單層多跨拱頂直墻暗挖車站設計與研究

周燦朗，林湘

(廣州地鐵設計研究院有限公司，廣東廣州510010)

單層多跨拱頂直墻暗挖車站設計與研究

周燦朗，林湘

(廣州地鐵設計研究院有限公司，廣東廣州510010)

受制于環境條件，有很多地鐵車站局部采用單層暗挖段，與兩端明挖部分連接形成端廳車站，單層大斷面暗挖斷面設計是工程中的難點。文章以北京地鐵14號線朝陽公園站工程實例為背景，針對單層多跨暗挖斷面形式，結合三聯拱斷面和平頂直墻矩形斷面的優點，提出單層多跨拱頂直墻的暗挖方案，對該方案的施工方法、主要工程措施進行了重點闡述。車站現場施工實踐表明，該方案對減小暗挖風險，控制地面沉降是有效的，可為類似工程的設計和施工提供參考。

三聯拱 拱頂直墻 地鐵車站 管線遷改 初期支護

方便快捷的軌道交通是解決城市交通問題的理想方案之一。但城市中心城區交通擁堵，地下市政管線密集，給地鐵實施帶來很大困難。淺埋暗挖法［1］可避免對地面交通和地下管線影響，在工程中得到廣泛應用和發展。

單層暗挖通常應用在下穿埋深較大且遷改難度大的地下管線區域，連接兩端明蓋挖站廳，形成端廳車站。文獻［2］對單層大跨度暗挖地鐵車站柱洞法施工方案進行了探討，針對的斷面形式為單拱型斷面。文獻［3］針對平頂直墻條件下暗挖通道開挖和二次襯砌施工風險，對平頂直墻結構斷面適用條件進行分析。文獻［4］以青島3號線清江路站為例，介紹了上軟下硬地質條件下單拱大跨度地鐵車站的計算方法。

本文以北京地鐵14號線朝陽公園站工程實例為背景，結合三聯拱斷面［5-6］和平頂直墻矩形斷面［7］的優點，提出單層三跨拱頂直墻暗挖方案(見圖1)，對該方案的施工方法、主要工程措施進行了深入研究，現場施工實踐表明該方案對減小暗挖風險，控制地面沉降，保證地下管線安全是有效的，可為類似工程的設計和施工提供參考。

圖1 單層三跨拱頂直墻地鐵車站斷面(單位:mm)

1 工程概況

1.1 車站概況

北京地鐵14號線朝陽公園站位于朝陽公園南路(東西向)與甜水園街(南北向)丁字交叉路口，呈南北走向布置。跨朝陽公園南路部分地下管線密集，交通繁忙，采用單層三跨拱頂直墻暗挖方案，與兩端明挖部分連接，實現站臺層的連通。

該斷面尺寸為22.90 m×8.96 m，頂部有雨水、污水、高壓燃氣、給水等多種管線。暗挖方案的選擇主要考慮三個問題:減小暗挖施工風險，控制地面沉降以及方便暗挖與明挖的連接。本站設計中，結合三聯拱斷面和平頂直墻斷面的優點，提出單層三跨拱頂直墻暗挖方案，有效地解決了以上三個問題。

1.2 工程地質及水文地質條件

車站場地位于古金溝河故道，勘察鉆孔范圍內的地層情況從上至下依次為:〈1〉1雜填土、〈1〉粉土填土、〈3〉粉土、〈3〉1粉質黏土、〈4〉3粉細砂、〈4〉4中粗砂、〈5〉1中粗砂、〈5〉圓粒卵石、〈6〉粉質黏土、〈6〉2粉土。暗挖拱頂位于〈3〉1粉質黏土層，底板位于〈6〉粉質黏土層，暗挖范圍主要為透水性的砂層及卵石層。

場地范圍內有3層地下水:上層滯水、潛水、承壓水。暗挖范圍主要位于潛水層，但拱頂位于潛水水位以上，施工期間采用降水方案。

2 施工方法

本斷面施工方案的選擇，借鑒了平頂直墻暗挖法［7］和PBA法［8］的精髓，采用柱洞法方案，將整個斷面橫向分為側洞(邊導洞)、柱洞(中導洞)共4個小導洞。自上而下開挖4個導洞，再由下而上施作導洞內襯砌，建立梁柱和側墻支撐體系［9］。為減少相互影響，4個導洞錯洞開挖，縱向拉開步距。待4個導洞內的二襯施作完成后，進行導洞間的扣拱和底板澆筑，完成結構封閉。照此施工順序，將大斷面方案分割為若干個小斷面，減小了施工風險和地面沉降。

施工步序如下:①施作超前小導管預注漿加固地層，施作拱部大管棚，見圖2(a)。②先開挖邊上導洞DZ4，后開挖中上導洞DZ2，拉開距離10 m，見圖2(b)。③開挖邊下導洞DZ8，開挖中下導洞DZ6，拉開10 m，施作二襯。④施作邊上導洞內初支、二襯，中上導洞內施作防水層、二襯。⑤先開挖中上導洞DZ3，后開挖邊上導洞DZ1，前后拉開10 m。⑥先開挖中下導洞DZ7，后開挖邊下導洞DZ5，前后距離10 m，見圖2(c)。⑦后退施作下導洞內的防水層，澆筑二襯，安裝鋼管柱。⑧邊上導洞施作初支、二襯，中上導洞施作二襯、頂縱梁。⑨施作拱部初期支護，中跨領先邊跨10 m，兩邊跨同步。⑩后退澆筑中拱及邊拱二襯，中跨領先10 m，兩邊拱對稱澆筑，見圖2(d)。?開挖中跨土體，每次開挖一榀土方至基底，架設格柵噴混凝土封底，見圖2(e)。?鋪設中跨防水層，澆筑中跨底板的混凝土，實現中跨封底。?開挖邊跨土體，每次開挖一榀土方至基底，架設格柵噴混凝土封底，見圖2(f)。?鋪設邊跨防水層，澆筑混凝土二襯，完成結構封閉，參見圖1。

圖2 施工步序

3 主要工程措施

3.1 施工降水

車站拱頂處于粉質黏土層，拱頂以下基本處于潛水層，施工期間，需采用降水工藝，疏干開挖范圍內的地下水，提高土體抗剪強度，保持掌子面的穩定和控制地面沉降。暗挖下穿污水、雨水管，地下管線滲漏是施工期間需要重點處理的問題。

3.2 支護方案

根據本站的施工步序，暗挖初期支護方案見圖3。1)小導洞設計

結構受力和施工空間是小導洞設計主要考慮的兩個因素。中導洞設計凈寬為4 m，保證開挖期間掌子面的穩定，同時滿足施工機械、土方材料運輸的空間。邊導洞設計凈寬3 m，滿足施工機械的最小要求。小導洞分為上下兩層，上導洞高4.7 m，下導洞高4.8 m。每個導洞采用臺階法開挖，保留核心土。4個小導洞橫向進尺錯開，每個小導洞的上下導洞進尺錯開，以減小導洞開挖的相互影響。

2)超前支護

在小導洞開挖范圍內，采用拱部φ42 mm厚3.25 mm@300 mm的小導管超前注漿。注漿管長2 m，外插角10°～15°，一榀一打。根據地層情況，采用水泥或水泥、水玻璃雙液漿。

圖3 初期支護方案(單位:mm)

在初支扣拱部位，施工風險較大，易出現土體坍塌，設計中采用了φ108 mm厚5 mm@300 mm大管棚+φ42 mm厚3.25 mm@300 mm小導管超前支護，大管棚內注水泥漿。

3)扣拱設計

初支扣拱設計需考慮初支扣拱時土體的穩定和二襯扣拱時初支的穩定兩個方面。初支扣拱時，土體的穩定采用大管棚+小導管超前注漿支護。二襯扣拱時，需鑿除小導洞初支側壁，為防止扣拱初支腳部出現脫落，在小導洞側壁上預埋好插筋，通過插筋使小導洞內外的初支扣拱形成環，直接支撐在另一側小導洞側壁上(預埋鋼板)，使初支形成一個獨立的穩定體系，見圖3。可減小鑿除側壁的影響，保證二襯扣拱安全。

3.3 主體結構設計

1)底縱梁設計

中間兩個小導洞施工完成，從末端往豎井后退式澆筑底縱梁。底縱梁既是鋼管柱擴大基礎，也是車站底板的一部分，梁內預埋底板的兩層橫向主筋，同時防水層預留搭接并做好保護措施。底縱梁分段澆筑長度以12～20 m為宜，橫向預留的底板鋼筋采用直螺紋套筒連接。底縱梁上預埋地腳螺栓，鋼管柱通過地腳螺栓固定在底縱梁上。同時，鋼管柱內插鋼筋錨入底縱梁，形成鋼筋混凝土芯柱，提高承載力和穩定性。底板梁柱節點設計見圖4。

圖4 底板梁柱節點設計

2)頂縱梁設計

頂縱梁在導洞內澆筑，操作空間狹小。受導洞形狀控制，頂縱梁設計成倒T形。頂縱梁分6 m一段澆筑，分段位置取縱向柱距的1/3位置。

鋼管柱頂部內插鋼筋，錨入頂縱梁，形成鋼筋混凝土芯柱。為提高抗剪能力，在頂縱梁下焊接一個環形抗剪鋼牛腿，并通過涂刷防火防腐涂料解決銹蝕和防火問題，提高結構耐久性。

3)頂底板設計

本工法通過將大跨度斷面分塊施工，剖分成若干個小斷面，以減小暗挖風險，提高可實施性。這也導致主體結構分塊澆筑，產生多道縱向施工縫，對結構受力和防水產生一定的影響。二襯扣拱完成后，頂板與側墻、梁柱形成了一個豎向受力的穩定體系，但此時底板未封閉，繼續往下開挖，將形成倒C形結構，造成水平向受力的不穩定。為解決該問題，土方開挖時，采用縱向臺階式開挖，一次僅開挖一榀范圍內的土方至基坑底，并及時架設格柵噴混凝土封底，保證整個結構在水平向受力的穩定。

4 結論

本文以北京地鐵14號線朝陽公園站的工程實例為背景，提出單層多跨拱頂直墻的斷面形式，安全、如期完成了地鐵車站施工，得出以下結論:

1)該方法結合了平頂直墻斷面和三聯拱斷面的優點，有效實現了單層暗挖與兩側明挖箱形框架結構的對接，適用于跨越交通流量大或者地下管線多的區域。

2)通過將多跨大斷面結構分割為若干個小跨度斷面施工，減小了暗挖風險，可推廣至四跨、五跨甚至更多跨，在公路隧道、地下空間開發中具備應用前景。

3)目前朝陽公園站已通車，施工實踐證明該方法有效地控制了地面沉降，既保證了地下管線安全，又保證了通車工期。

［1］王夢恕.隧道工程淺埋暗挖法施工要點［J］.隧道建設，2006，26(5):1-4.

［2］張國亮，張振剛.單層大跨度暗挖地鐵車站柱洞法施工探討［J］.鐵道建筑，2005(3):38-40.

［3］田海波.大跨平頂直墻暗挖通道二次襯砌技術探析［J］.隧道建設，2015，35(3):268-273.

［4］徐振，任志亮.淺埋暗挖單拱大跨結構在地鐵車站的應用［J］.鐵道標準設計，2011(10):93-95.

［5］杜建華，杜華林.單拱暗挖車站上穿既有地鐵線施工技術［J］.鐵道建筑，2010(5):64-68.

［6］杜建華，彭彥彬，杜華林.淺埋暗挖大跨三聯拱隧道施工技術［J］.鐵道建筑，2010(4):44-47.

［7］李峰，楊威虎，李連玉.大斷面平頂直墻地鐵風道二襯施工受力轉換技術［J］.都市快軌交通，2009，22(2):83-86.

［8］黃美群.一次扣拱暗挖逆作法修建地鐵車站新技術［J］.都市快軌交通，2009，22(6):66-71.

［9］劉濤，張瑾，閆楠.巖石地區淺埋暗挖地鐵車站支護結構設計初步研究［J］.巖土工程學報，2010，32(增2):347-350.

(責任審編趙其文)

U455

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2015.12.20

1003-1995(2015)12-0074-03

2015-08-21;

2015-10-21

周燦朗(1977—)，男，高級工程師。