高志剛

(西安科技大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院,710054,西安∥講師)

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柱洞法在北京地鐵車(chē)站工程施工中的應(yīng)用*

高志剛

(西安科技大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院,710054,西安∥講師)

以北京地鐵15號(hào)線(xiàn)學(xué)院路站為研究背景,通過(guò)查閱資料、咨詢(xún)專(zhuān)家并進(jìn)行數(shù)值模擬等手段，確立了對(duì)導(dǎo)洞內(nèi)土體進(jìn)行深孔劈裂注漿措施,加固土體并形成隔水層,取代了傳統(tǒng)的地面降水，節(jié)約了場(chǎng)地,消除了因降水造成地層水土流失而引起周邊建(構(gòu))筑物的不均勻沉降,也避免了城市地下水資源浪費(fèi)。將原來(lái)柱洞法的6導(dǎo)洞改為8導(dǎo)洞,鉆孔灌注樁改為人工挖孔樁,并對(duì)車(chē)站結(jié)構(gòu)施工工序進(jìn)行了優(yōu)化。工程實(shí)踐表明,修改后的施工方案縮短了工期,提高了施工效率,效益較好。

地鐵車(chē)站； 導(dǎo)洞; 數(shù)值模擬; 劈裂注漿; 降水; PBA工法

Author′s address School of Architecture and Civil Engineering,Xi′an University of Science and Technology,710054,Xi′an，China

受復(fù)雜條件的限制,在城市里進(jìn)行地下工程施工,常常受到很大影響[1-2]。特別是在首都北京,寸土寸金,基本上沒(méi)有多少可以利用的施工場(chǎng)地。多年以來(lái)形成的地下管線(xiàn),密集如蜘蛛網(wǎng),無(wú)論是圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工,還是地面止水帷幕施工都存在很大困難,也就更談不上放坡明挖了?，F(xiàn)有的這些條件都決定了只能采用暗挖施工。本文涉及的學(xué)院路站即采用柱洞法進(jìn)行施工。柱洞又稱(chēng)為PBA(Pile Beam Arch)工法，即“洞、樁、墻”暗挖逆作法,是由北京城建設(shè)計(jì)研究總院著名的地下工程專(zhuān)家崔志杰等發(fā)明的修建大型地下空間的方法。該工法主要是利用小導(dǎo)洞和樁技術(shù)在對(duì)地層不產(chǎn)生大的擾動(dòng)的情況下,在地下形成梁、柱縱向支撐體系；一旦扣拱完成,即全面形成縱橫向框架空間支撐體系。在此支撐體系保護(hù)下可安全地開(kāi)挖站廳層和站臺(tái)層。在此主導(dǎo)思想下,可以采取不同的具體方案展開(kāi)施工[3-7]。

本文即以該車(chē)站為工程背景,確立了在導(dǎo)洞內(nèi)采取深孔劈裂注漿措施從而避免地面降水的施工方法,并對(duì)原設(shè)計(jì)PBA工法進(jìn)行了優(yōu)化,形成了一套完整的“免降水8導(dǎo)洞PBA”施工技術(shù)，可顯著節(jié)約工期和成本。

1 工程概況

北京地鐵15號(hào)線(xiàn)學(xué)院路站位于清華東路與學(xué)院路交叉口,為島式車(chē)站。車(chē)站總長(zhǎng)為255.5 m,標(biāo)準(zhǔn)段寬23.3 m,有效站臺(tái)寬14.0 m,車(chē)站有效站臺(tái)中心處軌面高程26.950 m。平面位置見(jiàn)圖1。

車(chē)站主體采用暗挖法施工,其中中間跨學(xué)院路路口為單層段、東西兩側(cè)為雙層段。西段暗挖雙層主體結(jié)構(gòu)部分長(zhǎng)74.05 m,采用三聯(lián)拱結(jié)構(gòu),標(biāo)準(zhǔn)段寬23.1 m,高15.95 m,最厚覆土8.15 m。中段暗挖單層主體結(jié)構(gòu)部分長(zhǎng)52.8 m,采用三聯(lián)拱結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)寬24.5 m,高10.6 m,最厚覆土13.3 m。東段暗挖雙層主體結(jié)構(gòu)部分長(zhǎng)128.65 m,采用三聯(lián)拱結(jié)構(gòu),標(biāo)準(zhǔn)段寬23.1 m,高15.95 m,最厚覆土7.64 m。車(chē)站東西兩端均接礦山法區(qū)間。共設(shè)4個(gè)出入口、2座風(fēng)亭。

圖1 學(xué)院路站平面示意圖

圖2 車(chē)站橫剖面及地質(zhì)情況示意圖

擬建場(chǎng)地內(nèi)的地下水詳細(xì)情況見(jiàn)表1。

表1 地下水情況一覽表

2 施工方案優(yōu)化

2.1 原施工方案及其難點(diǎn)

原設(shè)計(jì)施工方案為6導(dǎo)洞PBA暗挖施工。施工工序按先下后上、先邊后中、相鄰導(dǎo)洞施工錯(cuò)開(kāi)10 m以上距離,下層導(dǎo)洞超前上層導(dǎo)洞20 m等原則展開(kāi)施工。施工順序?yàn)?①施工下層中導(dǎo)洞,②施做底縱梁,③施做上層邊導(dǎo)洞,④進(jìn)行邊樁的鉆孔、澆筑等工作,錯(cuò)開(kāi)安全距離,⑤施工上層中導(dǎo)洞及其洞內(nèi)鋼管樁,⑥上層中導(dǎo)洞內(nèi)施工頂縱梁,⑦分段破除中導(dǎo)洞初支,進(jìn)行扣拱及鋼拉桿的施工,⑧分段對(duì)稱(chēng)施工邊跨扣拱及二襯,⑨站廳層開(kāi)挖及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)施工,⑩中板施工,站臺(tái)層開(kāi)挖及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)施工,底板施工至結(jié)束。

原設(shè)計(jì)的6導(dǎo)洞PBA施工方案存在以下問(wèn)題:首先,在上層兩側(cè)導(dǎo)洞內(nèi)施做鉆孔灌注樁作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)邊樁,在洞內(nèi)使用機(jī)械成孔，施工難度較大;邊導(dǎo)洞凈寬3.5 m,凈高4.25 m,洞內(nèi)使用機(jī)械成孔作業(yè)面過(guò)小,施工過(guò)程產(chǎn)生的泥漿與渣土污染洞內(nèi)環(huán)境,清運(yùn)比較困難;如果必須在導(dǎo)洞內(nèi)施工鉆孔灌注樁,則需要對(duì)施工機(jī)械進(jìn)行改造，以適應(yīng)洞內(nèi)空間。其次,機(jī)械成孔時(shí)間長(zhǎng),洞內(nèi)作業(yè)環(huán)境差,鋼筋籠吊裝節(jié)數(shù)較多,造成接頭較多,連接時(shí)間長(zhǎng),同時(shí)質(zhì)量也難以保證。因此需要對(duì)開(kāi)挖施工作進(jìn)一步的優(yōu)化工作。

另外,地下工程施工要盡可能提供干作業(yè)環(huán)境,尤其作為暗挖工程更加重要。一旦發(fā)生滲漏水引起管涌,帶來(lái)的各方面損失不可預(yù)計(jì)。本方案中原設(shè)計(jì)計(jì)劃采用地面降水措施，但由于本車(chē)站主體結(jié)構(gòu)降水井位位于新修的城市主干道,交通繁忙,施工圍擋后的道路導(dǎo)改難以實(shí)施,嚴(yán)重制約施工工期,計(jì)劃根據(jù)已經(jīng)施工的豎井及橫通道地質(zhì)情況,采取洞內(nèi)注漿止水措施。因此,對(duì)降水工作進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)無(wú)地面降水施工。

2.2 無(wú)地面降水施工優(yōu)化

結(jié)合以往暗挖隧道的滲漏水封堵施工經(jīng)驗(yàn),擬采用深孔劈裂注漿措施,以達(dá)到免降水的目的。注漿機(jī)理見(jiàn)圖3。

圖3 土體注漿機(jī)理示意圖

2.2.1 注漿機(jī)理分析

注漿時(shí)漿液達(dá)到一定壓力后,在注漿孔范圍會(huì)產(chǎn)生一定大小的氣泡,隨著壓力不斷增加,最終漿液泡體上方的土體會(huì)產(chǎn)生一個(gè)錐形剪切面;另一方面,當(dāng)漿液泡體的直徑增大時(shí),周?chē)耐馏w將提供越來(lái)越大的阻力。設(shè)漿液泡體的向上總壓力為Fy,漿液泡體的水平總壓力為Fx,圓柱型漿液泡體的平面投影面積為Ay,圓柱型漿液泡體的側(cè)面面積為Ax。則有:

Ay=π·d2/4，F(xiàn)y=σ·Ay

Ax=π·d·l，F(xiàn)x=σ·Ax

式中:

d——漿液泡體直徑；

l——漿液泡體高度；

σ——土體的孔隙水壓力,在小范圍內(nèi)可視為惟一值。

因此可知Fy的增加與漿液圓柱體直徑的平方成正比,而Fx的增加與漿液圓柱體直徑的一次方成正比。因此漿液向上總壓力的增加幅度遠(yuǎn)大于總水平力的增加幅度。在一定壓力下,漿液泡體直徑達(dá)到了極限值dmax,與d·l相應(yīng)的注漿壓力設(shè)為Pn。當(dāng)注漿壓力為該值時(shí),水平和向上的壓力使?jié){液充分填充土體間縫隙,在擬開(kāi)挖導(dǎo)洞輪廓外形成注漿圈,從而達(dá)到止水目的[8-10]。

2.2.2 注漿的加固效果分析

注漿還兼具以下效果:①擴(kuò)散的漿液可以有效封堵周?chē)馏w的間隙,隔絕空氣,形成止水圈;②膠結(jié)導(dǎo)洞輪廓外周?chē)扑轶w,提高其力學(xué)特性,從而減少支護(hù)結(jié)構(gòu)的荷載;③劈裂注漿并配合導(dǎo)洞開(kāi)挖初支,形成的組合拱結(jié)構(gòu)和支護(hù)結(jié)構(gòu)共同承載;④注漿可加大支護(hù)結(jié)構(gòu)面尺寸,圍巖作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的荷載所產(chǎn)生的彎矩減小,從而降低了支護(hù)結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的應(yīng)力,擴(kuò)大了支護(hù)結(jié)構(gòu)承載能力的適應(yīng)性,與原狀土形成一個(gè)整體,從而在大構(gòu)造應(yīng)力作用下穩(wěn)定而不易產(chǎn)生破壞。

以單導(dǎo)洞為例,采用FLAC3D軟件進(jìn)行深孔注漿數(shù)值分析(見(jiàn)圖4)。本次計(jì)算時(shí)采用莫爾-庫(kù)侖強(qiáng)度準(zhǔn)則,在遵循“圣維南”原理的基礎(chǔ)上,選擇5倍洞徑建立模型,模型長(zhǎng)寬高分別為20 m×30 m×16 m,模型劃分為4 388個(gè)單元,4 635個(gè)節(jié)點(diǎn)。作為平面應(yīng)變問(wèn)題考慮,模型的前后左右和底部均采用固端約束,模型頂部為自由約束。

從注漿模擬結(jié)果來(lái)看,經(jīng)過(guò)對(duì)導(dǎo)洞周邊土體進(jìn)行注漿,形成加固止水圈(圖2中拱頂深色部分)后,在安全方面,在導(dǎo)洞周邊土體受力上相當(dāng)于拱橋作用,使拱頂沉降減少了30%左右,相應(yīng)地表沉降也有很大程度的減少,最終使沉降值處于安全控制范圍之內(nèi)。在止水效果方面,不但可以阻止地下水的入侵,保證暗挖施工的干作業(yè),而且對(duì)于車(chē)站運(yùn)營(yíng)期間的防水也有一定作用。

圖4 注漿前后地表變形云圖

2.2.3 注漿參數(shù)設(shè)計(jì)

理論分析和預(yù)測(cè)計(jì)算都肯定了深孔劈裂注漿的可靠性?，F(xiàn)在對(duì)注漿參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。注漿壓力是注漿施工中的重要參數(shù),它關(guān)系到注漿施工的質(zhì)量以及是否經(jīng)濟(jì)。因此,正確確定注漿壓力和合理運(yùn)用注漿壓力有重要意義。注漿壓力與砂層孔隙發(fā)育程度、涌水壓力、漿液材料的黏度和凝膠時(shí)間長(zhǎng)短等有關(guān),目前均按經(jīng)驗(yàn)確定。通常情況下按如下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算:

P=kh

式中:

P——注漿壓力,MPa;

k——注漿壓力系數(shù),按照表2取值;

h——注漿處深度,m。

注漿土層主要是粉質(zhì)黏土和粉土,結(jié)合圖2,可得此處注漿理論壓力約為0.3 MPa。

表2 注漿壓力系數(shù)表

劈裂注漿脈壓提高后,土顆粒更加密實(shí)和固結(jié)。但是壓力不能超過(guò)邊界條件的允許值,否則就會(huì)引起地面、基礎(chǔ)或者結(jié)構(gòu)物的變形和破壞。同時(shí)考慮注漿經(jīng)驗(yàn)理論,注漿壓力應(yīng)是該處?kù)o水壓力的1～3倍,故注漿壓力控制在0.3～1.0 MPa。在注漿過(guò)程中要嚴(yán)格控制。

注漿量按照以下公式進(jìn)行估算:

L=vna(1+β)

式中:

L——注漿量,m3;

v——注漿范圍土體體積,m3;

n——地層孔隙率;

a——漿液充填系數(shù),0.7～0.9;

β——漿液損失率,10%～30%。

一般來(lái)說(shuō),a(1+β)統(tǒng)稱(chēng)為填充率，其值可根據(jù)試驗(yàn)確定。

2.2.4 深孔劈裂注漿免降水措施

為達(dá)到免降水的目的,根據(jù)工程特點(diǎn)和地質(zhì)條件,在導(dǎo)洞拱部采用二重管無(wú)收縮劈裂注漿,用較高的壓力將黏性土層中細(xì)小裂隙劈開(kāi),漿液在劈縫中填充、固結(jié),以達(dá)到穩(wěn)固土體和止水的目的。工藝如下:

(1) 主要對(duì)導(dǎo)洞拱部土體進(jìn)行注漿止水加固,注漿范圍為下層導(dǎo)洞起拱線(xiàn)以下1 m,初支結(jié)構(gòu)外輪廓線(xiàn)以外1.5 m,內(nèi)輪廓線(xiàn)以?xún)?nèi)0.5 m;上層導(dǎo)洞起拱線(xiàn)以下1 m,初支結(jié)構(gòu)外輪廓線(xiàn)以外1.5 m全斷面。按照先外后內(nèi)的順序進(jìn)行注漿。深孔劈裂注漿示意圖如圖5所示。

圖5 深孔劈裂注漿示意圖

(2) 導(dǎo)洞內(nèi)深孔注漿每一注漿循環(huán),孔徑φ50 mm,每個(gè)孔眼分兩次打孔注漿,第一次打設(shè)孔眼外插角度為5°,第二次打設(shè)孔眼外插角度為15°,孔眼布設(shè)間距為0.8～1.0 m。

(3) 注漿參數(shù)取值——注漿采用雙液漿,漿液采用相對(duì)綠色環(huán)保的水泥-水玻璃,其配比為1∶0.8～1∶1(體積比);注漿壓力控制在0.5～2.0 MPa范圍內(nèi),凝膠時(shí)間控制在1～2 min;緩凝劑的摻量根據(jù)所需凝膠時(shí)間而定,一般為水泥用量的2%～3%;注漿采用的水玻璃,濃度為37波美度,水泥為PO.42.5。

(4) 深孔注漿施工方法——①注漿采用雙重管后退式分段注漿工藝,分段長(zhǎng)度約為0.5 m,鉆一孔注一孔;②根據(jù)注漿壓力不同,施工中漿液霹靂半徑為0.3～0.6 m;③重要管線(xiàn)下方地層加固時(shí),采用低壓多次注漿,防止壓力過(guò)大使管線(xiàn)破損;④參考注漿量公式及表3可知,單孔注漿量約為0.6 m3,當(dāng)流量不變時(shí),若壓力長(zhǎng)時(shí)間不上升,漿液應(yīng)調(diào)濃一級(jí);流量急劇減少,壓力上升很快時(shí),漿液調(diào)稀一級(jí);⑤注漿快至工作面時(shí),及時(shí)減小注漿壓力,防止壓力過(guò)大而引起工作面開(kāi)裂;⑥注漿結(jié)束的標(biāo)準(zhǔn)是孔口壓力達(dá)到設(shè)計(jì)終壓并維持10～20 min,而且單位時(shí)間進(jìn)漿量很少;⑦注漿結(jié)束后,應(yīng)及時(shí)清洗注漿設(shè)備,以保證設(shè)備完好,管路暢通。

(5) 導(dǎo)洞的加固長(zhǎng)度為12 m,每次開(kāi)挖長(zhǎng)度為10 m,預(yù)留2 m長(zhǎng)的止?jié){墻,重復(fù)以上步驟至開(kāi)挖結(jié)束。

2.3 PBA工法優(yōu)化

2.3.1 原方案的優(yōu)化

從成本和工期來(lái)看,需要尋找一種便于施工而且進(jìn)度較快的方法。通過(guò)比較,決定將6導(dǎo)洞方案優(yōu)化為8導(dǎo)洞方案,同時(shí)將邊樁由鉆孔灌注樁優(yōu)化為人工挖孔樁,這樣就免去了機(jī)械改造,節(jié)約了成本,同時(shí)也避免了泥漿污染,減少了清運(yùn)工作。此外，人工挖孔樁施工工藝成熟,樁長(zhǎng)較短,只有7.25 m,隔二挖一,鋼筋籠的主筋在樁內(nèi)就可以完成人工綁扎,鋼筋連接由焊接優(yōu)化為機(jī)械連接,施工方便,節(jié)約工期,且能保證施工質(zhì)量。優(yōu)化后的車(chē)站施工斷面見(jiàn)圖6。

2.3.2 優(yōu)化方案的施工方法

在小導(dǎo)洞初支施工時(shí),幾乎將靠近車(chē)站一側(cè)的橫通道側(cè)壁完全破除,需對(duì)馬頭門(mén)處進(jìn)行門(mén)式型鋼加固,橫向縱向都與初支結(jié)構(gòu)內(nèi)的格柵鋼架采用鋼筋綁焊牢固后掛網(wǎng)噴射混凝土,使之形成整體共同受力,完成受力托換,同時(shí)做好馬頭門(mén)處第一榀小導(dǎo)管超前注漿工作,控制馬頭門(mén)處的地面及管線(xiàn)沉降。具體施工步序見(jiàn)圖7。

圖6 8導(dǎo)洞PBA 工法斷面示意圖

第1步,對(duì)上、下層小導(dǎo)洞馬頭門(mén)進(jìn)行型鋼加固,下層導(dǎo)洞進(jìn)行深孔注漿預(yù)加固拱部土體,打設(shè)超前小導(dǎo)管預(yù)注漿,導(dǎo)洞開(kāi)挖采用DN32×3.25 mm鋼管超前注漿加固地層。小導(dǎo)管從拱部格柵中穿過(guò),仰角及外插角為車(chē)站20°～25°。環(huán)形預(yù)留核心土臺(tái)階法開(kāi)挖導(dǎo)洞,上下臺(tái)階錯(cuò)開(kāi)2.5～3.5 m,先同時(shí)開(kāi)挖兩側(cè)邊導(dǎo)洞,進(jìn)尺10 m后再錯(cuò)開(kāi)施工中間導(dǎo)洞,導(dǎo)洞間拉開(kāi)10 m距離。

第2步,下層小導(dǎo)洞進(jìn)尺40 m后,開(kāi)始施工上層導(dǎo)洞,打設(shè)超前小導(dǎo)管預(yù)注漿,環(huán)形預(yù)留核心土臺(tái)階法開(kāi)挖導(dǎo)洞,先同時(shí)開(kāi)挖兩側(cè)邊導(dǎo)洞,進(jìn)尺10 m后再錯(cuò)開(kāi)施工中間導(dǎo)洞,導(dǎo)洞間拉開(kāi)10 m距離。

第3步,導(dǎo)洞初支結(jié)構(gòu)施工完成后,進(jìn)行初支背后補(bǔ)償注漿,處理下層中間導(dǎo)洞防水基面,施做防水層,施工底縱梁及兩側(cè)邊導(dǎo)洞內(nèi)的條基,底縱梁預(yù)埋鋼管柱預(yù)埋件,同時(shí)用鋼板保護(hù)防水甩茬,鋼筋接頭帶上保護(hù)帽,用膠帶固定牢固,采用泡沫進(jìn)行保護(hù)。

第4步,同時(shí)施工上下層導(dǎo)洞間邊樁及鋼管柱的人工挖孔樁,施工邊樁及樁頂冠梁,回填下層邊導(dǎo)洞樁間及背后的C20混凝土回填,其中邊樁鋼筋籠主筋采用機(jī)械連接,直接在樁內(nèi)進(jìn)行綁扎。

第5步,中間導(dǎo)洞中施工鋼管混凝土柱(柱挖孔護(hù)壁與鋼管混凝土柱間空隙用砂填實(shí))。鋪設(shè)防水層,施作頂縱梁,在頂縱梁中預(yù)埋16型工字鋼拉桿,并采用同等級(jí)混凝土回填頂縱梁上部空間,預(yù)留鋼筋及防水接頭。邊導(dǎo)洞內(nèi)施作初支,初支與導(dǎo)洞間采用C20混凝土回填。

第6步,打設(shè)超前小導(dǎo)管注漿加固土體,臺(tái)階法開(kāi)挖拱部土體,先施工中跨初支扣拱,進(jìn)尺20 m后,同時(shí)施工兩側(cè)邊跨初支扣拱,中跨與邊跨扣拱開(kāi)挖錯(cuò)開(kāi)20 m距離,兩側(cè)邊跨扣拱同步開(kāi)挖。

第7步,初支扣拱施工完成后,分段破除拱部二襯范圍內(nèi)的導(dǎo)洞初支,分段長(zhǎng)度為7 m,鋪設(shè)防水層,澆筑結(jié)構(gòu)拱部二襯,中跨設(shè)置鋼拉桿。中跨拱部二襯先行,與邊跨拱部二襯錯(cuò)開(kāi)8～12 m,且兩邊跨同時(shí)澆筑。

圖7 8導(dǎo)洞PBA工法施工步序

第8步,待拱頂混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后,沿車(chē)站縱向分為若干個(gè)施工段,分層向下開(kāi)挖至站廳板底標(biāo)高。分段施作地模,鋪設(shè)側(cè)墻防水層,綁扎側(cè)墻鋼筋,澆筑中板結(jié)構(gòu)、站廳層側(cè)墻。分段長(zhǎng)度20～25 m,可根據(jù)實(shí)際監(jiān)測(cè)情況確定。待中板結(jié)構(gòu)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后,沿車(chē)站縱向分為若干個(gè)施工段(分段長(zhǎng)度15～20 m),開(kāi)挖主體負(fù)二層土體至距中板底4 m位置。

第9步,沿車(chē)站縱向分為若干個(gè)施工段(分段長(zhǎng)度15～20 m),分段、對(duì)稱(chēng)開(kāi)挖土體至主體底板位置,先開(kāi)挖邊跨的土體并及時(shí)施做300厚鋼筋網(wǎng)墊層,后跟進(jìn)中跨施工,并及時(shí)施做300厚鋼筋網(wǎng)墊層,待達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后,鋪設(shè)底板及側(cè)墻防水層,澆筑中跨及邊跨底板結(jié)構(gòu)及負(fù)二層側(cè)墻結(jié)構(gòu)?；炷吝_(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后,拆除型鋼,并施工內(nèi)部結(jié)構(gòu),完成車(chē)站主體結(jié)構(gòu)施工。

2.3.3 工序優(yōu)化

原計(jì)劃在結(jié)構(gòu)底板搭設(shè)腳手架來(lái)施工軌頂風(fēng)道,軌頂風(fēng)道的鋼筋需要提前預(yù)埋。這種工序?qū)夗旓L(fēng)道的鋼筋綁扎及混凝土澆筑密實(shí)性施工帶來(lái)了困難,難以保證施工質(zhì)量,且施工時(shí)間長(zhǎng),過(guò)程不好操作。根據(jù)工程實(shí)際情況,在施工中板的同時(shí),將軌頂風(fēng)道同中板一同施工,采用土模施工方法,既保證了軌頂風(fēng)道的施工質(zhì)量,又加快了施工進(jìn)度。

車(chē)站結(jié)構(gòu)底板原計(jì)劃先施工中跨底板,再施工兩側(cè)邊跨底板。經(jīng)過(guò)研究決定負(fù)二層土方開(kāi)挖至底縱梁頂時(shí),開(kāi)挖邊跨土方,施工300 mm厚鋼筋網(wǎng)墊層,施工邊跨底板,中跨則作為施工便道,便于施工材料運(yùn)輸,待兩側(cè)邊跨底板施工30 m左右,可以進(jìn)行側(cè)墻施工后,開(kāi)始開(kāi)挖中跨土方,施工中跨底板。工序優(yōu)化后可以加快負(fù)二層側(cè)墻的施工進(jìn)度,節(jié)約工期。

3 施工監(jiān)測(cè)

3.1 監(jiān)測(cè)目的及測(cè)點(diǎn)布置

為了確保優(yōu)化方案的施工可靠性,隨時(shí)掌握施工過(guò)程中的動(dòng)態(tài)信息,以便及時(shí)調(diào)整支護(hù)參數(shù),完善施工設(shè)計(jì),確保施工安全生產(chǎn),對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行全程監(jiān)測(cè)。

根據(jù)本工程的特點(diǎn)及施工方案,對(duì)車(chē)站周邊環(huán)境及初支結(jié)構(gòu)進(jìn)行布點(diǎn)監(jiān)測(cè)(見(jiàn)圖8),監(jiān)測(cè)以地表及地下管線(xiàn)位移為主,真實(shí)采集數(shù)據(jù),及時(shí)分析對(duì)比,及時(shí)反饋信息,指導(dǎo)施工。

圖8 地表沉降測(cè)點(diǎn)布置圖

3.2 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

因?yàn)檐?chē)站上方有一道直徑1 400 mm的自來(lái)水管,因此重點(diǎn)對(duì)自來(lái)水管上方的土體沉降進(jìn)行分析,其上土層沉降參見(jiàn)圖9。

圖9 地表沉降曲線(xiàn)

由監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化曲線(xiàn)可知,車(chē)站初支施工期間,在橫通道破除馬頭門(mén)開(kāi)挖小導(dǎo)洞期間,結(jié)構(gòu)上方土體擾動(dòng)較大,尤其管線(xiàn)上方的土體由于自身施工原因產(chǎn)生較大位移,沉降量較大,隨著暗挖施工措施不斷加強(qiáng)及現(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)格控制,沉降值趨于平穩(wěn),地表最大沉降量為46.7 mm(設(shè)計(jì)要求60 mm),工程施工風(fēng)險(xiǎn)整體處于可控狀態(tài)。

4 結(jié)語(yǔ)

(1) 通過(guò)數(shù)值分析及理論計(jì)算并試驗(yàn)等手段可以通過(guò)二重管深孔劈裂注漿技術(shù)在導(dǎo)洞外形成加固止水層,從而避免地上降水措施,節(jié)約了場(chǎng)地和工期。

(2) PBA工法施工時(shí),將6導(dǎo)洞方案優(yōu)化為8導(dǎo)洞方案,邊樁由鉆孔灌注樁優(yōu)化為人工挖孔樁,可以避免機(jī)械改造,也降低了孔深;同時(shí)將樁身鋼筋籠由焊接優(yōu)化為機(jī)械連接,有利于洞內(nèi)施工環(huán)境保護(hù),也大量節(jié)約了工期。

(3) 將軌頂風(fēng)道和車(chē)站結(jié)構(gòu)中板一起施工,底板中跨作為施工便道滯后邊跨施工的工序非常有利于施工,值得推廣。

(4) 本案例中形成的免降水8導(dǎo)洞PBA暗挖工法經(jīng)濟(jì)適用,適合在同類(lèi)暗挖工程中推廣。

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Application of PBA Underground Excavation Method in Beijing Metro Station Construction

GAO Zhigang

Based on Xuanyuan Road Station of Beijing metro Line 15, the measures of deep hole fracture grouting are taken through data search, expert consultation and numerical simulation. By this way, the place of the traditional ground surface dewatering is taked by the reinforcement of the soil to format the water-resisting layer. It saves space, eliminates the uneven settlement of the surrounding buildings caused by soil erosion because of dewatering,and circumvents the waste of groundwater resources. This method optimizes the PBA excavation method from 6 guide holes to 8 guide holes,from bored piles to artificial drilled piles,and the working procedure of the station structure as well. The engineering practice shows that the optimized construction technique can shorten the project time limit,improve the efficiency of construction and bring about larger benefit.

metro station; guide hole; numerical simulation; fracture grouting; dewatering; PBA (pile beam arch) excavation method

*國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41502298)

TU 94+1

10.16037/j.1007-869x.2017.05.028

2016-03-10)