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(diǎn)；保證其中扣拱部分的施工完成質(zhì)量，滿足PBA 工法對(duì)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(zhǎng)安公園地鐵車站為工程背景，對(duì)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(duì)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(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。秦建明[5]以沈陽地鐵一號(hào)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(shí)測(cè)數(shù)據(jù)相結(jié)合的方法，對(duì)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(duì)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(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的方法，對(duì)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(duì)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(hào)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(tái)，車站主體為地下兩層三跨框架結(jié)構(gòu)，其中包括3個(gè)施工豎井，車站總長(zhǎng)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(duì)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(hào)、3 號(hào)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(jì)參數(shù)如表1所示。

表1 初支扣拱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(gè)重要的組成部分,在施工現(xiàn)場(chǎng)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(shí)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(jì)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(diǎn)焊連接；安裝邊拱臨時(shí)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(cuò)開兩根柱跨后，必須同時(shí)對(duì)稱施工邊跨導(dǎo)洞拱室的初期支護(hù)。2號(hào)、3號(hào)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(hào)、6 號(hào)邊跨）的初支扣拱。

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

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

（4）待西側(cè)中跨（5號(hào)中跨）下臺(tái)階進(jìn)洞10 m后，施工東側(cè)中跨（2號(hào)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(hào)橫通道向2號(hào)橫通道初支扣拱對(duì)挖時(shí)，相同洞室掌子面之間距離為10 m時(shí)，封閉3號(hào)橫通道向2 號(hào)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(zhǎng)=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(diǎn)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(duì)各導(dǎo)槽的長(zhǎng)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(duì)預(yù)留的接縫進(jìn)行防護(hù)。按照設(shè)計(jì)圖紙要求，在邊導(dǎo)洞施工時(shí)要預(yù)留結(jié)點(diǎn)，其結(jié)點(diǎn)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(chǎng)實(shí)際，在節(jié)點(diǎn)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(duì)小導(dǎo)孔的土方開挖不會(huì)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(chǎng)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(tái)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(zhǎng)度在6 m和8 m之間。為防止二襯扣拱混凝土澆筑對(duì)頂縱梁因位移壓力形成偏壓，先進(jìn)行施工中跨，后對(duì)稱同一時(shí)間施工兩側(cè)邊跨，必須嚴(yán)格按照分階段設(shè)計(jì)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(diǎn)。在進(jìn)行較大跨度開挖過程中的產(chǎn)生工程風(fēng)險(xiǎn)的可能性相對(duì)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(shí)間會(huì)更加漫長(zhǎng)，并且對(duì)地層的擾動(dòng)較大，產(chǎn)生地層沉降變形。

（2）進(jìn)行扣拱施工時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)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(jì)步序進(jìn)行中跨與兩邊跨的暗挖及拆撐施工，防止對(duì)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(xiǎn)，保證施工安全。因?yàn)樵诩庸ぼ囌境踔Ц駯艜r(shí)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(shí)，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(huì)導(dǎo)致在二者進(jìn)行對(duì)接時(shí)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(duì)稱開挖對(duì)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(duì)較差、局部位于富水軟弱砂層中，具有相對(duì)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(gè)小洞室到一個(gè)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(diǎn)；同時(shí)拱頂存在數(shù)量密集的管線，可能會(huì)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(cè)處理是施工的重點(diǎn)。因此，扣拱施工期間中確保許多管線的正常運(yùn)行也是項(xiàng)目的一大挑戰(zhàn)。

4 結(jié)語

PBA 方法具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，可以在地面上保證城市交通和地下管道的正常運(yùn)行，在城市地下空間的建設(shè)中發(fā)揮重要作用。對(duì)于環(huán)境的影響也相對(duì)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(jì)問題是扣拱施工的建造。在進(jìn)行扣拱施工和臨時(shí)支撐拆除時(shí)，必須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)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(jì)變更的數(shù)量、項(xiàng)目的規(guī)模和施工期的長(zhǎng)度都使得改善整個(gè)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。