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城市浅埋暗挖地铁结合部施工技术
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内容提示：随着城市地铁建设规模的逐步扩大,暗挖结构对既有交通及周边环境影响小的优点突出,但暗挖工程施工安全风险大,对施工提出了更高的要求。介绍北京地铁蒲黄榆车站主体与风道结合部的暗挖施工技术,以期为类似浅埋暗挖工程施工提供参考。 【
【摘 要】 随着城市地铁建设规模的逐步扩大,暗挖结构对既有交通及周边环境影响小的优点突出,但暗挖工程施工安全风险大,对施工提出了更高的要求。介绍北京地铁蒲黄榆车站主体与风道结合部的暗挖施工技术,以期为类似浅埋暗挖工程施工提供参考。（参考《建筑中文网》）
【关键词】 浅埋暗挖; 地铁; 施工技术
1 工程概况
北京地铁五号线蒲黄榆车站,位于北京市丰台区南二环和南三环之间,处在交通繁忙的蒲黄榆主路与安乐林路十字交叉路口地下。蒲黄榆车站起止里程K2 931.1~K3 099.1,全长168m,为单柱双层岛式暗挖车站。车站两侧结合部是风道、区间正线与车站主体的交叉口。结合部开挖断面宽11.0m、高19.2m,结构狭长,空间受力复杂,拱部覆土厚度仅4~5m;地层内有污水管、雨水管、电信管等管线。风道与车站结合部由11.325m的抬高段和18.158m的标准段组成,开挖高度由12.8m渐变到19.2m;结构拱部为微拱型,下部为矩形。标准结构(最高段)净空宽×高为:8m×16.2m,中间为中隔板及风道夹层板,复合式衬砌。结合部地层从上到下为粉质黏土、粉细砂、中粗砂和卵石圆砾层;地下水包括上层滞水、潜水和承压水。结合部纵断面和横断面见图1、图2。
2 施工方案
2.1 开挖方案
结合部是整个车站开挖高度最高的断面,采用CRD工法施工,标准段分为上下4层、8部、12个洞室开挖,分区内部采用微台阶法开挖,台阶长度小于4.0m;各洞室间采用Ⅰ25a工字钢与网喷C20混凝土形成纵、横隔壁;其中拱部有5m宽度范围受污水管影响,采取降低开挖高度通过。采用Ф32×2.5mm@300mm的超前注浆小导管作为超前支护,注浆浆液为水泥-水玻璃双液浆;初期支护采用C20网喷混凝土、格栅钢架、连接筋支护。
先开挖上部第一层中洞,施作临时支护封闭成环,两边对称开挖上部侧洞,并施作临时支护封闭成环,Ⅰ、Ⅱ区间隔大于8m;再两边对称开挖上部侧洞Ⅲ区,Ⅱ、Ⅲ区间隔大于8m;后开挖上部中洞Ⅳ区并施作临时支护封闭成环,除Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区间隔要求大外,其余同层间间隔大于4m,上下层间间隔大于5m;之后两边对称开挖下部侧洞Ⅴ区,施做初期支护及临时支护封闭成环;再对称开挖下部中洞Ⅵ区,施做初期支护及临时支护封闭成环;再对称开挖下部Ⅶ区,施做初期支护及临时支护封闭成环,最后施工下部中洞Ⅷ区,施做初期支护封闭成环;在每区施工到结合部尽端堵头时及时施做尽端堵头墙初期支护,尽端堵头采用Ф32×3.25mm加强锚管、Ⅰ25a工字钢、Ф25钢筋及30cm厚C20喷射混凝土。结合部开挖分区及施工步序见图2。
2.2 结合部过污水管施工
结合部拱顶正上方纵向有Ф800污水管侵入结合部35cm。在管线没有改移的情况下施工结合部,会对污水管造成破坏。为此采取降低高度开挖通过,待管线改移后进行反挑施工。结合部过污水管施工方案见图3。
具体实施方案为:
(1)施作临时封堵墙。结合部拱部纵向暗挖至距污水管2.4m时,施设临时封堵墙。封堵墙采用Ф8双层钢筋网,网格间距150mm×150mm,喷射C20混凝土厚200mm,封堵墙高1.321m。封堵墙施工时在墙面上预留Ф150管棚施工孔。
(2)施作超前大管棚。封堵墙施工完毕,在污水管基底下0.5m高度处水平打设L=4500mm、Ф108×5@300mm管棚27根作为超前支护;采用地质钻机成孔,人工或机械铺设管棚;管棚内压注纯水泥浆,注浆压力控制值1MPa,使水泥浆液渗入周围土体,确保污水管周围土体密实。
(3)施作超前小导管。在管棚上方300mm及左右侧空隙处施作L=2500mm、Ф32×3.25超前注浆小导管,管内压注水泥、水玻璃双液浆,注浆压力0.5~1.0MPa。
(4)开挖及支护。污水管下方同一洞室内土体采用微台阶法开挖,台阶长度2.0~3m,开挖循环进尺0.5m,采用格栅钢架、纵横临时Ⅰ25a钢支撑及双层网喷C20混凝土支护。开挖完成后立即采用喷射混凝土初喷5cm封闭开挖面,钢支撑架设后立即在钢支撑和钢管间打入楔块,喷射混凝土至设计厚度;及时施作横向Ⅰ25a钢支撑,初支封闭成环。为加固拱部土体,在拱部初支背后每米布置3根回填注浆管,压注1:3水泥砂浆。
(5)污水管处理。污水管改移前在渗漏管内套塑料软管正常通水,待污水管改移完成后,封堵车站南、北端改移后的污水管废弃井,截断水源;向污水管设引流管,排干污水管内积水,并向管内泵送高流动性砼,填充整个废弃污水管,在车站拱部形成Ф800的超前支护体。
(6)反挑处理。污水管处理后,结合部降低部位进行反挑施工。由结合部端头向风道方向反向施工超前小导管并注浆,按0.5m的间距拆除污水管下方临时支撑及网喷混凝土;按设计结合部断面尺寸以0.5m的循环进尺挖除侵入风道限界的土体及初期支护;反挑一榀立即施作一榀封闭拱部土体。
2.3 结合部二次衬砌施工技术
结合部断面结构形状瘦高,初期支护与临时支护共同受力,二次衬砌施工时对临时支撑体系进行了代换处理。为保护防水,二次衬砌钢筋主筋连接采用钢筋接驳器。监测结果显示地层及初期支护结构变形区域稳定后进行衬砌施工。
由于结合部污水管部位采用降低高度通过,二次衬砌施工前对该部位进行反挑。基于结合部瘦高结构中间临时支撑体系繁多的特点,二次衬砌采取上下分层、纵向分段的施工方案;纵向把29.183m长度分为三段;上下分为仰拱、下边墙第一层、下边墙第二层及中板、上边墙第一层、上边墙第二层、拱部。二次衬砌施工过程中支撑体系拆除遵循先代换后拆除的原则,确保原支护体系的稳定。
3 结合部瘦高形状结构施工分析
3.1 结合部施工过程监测分析
针对结合部特殊结构及周边环境,施工过程中对地表、拱顶、污水管、初期支护结构等进行了监测。监测数据统计见表1。
结合部稳定后中线对应地表沉降点平均值沉降值33.5mm,拱顶中部沉降平均值32.6mm。
监测统计数据显示地表沉降最大值50.5mm,位于开挖断面中线正上方对应地表位置;拱顶沉降最大值41.2mm。分析发现最大沉降断面F 55拱顶上部有一条降水联络管存在微小渗漏,导致地表及拱顶沉降过大,最大沉降速率达4.44mm/d,施工过程中采取拱背回填注浆,在各分区开挖洞室两侧底部加设锁脚锚杆,沉降速率明显减缓,拱背回填注浆效果显著,局部区域经过注浆后地表抬升10mm~30mm。CRD工法分区开挖,洞室水平收敛最大值仅7.4mm。
监测数据显示,结合部第一层开挖沉降量占总沉降值的3%左右,第二层开挖占总沉降量的40%左右,第三层开挖占总沉降量的30%左右,第四层开挖沉降占总量的15%左右。暗挖风道CRD工法施工,第二层及第三层开挖过程中沉降较大,地表沉降在断面开挖完后18d左右趋于稳定。结合部中线对应地表分层沉降历时曲线见图4。
结合部开挖沉降槽基本在结合部底部往两侧45°角扩散范围内,施工过程中须注意开挖对应宽度范围内管线及构筑物沉降。
3.2 结合部CRD工法开挖及过污水管特殊段处理的技术经济评价
结合部施工地面最大沉降控制在60mm内,路面未出现开裂;采取洞内注浆之后,地面下沉部位地层被抬升,最大抬升高度20mm左右;最后累计最大沉降基本控制在40mm内。地层内电缆、污水管、雨水管未出现断裂,洞内初期支护结构稳定。二次衬砌施工过程中初期支护结构及地层和管线也未出现较大二次异常变形。
蒲黄榆车站结合部受污水管影响,原设计要求污水管改移后开挖,受非典等因素影响无法改移;通过采取降低高度通过污水管,在条件成熟时污水管改移,最后进行反挑施工, 顺利渡过特殊部位风险点,提前近8个月完成结合部施工,为车站正洞破口施工提供了条件。
因此结合部采用降低高度过污水管及渗漏管内套管处理技术是经济、可行的。
4 结束语
通过结合部瘦高形状结构CRD工法施工,从监测信息反馈结合工程施工安全、质量、进度分析,城区浅埋暗挖地铁采用CRD工法将大断面分为小洞室开挖降低了施工安全风险。其中内套管处理渗漏水技术、降低高度开挖通过污水管、二次衬砌施工先代换后拆除、分段分层二衬等方法是非常成功的,攻克了特殊环境下瘦高结构施工难题,积累了施工经验,为类似工程施工相关参数的选择提供了经验数据。
参考文献
[1]王梦恕.北京地铁浅埋暗挖法施工[J].铁道工程学报,1988,12(4):7-12.
[2]关宝树.隧道及地下工程专题技术-辅助工法概论[M].成都:西南交通大学出版社,1998.
[3]张凡,孔恒.地层预加固技术的研究现状和方向[J].市政技术,2004(6):74-80.
原文网址：http://www.pipcn.com/research/200807/9034.htm
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