□文/王冰琰

隨著城市軌道交通工程的不斷發(fā)展，受線路規(guī)劃、地下管線和車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等因素的影響，新建地鐵車站的附屬結(jié)構(gòu)往往無法采用傳統(tǒng)的拱頂斷面形式，越來越多的平頂直墻結(jié)構(gòu)出現(xiàn)。與拱頂直墻斷面比較，平頂直墻結(jié)構(gòu)具有施工風(fēng)險(xiǎn)等級高、工序轉(zhuǎn)換復(fù)雜、沉降控制敏感等特點(diǎn)，由于不起拱，頂部承載力不足，在開挖和二次襯砌拆撐階段的施工風(fēng)險(xiǎn)較大，極易出現(xiàn)土體坍塌和結(jié)構(gòu)沉降過大等問題[1]；在設(shè)計(jì)中，應(yīng)強(qiáng)調(diào)土體開挖、初支襯砌的防坍塌及二次襯砌過程中的受力轉(zhuǎn)換；在施工時(shí)，除應(yīng)嚴(yán)格遵循“管超前、嚴(yán)注漿、短開挖、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測”的十八字方針外，還應(yīng)遵循“初支謹(jǐn)防坍塌，二襯合理轉(zhuǎn)換”的原則，加強(qiáng)對上覆土體和結(jié)構(gòu)沉降的控制。

1 工程概況

北京市某新建地鐵車站與既有車站的換乘通道密貼下穿市政管線，受高程限制無法起拱，采用平頂直墻結(jié)構(gòu)。受地鐵線路規(guī)劃限制，新建通道設(shè)置4.3%的變坡段進(jìn)行調(diào)坡，實(shí)現(xiàn)新舊車站結(jié)構(gòu)的連接。暗挖通道拱部在進(jìn)洞1.4 m處設(shè)置一道框梁，將凈空高度下調(diào)并設(shè)置變形縫，保證通道結(jié)構(gòu)高程能夠滿足穿越市政管線的要求。見圖1。

暗挖通道結(jié)構(gòu)覆土厚10～12 m，穿越的地層主要為卵石5 層，自穩(wěn)性較差。水位20.4 m，地下水埋深22.4 m，結(jié)構(gòu)底板位于地下水之上。

為保證頂部結(jié)構(gòu)的剛度與強(qiáng)度，初期支護(hù)采用350 mm 厚的C20 網(wǎng)噴混凝土+格柵鋼架，拱腳打設(shè)鎖腳錨桿進(jìn)行注漿，減少施工沉降的影響。見表1。

圖1 換乘通道結(jié)構(gòu)剖面

表1 初期支護(hù)參數(shù)

暗挖通道共穿越6 條市政管線、1 座人行天橋，均為一級風(fēng)險(xiǎn)源[2]。見表2。

表2 暗挖結(jié)構(gòu)下穿風(fēng)險(xiǎn)源情況統(tǒng)計(jì)

2 超前注漿加固

為防止由于隧道無法成拱而引起的土體坍塌失穩(wěn)，超前支護(hù)可以結(jié)合工程地質(zhì)具體情況，靈活采用超前小導(dǎo)管、管幕棚護(hù)、深孔注漿等方式。對沒有降水條件的含水地層，也可以采用全斷面注漿加固方式，兼顧防坍塌、防沉降、封堵地下水的目的。

采用深孔注漿進(jìn)行落地式超前加固，注漿范圍為開挖線外2 m、開挖線內(nèi)1 m，注漿壓力控制在0.2～0.8 MPa，第一次注漿為試驗(yàn)段，以確定最佳注漿參數(shù)。由于地下水位于結(jié)構(gòu)底板以下，注漿液主要以加固地層為主，采用1∶1水泥砂漿，加固后地層無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為1.0 MPa，滲透系數(shù)≤1.0×10-6cm/s。

每段深孔注漿前，設(shè)置0.3 m厚的C20噴射混凝土作為止?jié){墻。止?jié){墻采用雙層φ6 mm@150 mm×150 mm鋼筋網(wǎng)和φ22 mm@500 mm×500 mm加強(qiáng)鋼筋，核心土采用50 mm厚C20噴射混凝土保護(hù)。

圖2 初期支護(hù)導(dǎo)洞設(shè)置

3 初期支護(hù)結(jié)構(gòu)

3.1 結(jié)構(gòu)斷面形式的選擇

暗挖通道標(biāo)準(zhǔn)段結(jié)構(gòu)寬14.3 m、高6.12 m，通道結(jié)構(gòu)可劃分為兩層六導(dǎo)洞或十導(dǎo)洞兩種形式。見圖2。

施工采用優(yōu)先柱墻二襯法。優(yōu)先柱墻二襯法是平頂直墻暗挖隧道的典型推薦工法，其優(yōu)點(diǎn)在于中部土體開挖之前，提前施作兩側(cè)導(dǎo)洞內(nèi)的結(jié)構(gòu)，較早形成豎向支撐體系來支撐上部土體[3]，充分利用開挖與二次襯砌施工過程中的時(shí)空效應(yīng)[4]，保證后續(xù)導(dǎo)洞暗挖與二次襯砌施工安全。

結(jié)合不同埋置深度、結(jié)構(gòu)形式、開挖跨度、周邊鄰近既有建（構(gòu)）筑物對沉降敏感程度來選擇合適的初支結(jié)構(gòu)和施工工序。一般對導(dǎo)洞尺寸的設(shè)置沒有強(qiáng)制性要求，但根據(jù)北京地鐵的大量設(shè)計(jì)與施工經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)遵循如下原則[5]：

1）導(dǎo)洞開挖跨度一般應(yīng)＜4 m，總開挖跨度應(yīng)＜12 m；

2）導(dǎo)洞開挖高度一般應(yīng)＜5 m且應(yīng)根據(jù)具體人工操作高度酌情采用一次或多次臺階法開挖；

3）各導(dǎo)洞的縱向開挖間距應(yīng)≮1.5倍導(dǎo)洞高度。

圖3 六導(dǎo)洞施工第一步

3.1.1 六導(dǎo)洞結(jié)構(gòu)施工工序

1）深孔注漿加固土體，小步距、臺階法開挖導(dǎo)洞

圖4 六導(dǎo)洞施工第二步

1、2，施作初期支護(hù)，各洞室縱向開挖長度＞1.5倍開挖高度。見圖3。

圖5 六導(dǎo)洞施工第三步

2）分段局部施作導(dǎo)洞內(nèi)防水層及底板、邊墻、頂板二襯結(jié)構(gòu)，施作頂板與底板間垂直支撐。見圖4。

圖6 六導(dǎo)洞施工第四步

3）深孔注漿加固土體，小步距、臺階法開挖小導(dǎo)洞3、4。見圖5。

圖7 六導(dǎo)洞施工第五步

4）分段局部施作導(dǎo)洞內(nèi)防水層及底板、邊墻、頂板二襯結(jié)構(gòu)，施作頂板與底板間垂直支撐。見圖6。

5）深孔注漿加固土體，小步距、臺階法開挖小導(dǎo)洞5、6，施作初期支護(hù)。見圖7。

圖8 六導(dǎo)洞施工第六步

6）施作剩余防水層及頂板、中柱、底板二襯結(jié)構(gòu)，新建二襯強(qiáng)度滿足要求時(shí)，逐步拆除垂直支撐，完成永久結(jié)構(gòu)。見圖8。

圖9 十導(dǎo)洞施工第一步

3.1.2 十導(dǎo)洞結(jié)構(gòu)施工工序

1）深孔注漿加固土體，小步距、臺階法開挖導(dǎo)洞

圖10 十導(dǎo)洞施工第二步

1、2，施作初期支護(hù)，各洞室縱向開挖長度＞1.5倍開挖高度。見圖9。

圖11 十導(dǎo)洞施工第三步

2）分段局部施作導(dǎo)洞內(nèi)防水層及底板、邊墻、頂板二襯結(jié)構(gòu)，施作頂板與底板間垂直支撐。見圖10。

圖12 十導(dǎo)洞施工第四步

3）深孔注漿加固土體，小步距、臺階法開挖小導(dǎo)洞3、4，施作初期支護(hù)。見圖11。

4）分段局部施作導(dǎo)洞內(nèi)防水層及頂板、中柱、底板二襯結(jié)構(gòu)。見圖12。

圖13 十導(dǎo)洞施工第五步

圖14 十導(dǎo)洞施工第六步

5）深孔加固土體，臺階法開挖導(dǎo)洞5、6，施作剩余防水層及頂板、底板二襯結(jié)構(gòu)，二襯封閉成環(huán)。見圖13。

6）新建二襯強(qiáng)度滿足要求時(shí)，逐步拆除垂直支撐，完成永久結(jié)構(gòu)，進(jìn)行二襯背后回填注漿。見圖14。

根據(jù)“化大斷面為小斷面，化大跨度為小跨度”的思路[6～7]，結(jié)合隧道穿越的復(fù)雜外部環(huán)境，初期支護(hù)優(yōu)先設(shè)置為兩跨雙層十導(dǎo)洞，減小施工跨度，最大限度降低施工風(fēng)險(xiǎn)，保證安全；但其工序較一般六導(dǎo)洞設(shè)置的平頂直墻隧道更為復(fù)雜，施工進(jìn)度慢，結(jié)構(gòu)施工縫多。

3.2 格柵鋼架節(jié)點(diǎn)板

初支格柵節(jié)點(diǎn)設(shè)置在受力較小區(qū)域（1/4～1/3 跨度），節(jié)點(diǎn)板連接采用8.8 級（A 級）螺栓等強(qiáng)連接，螺栓連接后再對節(jié)點(diǎn)板進(jìn)行圍焊補(bǔ)強(qiáng)。當(dāng)節(jié)點(diǎn)板縫隙過大，圍焊無法實(shí)施時(shí)，設(shè)置與主筋同直徑的幫焊鋼筋，單面搭接焊補(bǔ)強(qiáng)，搭接長度10d（d 為鋼筋直徑）。為保證頂部格柵鋼架剛度，頂部節(jié)點(diǎn)板全部設(shè)置幫焊筋。所有焊縫均采用雙面搭接電弧焊，焊縫高度≮8 mm。

施工中應(yīng)加強(qiáng)對頂部初支混凝土厚度與密實(shí)度的質(zhì)量控制，及時(shí)進(jìn)行初支背后回填注漿，避免由于頂部噴射混凝土的質(zhì)量缺陷而引起初期支護(hù)構(gòu)件的剛度、強(qiáng)度損失以及拱頂沉降。

4 二次襯砌臨時(shí)支撐拆除

平頂直墻結(jié)構(gòu)應(yīng)充分重視豎向支撐體系的連續(xù)性，優(yōu)先形成豎向永久結(jié)構(gòu)承載力體系，謹(jǐn)慎拆除豎向支撐[8]。二襯施工時(shí)的臨時(shí)支撐處理方法主要有兩種：一是在二襯施工前進(jìn)行換撐，分段跳倉施工底板、頂板結(jié)構(gòu)；二是不進(jìn)行拆撐施工，將支撐底部進(jìn)行防水節(jié)點(diǎn)處理后，直接澆筑在二次襯砌內(nèi)部，達(dá)到強(qiáng)度后割除。

4.1 換撐工藝

將暗挖通道底板高度范圍的臨時(shí)中隔壁混凝土進(jìn)行破除，破除后的中隔壁與底板襯砌鋼筋內(nèi)側(cè)保護(hù)層同標(biāo)高，逐根割除工字鋼，在工字鋼基底上進(jìn)行基面處理后鋪設(shè)防水板，防水保護(hù)層澆筑完成后，鋪設(shè)25 cm×25 cm 鋼板，使臨時(shí)支撐坐落在鋼板上形成整體支撐墻，以此來解決中隔壁破除導(dǎo)致豎向支撐不足的問題。待結(jié)構(gòu)澆筑完成后拆除臨時(shí)支撐，剔除凹槽，對工字鋼與混凝土結(jié)合部進(jìn)行打磨、防銹處理，使用等強(qiáng)度水泥抹灰找平。

臨時(shí)支撐分段、跳倉拆除長度一般≯7 m，杜絕底板一次通鋪，橫向支撐拆除及替換與豎向支撐同步，盡量減小一次拆撐范圍。

4.2 不拆撐工藝

將底板高度范圍豎向支撐混凝土鑿除，對型鋼進(jìn)行防腐處理，周圍使用丁基橡膠粘接帶與橡化瀝青非固化防水涂料進(jìn)行加強(qiáng)后，將工字鋼直接澆筑在底板結(jié)構(gòu)內(nèi)部。

圖15 底板中隔壁防水節(jié)點(diǎn)

對沉降控制敏感的高風(fēng)險(xiǎn)通道，一般建議使用此工藝；既能保證施工安全性，又能夠?qū)崿F(xiàn)二襯結(jié)構(gòu)大面積快速施工，有效減小結(jié)構(gòu)沉降量，提高施工進(jìn)度，降低拆撐風(fēng)險(xiǎn)，但同時(shí)也有細(xì)部防水節(jié)點(diǎn)工藝復(fù)雜的缺點(diǎn)[9]。見圖 15。

5 特殊措施

5.1 回填注漿

平頂直墻暗挖隧道結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了其沉降控制偏弱，因此應(yīng)加強(qiáng)初支及二襯背后回填注漿。

初支背后回填注漿分兩次進(jìn)行：第一次距掌子面3～5 m，為低壓注漿，至相鄰注漿孔有漿液溢出或達(dá)到壓力并穩(wěn)定一段時(shí)間后結(jié)束；第二次距開挖面8～10 m，為飽壓注漿，注漿壓力0.5 MPa，風(fēng)險(xiǎn)工程段注漿壓力提高至0.8 MPa。注漿孔沿頂部和邊墻布置：環(huán)向間距起拱線以上為2 m、邊墻為3 m，縱向間距3 m，呈梅花型布置且拱頂部位置需保證有1根注漿管。

二襯背后回填注漿應(yīng)在二襯結(jié)構(gòu)混凝土達(dá)到75%設(shè)計(jì)強(qiáng)度后進(jìn)行，注漿孔沿?cái)嗝婀安坎贾?，環(huán)向間距3 m，縱向間距5 m，呈梅花型布置。

5.2 千斤頂應(yīng)急措施

型鋼或者鋼拱架作為初期支護(hù)時(shí)，只能被動承受荷載，不能主動提供向上的抬升力。在穿越既有設(shè)施的施工過程中，由于下方土體已被挖空，當(dāng)結(jié)構(gòu)沉降過大時(shí)，無法通過注漿的方式對結(jié)構(gòu)進(jìn)行抬升。除在通道內(nèi)增設(shè)I25a@1 000 mm 型鋼作為臨時(shí)支撐外，還可以根據(jù)監(jiān)測情況，在洞內(nèi)使用千斤頂作為聯(lián)合支護(hù)控制結(jié)構(gòu)拱頂沉降，保證上方穿越既有設(shè)施的安全。

6 結(jié)語

本文結(jié)合北京市某新建地鐵車站平頂直墻換乘通道的設(shè)計(jì)與施工，對其關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行闡述并提出針對周邊環(huán)境的具體設(shè)計(jì)與施工改進(jìn)措施。

1）平頂直墻暗挖隧道的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合地質(zhì)條件、隧道穿越的外部環(huán)境以及結(jié)構(gòu)沉降要求，必要時(shí)減小導(dǎo)洞施工跨度，最大限度地降低施工風(fēng)險(xiǎn)，保證安全。

2）平頂直墻結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵施工工序，如超前加固、暗挖施工、臨時(shí)支撐拆除等，在實(shí)際施工中要堅(jiān)持信息反饋和動態(tài)控制的原則，充分考慮暗挖與二次砌筑施工過程中的時(shí)空效應(yīng)，及時(shí)調(diào)整施工方案。

3）對沉降控制敏感的隧道結(jié)構(gòu)，保留臨時(shí)支撐的工藝既能保證結(jié)構(gòu)施工安全性，又能夠?qū)崿F(xiàn)二次襯砌大面積快速施工，可以有效減小結(jié)構(gòu)沉降量。