.897 m，頂板覆土厚為11.34～14.79 m，底板底面高程為-9.67～-9.09 m。

(1) 站位周邊交通狀況。師范大學(xué)站位于遼寧師范大學(xué)正門、黃河路與蘭青街、蘭秀街交叉路口，在黃河路上呈東西向布置。黃河路雙向6車道，上下行2幅車道有一定高差，靠近東端處最大高差達(dá)1.5 m，車站東北角有大連市公共電車公司黃河路停車場(chǎng)。黃河路現(xiàn)狀道路寬約26 m，規(guī)劃道路寬45 m，交通流量大。

(2) 周邊建筑物情況。師范大學(xué)站南側(cè)為遼寧師范大學(xué)、黃河路北側(cè)由東向西依次是大連市電車公司黃河路車場(chǎng)、蘭秀小區(qū)和中國(guó)郵政儲(chǔ)蓄所遼師郵政所。

(3) 地下管線情況。師范大學(xué)站地下管線較多，主要為沿黃河路分布的電力管、電信管、給水管、排水管等，對(duì)車站影響較大的管線為DN700的給水管(埋深2.24 m)及DN750污水管(埋深3.15 m)。

(4) 工程地質(zhì)與水文地質(zhì)。地貌為剝蝕殘丘，主要地層為第四系人工堆積層、第四系上更新統(tǒng)沖洪積層碎石層、青白口系細(xì)河群橋頭組石英巖夾板巖。

本場(chǎng)地地下水按賦存條件主要為孔隙水及基巖裂隙水?？紫端饕x存在素填土層中，基巖裂隙水主要賦存于強(qiáng)風(fēng)化及中風(fēng)化板巖中。本次勘察期間穩(wěn)定地下水位埋深1.50～5.00 m，水位高程15.88～21.91 m。地下水總的徑流方向?yàn)橛杀蔽飨蚰蠔|。地下水的排泄途徑主要是地下徑流及大氣蒸發(fā)。主要補(bǔ)給來源為大氣降水。

2常見施工工法比選

目前國(guó)內(nèi)地鐵車站施工較為成熟的方法有明挖法、蓋挖法和暗挖法，針對(duì)本站具體情況，各方法歸納特點(diǎn)見表1。

表1　車站常用施工方法比較表

由表1可見，在有條件進(jìn)行交通疏解和能夠進(jìn)行管線改移的情況下，應(yīng)優(yōu)先選用明挖法或蓋挖法施工，其次是暗挖法施工。由于師范大學(xué)站雙向車道地面高差較大，交通繁忙，車站采用明挖和蓋挖法對(duì)師范大學(xué)站交通影響較大，且管線較多，搬遷難度較大，而且車站全部處于中風(fēng)化巖層中，地質(zhì)情況較好，因此車站推薦采用淺埋暗挖法施工。

目前，暗挖雙層車站常用的施工方法有PBA法、拱蓋法、中洞法等幾種工法，各種工法特點(diǎn)比較見表2[1-2]。

表2　暗挖施工工法比較表

由表2可見，3種工法各有其優(yōu)缺點(diǎn)，且都有成功實(shí)施的先例，也都有一定的不足。

PBA 法即洞樁法(見圖1)，該方法的施工順序是先在起拱線附近開挖導(dǎo)坑，利用導(dǎo)坑施工鉆孔樁和樁頂縱梁，開挖上半斷面(采用環(huán)形開挖)進(jìn)行拱部襯砌，最后開挖其余部份完成底板和邊墻襯砌。

圖1　PBA工法斷面

師范大學(xué)站頂面中風(fēng)化石英巖夾板巖厚度6 m以上， PBA法在此地層中無需設(shè)邊樁，但導(dǎo)洞與頂梁施工周期過長(zhǎng)且臨時(shí)支護(hù)廢棄量過大，增加了本站的造價(jià)。

中洞法(見圖2)是修建淺埋暗挖隧道常用的方法，但首先開挖中間導(dǎo)洞，在中洞較大空間內(nèi)自下而上完成基礎(chǔ)、立柱、中隔板、頂梁和中拱，使之在中洞內(nèi)形成一個(gè)龐大的剛體頂住上部土體。用正臺(tái)階法或CRD法完成兩側(cè)洞開挖支護(hù)和二次襯砌。但在拆除臨時(shí)撐澆筑二次襯砌時(shí)風(fēng)險(xiǎn)大，地表擾動(dòng)大，安全性稍差。但考慮到師范大學(xué)巖面主要為巖石，可使用無柱單跨結(jié)構(gòu)。中洞法無柱斷面在空間使用上較為寬敞，對(duì)通風(fēng)等較好，且在總體造價(jià)上也有優(yōu)勢(shì)。

圖2　中洞法斷面

拱蓋法(見圖3)首先開挖兩側(cè)導(dǎo)洞澆筑大拱腳梁，后對(duì)中部巖柱開挖留核心土施做上部的初支和拱部二襯，在拱部二次襯砌的保護(hù)下大斷面開挖下部土體，然后順做二襯結(jié)構(gòu)，本工法具有對(duì)地面擾動(dòng)較小、風(fēng)險(xiǎn)可控、下部大斷面開挖速度快、臨時(shí)支護(hù)少、工序轉(zhuǎn)換少等優(yōu)點(diǎn)。

圖3　拱蓋法斷面

結(jié)合本站站址的地質(zhì)情況，車站埋深范圍內(nèi)主要圍巖為中風(fēng)化板巖，巖層情況較好、地下水不發(fā)育，故最終推薦采取拱蓋法施工。

3計(jì)算分析

暗挖車站施工不可避免會(huì)引起車站上方一定范圍內(nèi)地面出現(xiàn)沉降。在軟弱巖層中施工暗挖車站，出現(xiàn)地面沉降的主要原因是暗挖施工引起車站周圍土體的損失和地下水位下降引起的土體固結(jié)沉降。暗挖車站，應(yīng)事先計(jì)算并在施工過程中控制地面沉降值，以保證車站上方管線及建筑物的安全。

(1) 計(jì)算模式。采用平面有限單元法，考慮地層與襯砌共同作用。

(2) 計(jì)算斷面的選取。選取車站計(jì)算站臺(tái)中

心里程處斷面作為計(jì)算斷面。

計(jì)算資料顯示，車站施工完成后，地面最大沉降計(jì)算值為19.0 mm。

由于臨近建筑物距線路較遠(yuǎn)，地下管線埋置較淺，大多距主體線路距離較遠(yuǎn)，基本不受礦山法施工影響。根據(jù)以往類似地層的施工經(jīng)驗(yàn)，如果不進(jìn)行地層加固，施工引起的地面沉降會(huì)對(duì)上部建筑造成一定影響，但不會(huì)危及其安全。因此，在施工通過地上建筑時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)地面監(jiān)測(cè)，同時(shí)要跟蹤注漿。控制地表沉降最大不超過30 mm。

4結(jié)語(yǔ)

目前本站主體施工已經(jīng)基本完成，總結(jié)發(fā)現(xiàn)拱蓋法對(duì)地面沉降控制效果良好，施工安全性高，值得在類似地質(zhì)條件及場(chǎng)址推廣。具體經(jīng)驗(yàn)如下：

(1) 施工前必須調(diào)查清楚管網(wǎng)名稱、直徑、材質(zhì)、接口、年代、流量與結(jié)構(gòu)的關(guān)系，以便采取改移、導(dǎo)流、加固周邊土體等措施。

(2) 淺埋暗挖隧道以格柵(或其他鋼結(jié)構(gòu))和錨噴作為初期支護(hù)手段，遵循“新奧法”大部分原理，按照“十八字”原則(即管超前、嚴(yán)注漿、短開挖、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測(cè))進(jìn)行隧道的設(shè)計(jì)和施工。

(3) 淺埋暗挖技術(shù)從減少城市地表沉陷考慮，還必須輔之與其他配套技術(shù)，如地層加固、降水等。從工程條件出發(fā)，還必須熟悉在不同條件下的馬頭門開挖，斷面變化地段(諸如擴(kuò)大、爬高、轉(zhuǎn)彎等)開挖，由明挖進(jìn)入暗挖的破樁，分部開挖完成及自下而上的二次襯砌前的“托梁換柱”，實(shí)現(xiàn)“力的轉(zhuǎn)換”以確保安全等諸多關(guān)鍵技術(shù)。

(4) 淺埋暗挖必須無水作業(yè)，倘若帶水操作必然導(dǎo)致豆腐渣工程。經(jīng)驗(yàn)表明十次坍塌九次與地下水有關(guān)。因此，一般情況必須事前進(jìn)行地表井點(diǎn)降水。同時(shí)探明地質(zhì)構(gòu)造內(nèi)有無地下水囊，從而采取相應(yīng)措施，防止水囊內(nèi)積水流入洞內(nèi)，危及施工安全。

(5) 初支背后有空洞是公認(rèn)的事實(shí)，因此必須以梅花形布置注漿孔注漿填充，一般注普通水泥砂漿即可，也有注水泥、白灰和粉煤灰漿液的。初支在封閉成環(huán)后，背后注漿應(yīng)予跟上。

二襯背后也需注漿，因?yàn)楸盟投r混凝土收縮后拱背是平的，與初支有縫隙，需用同等級(jí)砂漿填充使之密貼。

參考文獻(xiàn)

[1]白效忍.城市地下工程的新淺埋暗挖法[J].鐵道工程學(xué)報(bào),1995(3)：115-121.

[2]王暖堂,陳瑞陽(yáng),謝 菁.城市地鐵復(fù)雜洞群淺埋暗挖法施工技術(shù)[J].巖土力學(xué)，2002(2)：209-212.

收稿日期：2015-03-15

DOI 10.3963/j.issn.1671-7570.2015.03.048