波紋鋼板替代傳統鋼格柵混凝土施工在地鐵豎井初期支護中的應用

賈喜濤 趙克生 孟學仲 孫守元 劉 森 尹明陽

1. 中鐵北京工程局集團有限公司 北京 100089；

2. 北京市軌道交通建設管理有限公司 北京 100068

1 概述

北京地區首次在地鐵施工過程中，使用波紋鋼板，以橢圓形的形式進行豎井初期支護。波紋鋼板采用螺栓進行連接，施工過程無需噴射干拌混凝土、不使用電焊等，不對空氣質量產生影響，采用螺栓連接的方式可方便施工任務完成后的波紋鋼板拆除工作，對波紋鋼板、槽鋼、工字鋼等原材料進行回收利用，同傳統的豎井及橫通道初期支護的方式相比，該支護方式大大節約了施工成本和施工工期，且能滿足當下北京地區的環保要求[1-2]。

2 工程概況

北京某地鐵車站為地下2層島式站臺，總長241 m，采用“樁-梁-拱”（PBA）工法施工，共設置4座施工豎井和橫通道，兩端接礦山法區間。1號施工豎井和橫通道位于車站北端頭，臨時占用一塊綠地，水平距離某4層平房14.86 m。豎井采用倒掛井壁法施工，井口凈空尺寸為5.1 m×9.6 m（其中鎖口圈梁尺寸為2.0 m×0.8 m）深約30.46 m；由厚7 mm的200 mm×55 mm波紋鋼板、200 mm×200 mm的H型鋼立柱、140 mm×140 mm方鋼環腰梁、小導管組成支護體系，井內設置25a#工字鋼臨時支撐，井底采用型鋼與模筑混凝土對其封底（圖1）。

圖1 波紋鋼板支護體系示意

3 波紋鋼板加工運輸

波紋鋼板加工之前由施工單位組織建設單位、監理單位、設計單位共同去加工廠家考察，考察合格之后進行波紋鋼板的首件加工。首件加工完成后運輸至施工場地進行拼裝，根據《北京軌道交通建設工程首件驗收管理辦法》，由四方單位進行首件驗收，驗收過程總結加工存在的瑕疵以及下一步加工需要改正的地方。驗收合格后陸續大批量的加工生產，在大批量加工生產過程中施工單位派專人駐廠把控質量，根據施工進展陸續發送至施工場地，并安排人員收貨。

4 施工工藝

4.1 研究背景

我國最早應用波紋鋼板是在20世紀50年代前后，從20世紀末開始對波紋鋼板進行應用研究，主要集中在公路工程施工方案的優化方面，在軌道交通方面還沒有形成系統的標準。目前我國城市地鐵豎井初支體系建設仍然相對落后，鋼筋、混凝土用料浪費嚴重，施工水平參差不齊，且現在環保問題非常突出，所以拼裝式波紋鋼板在地鐵施工豎井和橫通道襯砌的應用將是我國城市發展中必不可少的過程。

4.2 關鍵性技術研究

1）在豎井內使用裝配式波紋鋼板、環腰梁、H型鋼進行初期支護，同時進行背后回填注漿，實現無粉塵施工。

2）對施工工效（土方開挖時間、波紋鋼板吊裝時間、波紋鋼板安裝時間、注漿量等）進行統計，并對數據進行分析，與傳統工藝相比能減少施工時間。

3）通過試驗數據對比分析，確定土體的穩定性及波紋鋼板的收斂情況，進一步優化注漿配比和施作方法，確保地層沉降穩定可控。

4.3 波紋鋼板安裝

1）開挖豎井口圈梁基坑，地面小導管注漿加固鎖口圈梁下地層，鋼筋綁扎（預埋必要的預埋件）、支模（采用波紋鋼板兼擋水墻）、澆筑鎖口圈梁。

2）鎖口圈梁達到設計強度后，向下開挖土體，每步向下開挖進尺同波紋鋼板高度，拼裝波紋鋼板、立柱、縱向連接、打設鎖腳錨管及架設型鋼支撐，開挖至試驗段底部臨時封底（同永久封底做法），組織相應驗收、專家咨詢會及工作總結。

3）根據試驗段總結優化后的參數，繼續按要求向下開挖土方，循環工序施作。當開挖至每一層橫通道下方1.5 m時進行臨時封底，施作橫通道超前措施，并施作橫通道范圍內加強環梁，接著開橫通道馬頭門，錯開步距開挖。

4）按設計要求步距繼續向下開挖土方，并永久封底，循環施作同樣工序，橫通道范圍內施作雙拼加強環梁，采用波紋鋼板＋方鋼進行封堵；開挖第3層橫通道。

4.4 現場質量控制要求

1）土方開挖：根據測量放線定位嚴格控制土方超欠挖，允許誤差在±30 mm，每一段土方開挖完成后都根據測量定位進行校核。

2）波紋鋼板：首先主抓生產質量，波紋鋼板厚度下限允許偏差0 mm，波距允許偏差±3 mm，波深允許偏差±3 mm，內徑允許偏差±5%，矢高允許偏差±10 mm，法蘭盤端面對波紋鋼板的垂直度允許偏差2%，螺栓孔中心距允許偏差±0.5 mm，對于不滿足精度要求的波紋鋼板，施工現場不允許使用；其次就是施工過程中安裝質量的把控，具體要求為平面位置允許偏差±10 mm，高程允許偏差±10 mm，垂直度允許偏差3%。

3）每開挖2環就進行水泥砂漿背后回填，波紋鋼板與背后土體之間的密實度是關鍵技術之一 ，其比例采用1∶1，根據現場實際情況可以按照比例添加速凝劑加快凝固時間，注漿壓力采用0.1 MPa，多次注漿。

4.5 信息反饋

采用由波紋鋼板、H型鋼立柱、方鋼環腰梁、小導管組成的支護體系反映是否安全，通過地表沉降、凈空收斂、土壓力、軸力、應變等監控量測數據來反饋信息，以此來指導施工。

經數據監測分析統計，豎井波紋鋼板應變力、土壓力、軸力皆在允許變化范圍內，豎井處于安全可控狀態。

4.6 優勢的存在

1）同常規豎井格柵安裝相比，采用波紋鋼板安裝時間短，可有效提高施工進度。

2）采用波紋鋼板無需噴射混凝土和無需焊接作業，無煙塵作業環境良好，職業健康有保障。

3）施工控制精度高，累計誤差減小，外表整齊美觀。

綜合來看，采用波紋鋼板作為地鐵初期支護的工藝，開挖及安裝一循環需要花費7.5 h，比常規豎井支護一循環工效節約2.5 h。

5 結語

經施工實踐經驗證明，使用波紋鋼板進行地鐵豎井初期支護有以下優點：

1）安全可靠——通過監測數據表明豎井無收斂現象，且沉降數據正常。

2）安裝快捷，減少施工工序。

3）回收性強——豎井后期回填時可分段拆除，可重復回收利用。

4）對環境影響小，環保性好，可實現綠色施工。