慕憲有

中鐵十八局集團第三工程有限公司 河北 涿州 072750

當前，以城市軌道交通為代表的城市地下工程越來越普遍，各種施工工法的出現(xiàn)，增大了現(xiàn)場施工的難度[1]。在復雜周邊環(huán)境和特殊地質條件下，因明挖車站會帶來巨大的施工風險和昂貴的造價，故而暗挖車站越來越多地出現(xiàn)在軌道交通車站的建設中[2]。暗挖車站多數(shù)采用CRD法、PBA法或一次扣拱暗挖逆作法施工，其主要方法均是先開挖導洞再擴大開挖主體。車站相對覆土更淺，開挖面積更大，開挖穩(wěn)定性控制要求更高[3]。

以淺埋暗挖法修建地鐵車站本身就具有高風險，而其中的初支封端施工更是難上加難。特別是地質條件復雜、地質參數(shù)變化較大的暗挖法地鐵車站，需要綜合巖土體穩(wěn)定性、地下結構埋深、結構形式和施工工法等進行詳細設計和施工，目前針對暗挖地鐵車站導洞等結構的初支封端的研究還很缺乏[4]。

本文以長春地鐵2號線南關站暗挖施工為例，對穩(wěn)定巖體和不穩(wěn)定巖體的車站主體導洞的臨時性封端和永久性封端施工進行系統(tǒng)性的分類研究，并提出了相應的施工方案，保證臨時性封端和永久性封端施工階段的安全穩(wěn)定，同時保證長期運營階段地鐵車站結構的穩(wěn)定，此研究成果可為類似工程提供參考。

1 工程背景

地鐵2號線南關站位于長春市解放大路和大經路交會路口，沿解放大路東西向敷設，位于解放大路主路正下方。車站為島式站臺，有效站臺寬13 m，車站總長191 m、凈寬20.3 m，覆土為8.0～8.8 m。車站主體為雙層三跨拱頂直墻式結構，采用一次扣拱暗挖逆作法施工，共設置4個出入口、2個風亭及1個緊急疏散通道。車站東側1#豎井風道為盾構接收提供條件，車站西側區(qū)間設置臨時施工豎井及橫通道為暗挖區(qū)間提供施工通道，南關站主體平面如圖1所示。

圖1 南關站平面位置示意

車站上下層導洞間設挖孔樁，樁徑1 000 mm，樁間距1.5～2.0 m，樁間采用掛網(wǎng)噴射混凝土封閉找平，噴層厚度80 mm，樁底設拉梁，樁頂設冠梁。主體導洞初期支護采用C20噴射混凝土，防水板采用熱風焊槍熱熔焊接在塑料墊片上，防水板與基層間設置400 g/m2的無紡布緩沖層。

場地地層主要由4部分組成：道路結構層和人工堆積雜填土層、第四系全新統(tǒng)沖洪積黏性土和砂土層、第四系中更新統(tǒng)沖洪積黏性土和砂土層、白堊系泥巖層。

車站風道及橫通道均需永久封端，車站主體導洞在開挖過程中因出土能力及工序銜接均需要不同程度的臨時封端。在實際施工時，針對不穩(wěn)定地層（黏土層、砂層）、穩(wěn)定地層（泥巖層）和極端不穩(wěn)定層（含水率較大砂層）局部采用了不同的封端方法。

2 暗挖地鐵車站導洞封端施工

2.1 臨時性封端

在南關站的施工過程中，由于施工組織安排，出現(xiàn)多次暫緩導洞開挖，即臨時封端的情況。由于情況的多樣性和復雜性，設計未明確封端的具體施工方法。

在Ⅳ級圍巖段（泥巖），端部土體穩(wěn)定性好，短時間（少于7 d）的暫停施工可以不封閉掌子面。但是為了掌子面的穩(wěn)定，仍然需要采取一系列措施，加強對掌子面的巡視，當發(fā)現(xiàn)有不穩(wěn)定情況時應進行臨時性封閉。

在粉質黏土層和砂層，若巖體不穩(wěn)定，可考慮采用簡易封端對掌子面進行封閉，即使用鋼筋網(wǎng)片及噴射混凝土進行臨時封閉（圖2）。首先使用A6網(wǎng)格150 mm×150 mm鋼筋網(wǎng)片整鋪掌子面，使用A6鋼筋鉤固定于掌子面，網(wǎng)片搭接長度不小于20 cm。施工中發(fā)現(xiàn)，局部土質差或封端留置時間較長，此時在網(wǎng)片外層加φ22 mm@1 000 mm鋼筋綁扎。鋼筋及網(wǎng)片均伸入最后一榀鋼筋格柵與土體之間，噴射C20混凝土，厚度為5～10 cm。依次按此法完成上臺階及下臺階的封端。

圖2 臨時性封閉掌子面 （少于7 d）

在施工過程中，出現(xiàn)了因工序變更或施工組織安排需暫停初支施工超過7 d的情況，只靠以上的簡單支護方法無法滿足要求。隨著掌子面放置時間的增長，土體中的應力不斷釋放，會引起封端結構變形開裂，影響掌子面的穩(wěn)定。這時采用導洞開挖過程中使用的注漿導管，類似于土釘墻的原理進行加固（圖3）。注漿導管的插入，壓緊了掌子面巖土體，提高了圍巖的穩(wěn)定性。遇到砂層等不穩(wěn)定土體時，亦可采用此法封閉掌子面。通過導管注漿加固土體，必要時可作為深注漿時的止?jié){墻。封端時加密連接鋼筋，鋼筋節(jié)點處打設注漿導管并與連接鋼筋焊接。導管長度不小于臺階高度，待噴射混凝土達到設計強度約70%時，注水泥漿加固。鋼筋網(wǎng)片綁扎于連接鋼筋內側，網(wǎng)片搭接不小于20 cm。連接鋼筋、鋼筋網(wǎng)片均嵌于最后一榀格柵與掌子面土體之間，噴射混凝土厚度不宜小于8 cm，封閉時間較長時應適當增加混凝土厚度。下臺階施工方法同上臺階。

圖3 臨時性封端結構形式（超過7 d）

2.2 永久性封端

在南關站風道處，進行了永久性封端施工，即需要完全封閉掌子面，使其在主體結構相同的設計年限內保持穩(wěn)定，且滿足防水、抗震等一系列要求。

實際施工中封端需挖除核心土，掌子面土體垂直暴露，極易出現(xiàn)失穩(wěn)情況。在封端施工過程中必須遵循“快、序、牢”的原則，即快速封閉、順序施工、結構牢固。開挖前準備充足的方木、砂袋、鋼筋、鋼管等應急物資，以防突發(fā)情況的發(fā)生。本節(jié)以南關站2#風道一層導洞封端為例進行分析。

2.2.1 巖土體穩(wěn)定時的封端

在Ⅳ級圍巖段（泥巖），土體穩(wěn)定性好，正常開挖過程中未出現(xiàn)砂層，掌子面及拱頂土體不易滑脫、掉落且土體中含水量低，采用了一般永久性封端施工。封端時需一氣呵成，整個施工過程中不能有停頓。若開挖核心土過程消耗時間較長或土體發(fā)生不穩(wěn)定變形時，開挖核心土后掛鋼筋網(wǎng)片并噴射混凝土進行封閉。穩(wěn)定土體的封端順序為：上臺階完成最后一榀開挖并進行格柵支護，格柵與縱向連接筋通過L形鋼筋搭接焊接；上臺階核心土開挖，安裝封端格柵，格柵間焊接連接鋼筋，連接鋼筋與最后一榀格柵通過L形鋼筋搭焊；上臺階注漿導管打設，注漿導管與格柵焊接，噴射混凝土，待混凝土強度滿足既定要求后進行注漿加固；最后進行下臺階封端，其方法與上臺階封端方法一致。

2.2.2 巖土體不穩(wěn)定時的封端

施工永久性封端時，2#風道第1層導洞遇到了黏土層中夾有砂層的情況。若按上述方法封端，需要開挖核心土且封端格柵多，故封閉時間過長。為了保證掌子面穩(wěn)定，減少封端時掌子面暴露面積和時間，采用分部完成封端的施工方法。開挖至最后一榀格柵時，先正常安裝外圍風道格柵，保留核心土。完成外圍格柵混凝土噴錨后，依次開挖并安裝每節(jié)封端格柵。每完成一節(jié)格柵安裝并噴錨后，待混凝土初凝后開挖并安裝下一節(jié)格柵，依次完成全部格柵安裝。下臺階封端時先開挖兩側，完成外圍格柵安裝。依次開挖并依上述步驟分別安裝內部格柵及仰拱格柵，直至完成全部封端施工。該方法施工用時長，但可有效保證開挖及格柵安裝時的掌子面穩(wěn)定。

2.2.3 巖土體極不穩(wěn)定時的封端

在風道封端施工時，局部出現(xiàn)了揭露的土體極不穩(wěn)定、含水率很高的情況，即便采用分節(jié)開挖仍會出現(xiàn)封端背后土體坍落情況。此種情況下，掌子面土體穩(wěn)定性控制難度大，前方巖土體將在短時間內將已經封閉完成的格柵砸壓變形。此時在分節(jié)支護的前提下，繼續(xù)通過加固處理來保證封端的順利推進。為減少封端背后的土體坍落風險，在安裝完一節(jié)格柵后，在格柵底層主筋上方打設注漿導管，此時土體還極易失穩(wěn)，應先噴射混凝土，再打設密排注漿導管。該注漿導管間距宜控制在10～15 cm，通過導管連接封端結構與背后土體，形成棚護結構，現(xiàn)場情況如圖4所示。

圖4 巖土體極不穩(wěn)定時的封端現(xiàn)場

大量的地鐵施工均為淺埋，加之城市交通繁忙，地面若發(fā)生塌陷，將會帶來嚴重的后果。整個封端過程必須要穩(wěn)中求快。

2.3 暗挖地鐵車站導洞封端施工經驗總結

長春地鐵南關站于2016年12月完成全部主體結構施工，并于2018年6月正式通車運行。施工過程中的現(xiàn)場監(jiān)測和建成后的使用情況均表明，本文提出的暗挖地鐵車站導洞的臨時性和永久性封端方法，在施工中能夠及時控制襯砌結構變形，在正式運營后也保證了永久性封端結構的穩(wěn)定性。

通過這一實際施工的成功案例，總結了暗挖地鐵車站導洞封端施工的經驗：

1）暗挖地鐵車站導洞的封端施工隨著不同的地質條件變化及不同的施工需要，應根據(jù)現(xiàn)場情況調整封端方式，其根本原則是穩(wěn)固封端處土體。在含有砂層的地質中，在封端前進行注漿加固可以起到很好的效果。

2）若遇到土體失衡、大量背后土體涌出現(xiàn)象時，有效的方法是采取反向壓力法，即使用方木支撐已經完成封端的格柵，向涌土部位堆壓砂袋，以補充損失的土體應力，在砂袋表面噴射混凝土加固。待涌土現(xiàn)象停止后可向掌子面打管注漿，處理穩(wěn)妥后方可進行下一次的封端。封端完成后到二次襯砌或破除均有一定的放置時間，這段時間里要密切觀察封端的結構變化，遇結構變形時應立即進行加固處理。

3 結語

本文首次對暗挖地鐵車站導洞封端施工方法進行了全面探討，以長春地鐵2號線南關站為例，對穩(wěn)定巖體和不穩(wěn)定巖體的車站主體導洞的臨時性封端和永久性封端施工進行分類研究，解決了暗挖地鐵車站導洞封端施工穩(wěn)定性控制困難的問題。結果發(fā)現(xiàn)，臨時性封端因面臨的情況復雜，需靈活按照現(xiàn)場情況進行封端施工設計，根據(jù)南關站的具體情況，提出了臨時性封端的具體方法。同時，永久性封端需要考慮與設計年限相對應的封端工藝，本文亦對其進行了詳細探討。根據(jù)施工階段現(xiàn)場監(jiān)測的數(shù)據(jù)和后期的使用效果可知，此封端施工方法滿足工程要求，可為類似工程提供參考。