王立朋

(中鐵十九局集團第五工程有限公司 遼寧大連 116000)

1 引言

暗挖地鐵車站通道是利用斜井、風井作為施工通道，完成主體結(jié)構(gòu)的開挖支護。但在城市施工中往往受到征地拆遷限制，斜井、風井等難以實施，需要綜合考慮場地條件，對施工總體方案進行優(yōu)化?？赏ㄟ^設(shè)置臨時豎井、移動風井等措施，為車站主體施工創(chuàng)造必要條件[1－2]。

2 工程概況

2.1 設(shè)計方案

青島地鐵1號線水清溝站位于市北區(qū)四流南路與萍鄉(xiāng)路丁字路口，沿四流南路路中南北向布置。車站西北側(cè)為天豐造紙廠4～7層辦公樓(施工車站時需部分拆除)，西南側(cè)為待拆遷中石化加油站，東側(cè)為居民區(qū)，西側(cè)緊鄰深水明渠、鴻海家園酒店。四流南路為城市主干道，寬16.60 m，車流量較大。水清溝站為雙層圓拱復合式襯砌結(jié)構(gòu)，全包防水型斷面，車站全長213.50 m，標準寬度為21.512 m，高17.917 m。主體結(jié)構(gòu)以1號風道及2號風道作為施工通道，采用拱蓋法施工。水清溝站共設(shè)兩個出入口(A、B出入口)、兩個預留出入口、兩個安全出入口、兩個風道(1號風道、2號風道)。

2.2 存在的問題及解決方法

車站小里程端1號風井位于廢棄中石油加油站場地內(nèi)，2號風井位于天豐造紙廠內(nèi)，需要在征地拆遷完成后才能施工。由于征地拆遷存在困難，遲遲無法開工，將影響后續(xù)車站及附屬施工。在詳細研究車站站位及現(xiàn)場多次踏勘后，發(fā)現(xiàn)四流南路與金華路交界處存在一處三角形市政公共場地，面積約500 m2，靠近車站小里程端，位于車站主體結(jié)構(gòu)左上方，具備豎井設(shè)置條件，且場地可以長時間占用。通過綜合對比，從造價、占用時間、工效、利用率、安全、進度等方面綜合考慮，選擇在車站主體上方設(shè)置臨時豎井。在車站主體上方設(shè)置臨時豎井方案在青島地鐵建設(shè)中尚屬首次，經(jīng)過與設(shè)計院、業(yè)主、專家多次論證，最終確定在車站主體上方設(shè)置臨時豎井方案[3－5]。

2.3 豎井及通道

臨時豎井設(shè)在四流南路與金華路丁字路口綠地內(nèi)，位于水清溝車站主體結(jié)構(gòu)正上方。臨時施工豎井為矩形斷面，內(nèi)凈空為6.0×8.0 m，豎井深度為27.334 m，采用倒掛井壁法施工。施工前進行場地平整，旋噴樁止水。豎井開馬頭門處的橫通道為平頂直墻斷面，凈寬7.0 m，凈高1.183～8.821 m(隨車站輪廓變化)。橫通道采用門式鋼架進洞，鋼架內(nèi)架立車站主體結(jié)構(gòu)初支，初支架立完畢后破除門式鋼架及部分施工豎井側(cè)壁，施工橫通道以外的車站主體結(jié)構(gòu)。在橫通道以外的車站主體拱蓋結(jié)構(gòu)完成后，再施工橫通道內(nèi)二襯扣拱，施作橫通道內(nèi)的車站二襯結(jié)構(gòu)，回填豎井[6]。

在車站拱部開挖及結(jié)構(gòu)施工過程中，小里程端1號風井拆遷仍未完成，為充分利用豎井，對臨時豎井方案進行優(yōu)化設(shè)計，延長豎井使用周期，在豎井與主體拱蓋接口處設(shè)置環(huán)梁、預留接駁器，待車站主體結(jié)構(gòu)下部開挖及結(jié)構(gòu)完成后再對臨時豎井與主體拱蓋接口處結(jié)構(gòu)進行封閉，并回填豎井。

豎井上部處于人工雜填土和粉質(zhì)黏土、中粗砂地層，下部主要處于強風化花崗巖－中風化花崗巖－微風化花崗巖地層，橫通道長度19.162 m。

2.4 水文地質(zhì)情況

鉆探揭示，由上至下豎井穿越地層主要為素填土、粉質(zhì)黏土、中粗砂、中風化花崗巖、花崗巖(塊狀碎裂巖)、微風化花崗巖(碎裂巖)、花崗巖(塊狀碎裂巖)。其中雜填土、粉質(zhì)黏土、中粗砂層厚度為7.740 m，中風化層厚度10.894 m，其余均為微風化層，地質(zhì)條件較好。地下水主要以上層滯水及基巖裂隙水為主[7－9]。

3 工程特點

(1)臨時豎井位于車站正上方，減少了橫通道施工長度，可節(jié)約工程成本、加快施工進度。臨時豎井見圖1。

圖1 臨時豎井平頂直墻進洞

(2)豎井開馬頭門處橫通道為平頂直墻斷面，相較于傳統(tǒng)風道與主體接口處弧形斷面，降低了施工難度，見圖2。

圖2 風道弧形直墻進洞

(3)臨時豎井位于車站靠中間部位，能同時向車站兩端施工，增加了作業(yè)面，加快了施工進度。

(4)臨時豎井位于主體上方，車站主體施工時材料、渣土直接從豎井吊裝，減少了橫通道運輸轉(zhuǎn)彎環(huán)節(jié)，提高了吊裝效率及施工安全性。

(5)主體拱部、下部開挖及結(jié)構(gòu)施工均能利用臨時豎井，施工效率較高；在車站中板完成后，車站出入口暗挖施工也能利用豎井，有利于現(xiàn)場施工組織設(shè)計[10－11]。

4 受力分析

計算采用地層－結(jié)構(gòu)模型進行，將結(jié)構(gòu)與地層看作同時作用。計算采用主要地層參數(shù)以地勘報告相關(guān)內(nèi)容選取，填土彈性模量根據(jù)以往工程經(jīng)驗取值。

施工豎井按極限狀態(tài)法采用基本荷載組合進行設(shè)計，結(jié)構(gòu)受力模型如圖3所示。施工橫通道采用地層－結(jié)構(gòu)模型計算，其中土層至強風化地層采用摩爾－庫倫準則，中風化及微風化地層采用D-P準則計算，地層結(jié)構(gòu)模型如圖4所示。

圖3 臨時豎井受力模型

圖4 橫通道受力模型

4.1 地層變形結(jié)果分析

地層變形結(jié)果見圖5。根據(jù)模擬結(jié)果可以看出，拱頂沉降約為－1.386 mm，小于拱頂下沉控制值－30 mm，滿足要求。

圖5 地層變形計算結(jié)果

4.2 接口處初支鋼架受力驗算

豎井與主體接口處設(shè)計采用25號工字鋼，截面處于復合受力狀態(tài)，選取鋼架彎矩最強截面進行驗算，Mmax＝2.76 kN˙m，Vmax＝5.65 kN，F(xiàn)＝27.6 kN。分析結(jié)果:

最大正應力σ＝73.401 N/mm2；平均剪應力τ＝1.535 N/mm2。

Fx作用下的剪應力最大值τmax＝0.000 N/mm2；Fy作用下的剪應力最大值τmax＝4.282(N/mm2)。

σ＝73.4≤f＝215.0 N/mm2；τ＝4.3≤fv＝125.0(N/mm2)。

根據(jù)分析結(jié)果可以看出，滿足要求。

5 施工技術(shù)

5.1 準備工作

施作圍擋、場地平整完成，水電已接入現(xiàn)場；所需材料已通過進場檢查，設(shè)備進行檢查保養(yǎng)且驗收完畢，人員培訓考核合格[12]。

5.2 豎井及橫通道施工

平整場地旋噴樁施工→鎖口圈梁→倒掛井壁法開挖豎井，開挖支護至橫通道上臺階→施作馬頭門上方超前支護，破除側(cè)向井壁→馬頭門施工→施工橫通道上臺階外層門型架支護(5～6 m)→暫停橫通道上臺階開挖支護進行豎井剩余部分開挖支護并施工井窩→橫通道上、中、下臺階開挖支護，完成外層門型架安裝施工→完成內(nèi)層格柵鋼架支護(橫通道上臺階施工時，可以進行部分內(nèi)層格柵安裝)及接口處鋼架施工，支護體系轉(zhuǎn)換完成→進行下一步主體開挖支護施工。

5.3 旋噴樁施工

臨時豎井設(shè)計樁長7.14 m，旋噴樁直徑800 mm，樁心距500 mm，樁間咬合300 mm，總樁數(shù)為67根。采用先引孔、后旋噴的三軸高壓旋噴成樁工藝，具體施工參數(shù)見表1。

表1 旋噴樁施工參數(shù)

5.4 開挖支護

有鋼架地段豎井每步開挖深度控制在1 m以內(nèi)，無鋼架地段控制在1.5 m以內(nèi)，嚴控超欠挖。中間部分設(shè)臨時集水坑，由潛水泵將積水及時抽出。在土質(zhì)地層及強風化地段部分采用人工配合小型挖掘機和風鎬進行挖掘。石質(zhì)地層遇中風化和微風化巖層時采用爆破法施工。

在豎井爆破時，采用松動爆破炮孔布置方式，起爆時爆破飛石在豎井中央向上沖擊，需重點防護掏槽部位飛石。在爆破時豎井內(nèi)滿布柔性炮被，防止爆破飛石對井壁及臨時橫撐造成沖擊；在井口覆蓋鋼炮被，防止部分小飛石飛出井外，以達到安全爆破的目的。

豎井及橫通道開挖支護，按設(shè)計支護方案，土方開挖每完成1個循環(huán)，及時完成初期支護，直至全部完成豎井及橫通道施工。

5.5 馬頭門施工

臨時豎井進入橫通道處馬頭門采用L-5.0 m ?42×3.5 mm超前小導管支護，小導管環(huán)向間距為0.4 m，長度為5.0 m，角度15°；小導管沿門型架上方水平布置。

5.6 支護體系轉(zhuǎn)換施工

主體結(jié)構(gòu)與橫通道為垂直交叉體系，在主體結(jié)構(gòu)施工開挖前，需要完成橫通道支護體系的轉(zhuǎn)換。橫通道采取雙層支護，最外層為橫通道本身支護，采取工字鋼支護；內(nèi)層為格柵支護，與橫通道本身支護垂直相交，為車站主體自身支護。在內(nèi)層支護完成后，可通過橫通道向車站兩端進行開挖施工。

外層門型架施工時預留與內(nèi)層格柵連接的?22鋼筋，內(nèi)層格柵與預留鋼筋焊接牢固。由于內(nèi)層格柵與豎井接口處為預留吊裝口，內(nèi)層格柵無法封閉成環(huán)，采用水平環(huán)狀雙拼工字鋼及豎向雙拼工字鋼門架進行臨時支護。主體采用CD法施工，在與主體拱部豎向臨時支撐對應位置增加雙拼工字鋼門架支護。支護體系轉(zhuǎn)換完成，進行下一步主體開挖支護施工，具體見圖6。

圖6 橫通道支護體系轉(zhuǎn)換

支護體系轉(zhuǎn)換注意事項:

(1)初期支護盡早封閉以利安全；縮短循環(huán)作業(yè)時間，加強注漿。

(2)對已成型的支護結(jié)構(gòu)定期檢查，發(fā)現(xiàn)支護變形或損壞時立即修整加固。

(3)對地面沉降、收斂、拱頂沉降進行監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。

6 監(jiān)控量測

豎井周邊環(huán)境復雜，施工過程中對暗渠、信號塔、地下水位、地表沉降、凈空收斂、拱頂沉降、爆破振速等進行重點監(jiān)測。拱頂沉降對比見圖7、凈空收斂對比見圖8。

圖7 拱頂沉降對比柱狀圖

圖8 凈空收斂對比柱狀圖

7 結(jié)束語

在豎井及車站開挖施工過程中，各項監(jiān)測數(shù)據(jù)正常，均處于容許范圍。采用本文施工技術(shù)，有效地加快了車站出入口施工進度，節(jié)約了工程成本，在1號線最晚開工的車站中，與其他車站同期完成了車站主體結(jié)構(gòu)施工，滿足業(yè)主整體工期要求，目前車站已竣工移交。