宗建

(中鐵七局集團(tuán)第二工程有限公司 遼寧沈陽 110000)

隨著城市地鐵的飛速發(fā)展，在已有的城市建設(shè)環(huán)境限制下，暗挖洞樁法（Pile-Beam-Arch-method，PBA）正逐漸成為建造城市地鐵的首選方法。邊樁和中柱由扣拱鏈接共同承擔(dān)著土壤上方的土體荷載，作為車站結(jié)構(gòu)中的重要受力結(jié)構(gòu)?？酃暗氖┕すば蚨喽彪s，具有施工作業(yè)空間狹小、轉(zhuǎn)換多，施工縫密集等特點；保證其中扣拱部分的施工完成質(zhì)量，滿足PBA 工法對于地面沉降變形的要求是PBA工法是否成功施工的極為關(guān)鍵的一環(huán)[1-2]。孫斌等人[3]以長安公園地鐵車站為工程背景，對洞樁法施工原理、施工步序、小導(dǎo)洞及扣拱施工等施工工藝進(jìn)行闡述。李鐵生[4]以北京地鐵車站為工程背景，對管幕法地鐵車站管幕打設(shè)、扣拱等施工工藝進(jìn)行闡述，并結(jié)合現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。秦建明[5]以沈陽地鐵一號線沈陽站暗挖車站為工程背景，闡述了PBA工法施工洞樁、扣拱等相關(guān)技術(shù)等。李濤等人[6]以北京地鐵田村車站為工程依托，采用數(shù)值模擬與實測數(shù)據(jù)相結(jié)合的方法，對洞樁法地鐵車站扣拱順序進(jìn)行了闡述，并研究了不同扣拱施工順序?qū)Φ乇沓两档挠绊憽?/p>

唐雄等人[7]以廣州市流花路站為工程背景，對洞樁法超大斷面隧道施工進(jìn)行了有限元分析，闡述了洞樁法車站施工步序。李曉萌等人[8]以北京某地鐵車站為工程依托，采用數(shù)值模擬結(jié)合實測數(shù)據(jù)的方法，對洞樁法車站施工引起的地表沉降與邊樁進(jìn)行研究。洞樁法車站施工與其施工地質(zhì)條件、施工工序等條件有關(guān)，本文以沈陽三好街站為背景，對車站扣拱施工工藝進(jìn)行闡述。以期為同類施工工程提供參考依據(jù)。

1 工程概況

沈陽地鐵3號線當(dāng)中的三好街車站主體結(jié)構(gòu)位于文化路下方，附屬結(jié)構(gòu)主要位于道路兩側(cè)。該車站建設(shè)為島式暗挖站臺，車站主體為地下兩層三跨框架結(jié)構(gòu)，其中包括3個施工豎井，車站總長220.7 m。標(biāo)準(zhǔn)段寬度為22.7 m，標(biāo)準(zhǔn)段高度為15.6 m，頂板覆蓋土平均厚度大概7 m。在車站結(jié)構(gòu)上方沿文化路與三好街交叉路口管線密集，主要管線有煤氣管鑄鐵排水管砼、煤氣管鑄鐵、排水管砼、污水管砼、電信光纖、給水鑄鐵。道路上密布著管線，其中大部分是雨污水管線、自來水管線、燃?xì)夤芫€等對施工影響較大的管線，車站本身也被商業(yè)高層建筑和住宅區(qū)包圍。工程建設(shè)受周邊環(huán)境的影響特別大。在研究期間，地下水位的深度在10.10～12.30 m之間。車站主體結(jié)構(gòu)處于富水砂層。車站平面圖及管線位置如圖1、圖2所示。

圖1 車站平面圖

圖2 車站上方管線布置圖

2 扣拱技術(shù)

2.1 扣拱工序

車站初支扣拱施工分為三跨段，三跨段施工主要由2 號、3 號橫通道向兩側(cè)進(jìn)行初支扣拱施工，初支扣拱結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)如表1所示。

表1 初支扣拱結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)表

初支扣拱及二襯扣拱是PBA 工法扣拱技術(shù)中兩個重要的組成部分,在施工現(xiàn)場的施工步驟具體可以分為：導(dǎo)洞施工→下部邊樁、中部柱體、條形基礎(chǔ)和底縱梁等相關(guān)組件施工→上部頂縱梁與邊洞初支扣拱→分部開挖拱部土體、施工初支扣拱→分段拆除導(dǎo)洞臨時支撐→分段澆筑二襯扣拱→完成扣拱工序。

2.2 邊拱施工及導(dǎo)洞回填

邊拱施工是在導(dǎo)洞內(nèi)施作冠梁、邊拱及導(dǎo)洞回填。在施工鉆孔樁后，用水泥砂漿找平冠梁底面至設(shè)計標(biāo)高，施作冠梁鋼筋；安裝初支邊拱格柵鋼架使各鋼架頂端位于同一水平面上。將格柵鋼架底端鋼筋與冠梁鋼筋點焊連接；安裝邊拱臨時支撐；加固網(wǎng)格柵，安裝冠梁側(cè)模，澆筑冠梁混凝土；灌注邊襯初支混凝土并拱背回填混凝土。

2.3 初支扣拱施工順序

在完成中部導(dǎo)洞室的頂縱梁和邊導(dǎo)洞室的邊襯初支扣拱后，架設(shè)中央跨度的拱室初期支護(hù)，在錯開兩根柱跨后，必須同時對稱施工邊跨導(dǎo)洞拱室的初期支護(hù)。2號、3號橫通道內(nèi)車站初支扣拱施工順序如下。（1）先施工橫通道施工西側(cè)兩邊跨（4 號、6 號邊跨）的初支扣拱。

（2）待下臺階進(jìn)洞10 m 后，施工橫通道東側(cè)兩邊跨（1號、3號邊跨）初支扣拱。

（3）待東側(cè)兩邊跨（1號、3號邊跨）下臺階進(jìn)洞10 m后，施工西側(cè)中跨（5號中跨）。

（4）待西側(cè)中跨（5號中跨）下臺階進(jìn)洞10 m后，施工東側(cè)中跨（2號中跨）。

橫通道東西兩側(cè)的初支扣拱，邊跨與中跨的掌子面拉開10 m步距。3號橫通道向2號橫通道初支扣拱對挖時，相同洞室掌子面之間距離為10 m時，封閉3號橫通道向2 號橫通道開挖方向的掌子面，則由東向西進(jìn)行貫通。橫通道東側(cè)初支扣拱斷面圖如圖3所示。

圖3 橫通道東側(cè)初支扣拱斷面圖

三好街車站為二層三跨式，扣拱分中洞扣拱和邊洞扣拱，采用階梯法開挖，以保留芯土，超前支護(hù)采用DN32×3.25 mm 雙排超前小導(dǎo)管，環(huán)向間距0.3 m，內(nèi)側(cè)采用L=2.0 m，傾角13°每品打設(shè)；內(nèi)壁為L=2.5 m，斜度為20°的隔板?？酃俺踔拭鎴D如圖4所示。

圖4 扣拱初支剖面圖

扣拱施工其主要施工工藝與導(dǎo)洞開挖基本相同，關(guān)鍵控制點在于拱架格柵與導(dǎo)洞格柵的連接，扣拱與導(dǎo)洞之間拱頂形成三角區(qū)域的沉降控制。

在施工中，為確?？酃芭c導(dǎo)向孔的銜接順暢，對各導(dǎo)槽的長度進(jìn)行嚴(yán)格的控制，使后行導(dǎo)槽格柵與先挖導(dǎo)洞的格柵保持同步，并對預(yù)留的接縫進(jìn)行防護(hù)。按照設(shè)計圖紙要求，在邊導(dǎo)洞施工時要預(yù)留結(jié)點，其結(jié)點形式是在邊導(dǎo)洞中預(yù)留邊拱接頭，在后期采用搭接焊接方式。根據(jù)現(xiàn)場實際，在節(jié)點預(yù)埋件上，將U形筋和邊導(dǎo)孔的U 形筋在兩側(cè)焊接，U 形筋和邊導(dǎo)洞扣拱采用單側(cè)搭接焊接，焊接10 d，甩頭鋼筋30 cm，對小導(dǎo)孔的土方開挖不會有任何影響；預(yù)留U 形鋼筋采用單側(cè)搭接焊接和后期側(cè)拱連接，減少了現(xiàn)場作業(yè)的難度，為確保后期接頭的質(zhì)量，預(yù)留U 形鋼筋采用橡膠套進(jìn)行防護(hù)。

2.4 二襯扣拱施工

進(jìn)行二襯扣拱施工前，需要破除導(dǎo)洞初支結(jié)構(gòu)，將被分隔的各作業(yè)面連通，形成大斷面空間，便于臺車模板施工。導(dǎo)洞間洞室全部施工完成后，沿縱向破除邊導(dǎo)洞室內(nèi)初支扣拱，每階段破除距離長度在6 m和8 m之間。為防止二襯扣拱混凝土澆筑對頂縱梁因位移壓力形成偏壓，先進(jìn)行施工中跨，后對稱同一時間施工兩側(cè)邊跨，必須嚴(yán)格按照分階段設(shè)計進(jìn)行施工步驟。

3 扣拱施工重難

（1）頂縱梁需要在小導(dǎo)洞內(nèi)施工，并且受導(dǎo)洞內(nèi)施工空間狹小的限制，而頂縱梁鋼筋間距較大，振搗難度較大，如何防止鋼管柱因頂縱梁施工發(fā)生偏移、保證混凝土澆筑的飽滿度是施工的控制重點。在進(jìn)行較大跨度開挖過程中的產(chǎn)生工程風(fēng)險的可能性相對較大。中部頂縱梁建設(shè)空間較小，中上導(dǎo)洞上方的巖體土層受到扣拱的工程掘進(jìn)影響較大，受外力干擾嚴(yán)重復(fù)雜。后面還需要進(jìn)行破除出邊洞內(nèi)初期支護(hù)，作業(yè)時間會更加漫長，并且對地層的擾動較大，產(chǎn)生地層沉降變形。

（2）進(jìn)行扣拱施工時，應(yīng)重點檢查規(guī)定的是初支扣拱鋼格柵上預(yù)留連接板的工程質(zhì)量和破除二襯扣拱的施工執(zhí)行步驟步序。嚴(yán)格按照設(shè)計步序進(jìn)行中跨與兩邊跨的暗挖及拆撐施工，防止對既有結(jié)構(gòu)產(chǎn)生偏載，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)附加應(yīng)力增大產(chǎn)生失穩(wěn)性破壞，降低風(fēng)險，保證施工安全。因為在加工車站初支格柵時需要考慮到二襯扣拱的尺寸要求，在進(jìn)行導(dǎo)洞格柵制作時，格柵整體的尺寸要進(jìn)行整體的放大，但扣拱格柵鋼架沒有進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，在初支扣拱的初步開挖過程中，扣拱格柵鋼的角度高度與預(yù)制鋼板高度角度并不匹配，極有可能會導(dǎo)致在二者進(jìn)行對接時出現(xiàn)空隙，從而造成扣拱格柵鋼架和預(yù)埋鋼板不能充分密接密貼。

（3）大跨對稱開挖對管線安全影響大，工程車站結(jié)構(gòu)所在位置地下水豐富、水位偏高、工程地質(zhì)條件相對較差、局部位于富水軟弱砂層中，具有相對較差的自穩(wěn)定性，開挖后容易造成位移變形甚至是造成坍塌。PBA方法是一種結(jié)構(gòu)形式，從一個小洞室到一個大斷面分階段進(jìn)行挖掘和擴(kuò)張，存在預(yù)留接縫數(shù)量多、防水措施施工困難等特點；同時拱頂存在數(shù)量密集的管線，可能會在施工過程中出現(xiàn)滲漏水等上層出水，拱部施工縫細(xì)部構(gòu)造的加強(qiáng)施工監(jiān)測處理是施工的重點。因此，扣拱施工期間中確保許多管線的正常運行也是項目的一大挑戰(zhàn)。

4 結(jié)語

PBA 方法具有獨特的優(yōu)勢，可以在地面上保證城市交通和地下管道的正常運行，在城市地下空間的建設(shè)中發(fā)揮重要作用。對于環(huán)境的影響也相對較小，消除了過去修建地鐵所造成的環(huán)境污染。但PBA工法的主要技術(shù)和設(shè)計問題是扣拱施工的建造。在進(jìn)行扣拱施工和臨時支撐拆除時，必須嚴(yán)格按照設(shè)計順序進(jìn)行施工。為了確保結(jié)構(gòu)安全，必須避免不平衡的上部縱梁造成損壞，以及由于未調(diào)整的水平壓力造成上部縱梁的傾斜和位移。PBA 工法的復(fù)雜性、工程設(shè)計變更的數(shù)量、項目的規(guī)模和施工期的長度都使得改善整個車站的防水狀況和避免漏水問題變得困難，要避免出現(xiàn)滲水漏水現(xiàn)象。