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地铁特大风道进主体暗挖施工转换技术
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内容提示： 北京地铁黄庄站是目前国内最大的一次性暗挖车站,车站南北端风道是北京地铁中最大的风道。由风道进入车站主体施工,受力转换工序是关系结构安全、质量的重要环节。详细介绍了黄庄站特大风道进主体暗挖施工时采取增加结构整体性和开口加强的措施、受力转换技术,提出了施工中质量、安全控制要点。
摘 要 北京地铁黄庄站是目前国内最大的一次性暗挖车站,车站南北端风道是北京地铁中最大的风道。由风道进入车站主体施工,受力转换工序是关系结构安全、质量的重要环节。详细介绍了黄庄站特大风道进主体暗挖施工时采取增加结构整体性和开口加强的措施、受力转换技术,提出了施工中质量、安全控制要点。（参考《建筑中文网》）
关键词 地铁风道 主体导洞 加强环梁 受力转换
1 工程概述
北京地铁黄庄站位于海淀区中关村大街与知春路、海淀南路的十字交叉路口处,为四号线和十号线的交叉换乘车站,建筑面积25000m2,是目前国内最大的一次性暗挖车站。四号线车站主体双层暗挖段施工通过南北两端的风道进行,风道尺寸为12.96m(宽)×19.574m(高),是目前北京地铁最大断面的风道,在风道施工完成后,即转入四号线车站主体68m双层暗挖段施工。风道与四号线车站主体洞口关系见图1。
四号线车站主体双层段为暗挖的三连拱的两层三跨结构,开挖总宽度为26.4m。两侧拱采用上、下四导洞的洞桩(柱)法施工。施工导洞初期支护均为马蹄形暗挖结构,导洞开挖断面为10.82m×5.97m,车站上下施工导洞拱顶覆土厚分别为7.1m和18.0m。车站上下施工导洞地质分别为粉质黏土和卵石层。拱顶主要有Φ600承插铸铁上水管,Φ300~Φ1000雨污水管5条,地面车流量大。
2 施工风险分析及其对策
首先,由于风道高度近20m,主体导洞开口施工时,需要破除的初期支护面积比较大,在风道二次衬砌施作之前直接破除马头门,将土体侧压力等外力释放,受力转换施工是地铁浅埋暗挖施工的特殊工序,如不采取加固措施,风险极大。其次,上导洞拱顶距离地面覆土较浅,且对管线保护要求高,下导洞拱顶处于卵石层上,极易塌方,需要采取切实可行的超前支护措施。第三,由于多导洞开挖,容易产生群洞效应,对控制地表沉降不利。
鉴于以上原因,在施工中采取的对策是:第一,在风道内施作加强环梁,进行受力转换;第二,上、下导洞均打设Φ159大管棚与Φ42小导管进行超前支护,并在下导洞卵石层进行超前支护时配合注改性水玻璃浆,以杜绝塌方,保证路面和管线的安全。第三,采取科学有效的施工顺序和步距,减小沉降。第四,加强监控量测,以信息化手段指导施工。
3 风道进主体受力转换施工技术
在风道开挖封端施工完成后进行主体开口施工,通过采用超前支护及设置加强环梁等措施,确保风道在二衬结构未施作的情况下开口和受力转换的安全,四号线车站主体开口施工流程见图2。
3.1 土体超前预支护
3.1.1 超前管棚
沿主体上、下导洞初支拱部设置超前管棚,管棚选Φ159热轧钢管,t=8mm,间距400mm,上导洞采用非开挖铺管技术一次施作68m,下导洞采用螺旋钻施打18m,钢管内灌筑水泥砂浆。
3.1.2 超前小导管
管棚间采用小导管周壁预注浆,小导管选用Φ32的热轧钢管,t=3.25mm,长度2.5m,外插角5°~10°,环向间距0.4m。注浆浆液根据地层情况选用,尤其在卵石层,采用注改性水玻璃浆液,注浆压力控制在0.4~0.6MPa,具体超前支护如图3所示。
3.2 施作加强环
待车站主体Φ159管棚和超前小导管施作完成后,在风道内设置宽100cm、厚50cm的加强环梁,加强环梁的钢筋与管棚、小导管外露50cm部分连成整体,喷射混凝土以增加刚度。为加快施工进度,首先封闭下面两导洞加强环梁后,进行导洞一、二的开口转换施工;再封闭上面两导洞加强环梁,全部加强环梁施工完成后,进行上面两导洞开口转换施工。施工时分段破除风道初衬轮廓,留置钢格栅,将环梁主筋从钢格栅穿过并锚固在一起,喷射混凝土进行封闭,依次破除初衬另一段轮廓直到整个马头门轮廓完成,加强环结构见图4。通过马头门加强环的施作,将导洞一与导洞二、导洞三与导洞四连为一体,各个导洞变为一个受力整体。从图4可以看出,上、下导洞通过格栅锚筋与风道、主体进洞拱部加强环梁联结为一个整体,从而保证了破除马头门时结构的整体性和稳定性。
4 车站主体开口转换施工
四号线主体先开挖下导洞后开挖上导洞,主体开口待风道管棚及正洞加强环梁施作结束后进行。上导洞采用CRD法施工,下导洞采用双侧壁导洞法施工,上、下导洞均以台阶法施工为基础进行。主体开挖断面为10.820m×7.972m,上导洞分4部、下导洞分3部进行施工,如图5所示。
4.1 主体开挖轮廓定位放样
由测量班准确定位主体导洞开挖轮廓线。
4.2 拆除风道初支面
首先注浆加固地层,破除风道靠主体侧边墙格栅部位的支护结构,破除宽度按50cm进行,安装主体第一榀格栅及锁脚锚管并喷混凝土支护,再拆除该部位主体掌子面其余支护结构。
4.3 主体第一榀格栅施工
第一榀格栅安装时应与风道预埋主筋焊接,确保焊接长度,格栅安装完毕后及时喷射混凝土支护。
4.4 确保掌子面土体稳定
在掌子面支护结构破除后,第二榀钢格栅开挖安装前,掌子面部位土体先采用素喷混凝土封闭,确保土层稳定。
4.5 开挖工法
一、二导洞采用双侧壁导坑法施工。Ⅰ~Ⅲ部采用上下台阶法施工,台阶宽度2~3m,高度为格栅节点高度。由于导洞开挖高度近6m,为保证上台阶作业,上台阶采用预留核心土法施工,核心土尺寸:宽度×高度=1m×1.5m,先开挖周边土体安装拱部格栅,开挖进尺按每榀50cm,格栅安装完毕,及时喷射混凝土支护封闭,根据地层情况进行小导管注浆作业。三、四导洞采用CRD工法施工,施工中按照编号1~4的顺序施工。
4.6 施工顺序
以四号线导洞开挖断面(图3)为例作一介绍。
第一步:初期支护及地层加固后,先后开挖1、2号导洞土体,施作初期支护及锁脚锚杆。
第二步:继续开挖3、4号导洞土体并进行初期支护。1、3导洞,2、4导洞,3、4导洞之间纵向步距12~18m。再先后开挖5、6导洞,施作初期支护,完成下导洞施工。3、5导洞,4、6导洞纵向步距错开12~18m。
第三步:上导洞开挖按照7~14的顺序施工(见图3),施工纵向步距类似下导洞,原则是上、下,左、右导洞的步距控制在12~18m。
5 监控量测
监控量测是保证施工安全的重要环节,通过监控量测数据可以分析确认围岩的稳定性,监测风道和导洞初期支护结构受力变形情况,通过监测数据的反馈信息及时调整支护参数和施工方案,控制并减少沉降,避免造成地面塌陷和管线损坏,保证施工安全又可科学地加快施工进度。下面以风道监测为例说明(见图6)。
5.1 量测项目
(1)地表下沉;(2)拱顶下沉;(3)净空水平收敛;(4)格栅钢筋应力应变;(5)围岩接触压力;(6)格栅支撑轴力;(7)管线的沉降。
5.2 监测仪器
精密水准仪,收敛计,钢筋计,轴力计,压力盒等量测仪器。
5.3 监测地表沉降基准值(见表1)
6 施工中质量安全控制要点
(1)加强结构受力转换时的监测,及时反馈信息,由监测反馈信息指导施工,做到信息正常,严密监测;信息反常,即刻采取应对措施。
(2)严格遵循浅埋暗挖“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”十八字方针。
(3)严格控制各导洞开挖步距及各部工作面间隔距离,避免出现群洞效应。如果导洞间工作面齐头并进,会造成多个导洞的应力和沉降叠加,加大地表沉降,危及地面管线安全。根据施工中的经验,各导洞间工作面的合理距离应控制在12~18m。
(4)为了减小地面沉降,导洞暗挖施工中,重点采取及时打设锁脚锚杆,格栅底部铺木板增加受力面,及时进行拱背回填注浆等加强措施。
(5)格栅结点板处是初支结构受力的薄弱环节,连接筋的焊接质量应严格控制。
(6)针对浅埋暗挖风险比较大的特点,施工中应制定防坍塌及管线保护措施以及详细的应急预案。配备抢险应急物资,如编织袋、方木、小导管等,放在掌子面位置,以便发生险情时立即到位。
(7)如掌子面出现土体含水量增多、土体坍塌、管线渗漏、遇中雨以上的降雨天气等特殊情况,应停止开挖,封闭掌子面,并采取相应措施。
7 结束语
由于风道的加强措施得力,主体开口施工过程中,保证了风道结构自身的安全;在施工中严格按照浅埋暗挖的十八字方针,超前支护到位,杜绝了地面坍塌事故;控制了地表沉降,保证了各种管线的安全,在类似的工程施工中,具有很好的借鉴作用。
原文网址：http://www.pipcn.com/research/200808/9071.htm
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