地鐵風道縱橫向交叉疊加扣拱施工技術研究

王冰琰

(中鐵十五局集團第五工程有限公司 天津 300133)

1 引言

地鐵工程一般位于城市繁華地段，面臨著周邊環境復雜，沉降控制嚴格，地下管線拆遷改移、交通導改難度大等問題[1]。傳統的地鐵風道一般與車站呈分離式設置，這種形式的風道結構在施工過程中需要占用單獨的施工場地，同時為了保證安全，需要待鄰近的車站結構封閉完成后方可進行施工，因此會帶來巨大的工期與經濟壓力[2-3]。

北京地鐵十六號線達官營站實踐了一種與車站結合設置的風道結構，該風道利用車站端頭的樁柱體系進行了與車站頂拱呈縱橫向交叉布置的疊加扣拱施工，有效地解決了因場地限制而導致風道結構無法獨立設置的問題，結構設置的優化可以有效地減少多次施工對周邊建筑物和地層產生的疊加擾動，確保建筑物和地下管線的安全[4]。

2 工程概況

2.1 風道與車站結構關系

達官營站為地下兩層三跨島式車站，呈南北向布置。車站北端接暗挖區間，南端設置風道，風道為地下三層單跨框架結構，風道南接盾構區間。車站與風道均采用PBA逆筑法施工，風道頂拱軸線與車站頂拱軸線呈縱橫向垂直交叉設置。風道與車站結構布置如圖1所示，車站標準斷面、風道標準段斷面、風道斜向扣拱變截面如圖2所示。

圖1 風道與車站端部結構布置(單位：mm)

圖2 風道與車站結構典型斷面(單位：mm)

2.2 水文地質

工程位于永定河沖洪積扇的中上部，地形起伏變化不大，擬建場地特殊性巖土主要為人工填土、新近沉積層、風化巖及卵石層中的漂石[5-6]。

工程所處含水層為潛水，含水層巖性為卵石⑦層，水位標高20.41～21.69 m，水位埋深22.40～24.05 m，受季節影響，局部存在上層滯水。

3 施工重難點

(1)初支扣拱CD法二襯進洞施工

風道拱頂覆土厚度為12 m，結構凈跨最大為12.35 m，凈高20.45 m。為了保證土體穩定，規避安全風險，采用非常規的豎井二襯施工完成后再開啟馬頭門進洞施工暗挖風道的方法。

風道暗挖施工時考慮一次開挖斷面較大的問題，采用CD法進行初支扣拱施工，初支扣拱格柵鋼架需要將拱腳部位分別與高通道和二期豎井小導洞的格柵鋼架連接[7]。二襯扣拱施工前將扣拱分段鑿除，在鑿除臨時支撐后、二襯混凝土澆筑前，整個上部結構僅依靠拱部的初支結構來承受上方土壓力，格柵鋼架的加工及安裝是施工控制的重點[8]。

(2)縱橫向交叉扣拱結合部位施工

車站與風道結合處的頂、底及中縱梁需要先期在高通道內施作。受導洞尺寸影響，作業空間狹小、施工難度大、鋼筋間距密，且需要為風道拱、板、墻等結構預留鋼筋接頭，在混凝土澆筑過程中要保證混凝土振搗密實，預留鋼筋不產生偏移。

(3)大跨徑變截面二襯扣拱施工

風道在車站橫向范圍外的部分為變截面結構形式，豎井進洞13.92 m范圍內，進行拱頂弧形斜向扣拱施工，拱頂標高保持一致，通過控制圓心位置及弧形半徑來調整扣拱跨度及圓心角。該施工方法的特點是每延米的弧形及截面都不一致，為了保證永久結構線形平順、凈空滿足要求，初支扣拱格柵鋼架、二襯扣拱鋼模板、模板支撐體系需要保證較高的加工及拼裝精度。

4 施工方案

風道的施工結合車站PBA逆筑法進行，一期豎井及高通道為車站施工提供作業面，高通道內施工車站與風道結合部位的樁柱體系，風道獨立導洞內施工風道南端的樁柱體系，在兩者之上進行拱部結構施工。風道結構施工工藝如圖3所示。

圖3 施工工藝流程

4.1 一、二期豎井與高通道初支結構施工

一期豎井采用倒掛井壁法施工。豎井施工過程中，依次開啟CRD法高通道各層馬頭門，高通道位于車站最南端，為南部車站施工提供作業面，由高通道進洞向北依次開挖車站各施工導洞。

二期豎井在車站二襯扣拱完成后進行。豎井井壁開啟馬頭門進洞施工風道導洞，先施工下導洞后施工上導洞，導洞間錯距不小于10 m[9]。

4.2 樁柱體系施工

(1)高通道內樁柱體系

風道在車站一側的受力轉換結構在高通道內施作，車站橫向范圍外從下向上依次澆筑條基、臨時側墻與冠梁。臨時側墻施工時不鑿除高通道初支型鋼支撐，車站橫向范圍內依次澆筑條基、梁柱體系與拱部異型冠梁。風道結構參數如表1所示。

高通道內的頂、底縱梁與車站頂、底縱梁一起澆筑，嚴禁出現水平施工縫。采用底梁倒撐到梁上部，頂梁倒撐到梁下部澆筑的方式進行整體澆筑施工。高通道內的部分頂拱、底拱及中樓板等應一次澆筑完成。異型冠梁配筋、風道橫梁與中板、頂拱的錨固形式如圖4所示。

圖4 異形冠梁配筋與橫梁錨固形式

表1 風道結構參數

車站頂縱梁、壁柱(FZ1、FZ2)及風道橫梁(FTHL1)澆筑完成后，采用C40鋼筋混凝土異型冠梁結構回填橫梁上皮與高通道頂拱間空隙，并預埋注漿管壓注膨脹水泥漿，確保橫梁與高通道初期支護結構間密實[10]。高通道內橫梁、樓板等永久結構施工完成后，預留腳手架以確保永久結構的穩定性。高通道內頂拱模架支撐體系如圖5所示。

(2)風道獨立樁柱體系

在風道下導洞內施工條基，在上導洞內向下施工φ1 200@1 500 mm挖孔樁，挖孔樁澆筑完成后施工樁頂冠梁。挖孔樁采用“隔三施一”的跳樁施工方法，施工過程應滿足樁長、樁徑、混凝土強度要求，不得有斷樁、混凝土離析、夾渣等問題。

圖5 高通道內頂拱模架支撐體系(單位：mm)

4.3 豎井二襯結構施工

一、二期豎井合并為一個大豎井，豎井二襯結構按照板墻梁柱體系分段分倉施工。澆筑時必須保證每段結構為一個完整的受力體系。

在進行豎井結構施工前，需提前施作風道初支扣拱馬頭門上方的超前支護，豎井二襯結構施工完成后開啟馬頭門施工風道CD法初支扣拱。

4.4 風道初支扣拱施工

初支扣拱暗挖施工采用深孔注漿輔以小導管超前預加固拱部土體。臺階法開挖Ⅰ洞室，施作中隔壁后快速進行鋼格柵混凝土鋪底，隨后開啟馬頭門臺階法施工Ⅱ洞室。Ⅰ、Ⅱ洞室前后錯距不小于10 m。風道初支扣拱超前加固范圍如圖6所示。

圖6 初支扣拱超前支護(單位：mm)

初支扣拱底部格柵鋼架與高通道及風道導洞格柵進行連接，拱部與高通道及風道導洞初期支護上的預埋節點板進行連接。在施工過程中需要保證扣拱格柵鋼架與高通道及風道導洞內先期施工的格柵鋼架對應榀在同一平面內，前后偏差不大于5 mm，以保證各洞室格柵的順利連接。初支扣拱格柵鋼架如圖7所示。

圖7 格柵鋼架總裝

4.5 二襯扣拱施工

初支扣拱貫通后，由豎井向車站方向鑿除風道上導洞及高通道部分初期支護結構，后退式澆筑風道PBA法二襯扣拱。

4.6 風道主體結構施工

拱部混凝土達到設計強度后，將風道沿縱向分為若干施工段，每個施工段分層分段跳挖土體至負一層中板，分段澆筑中板梁及側墻[11]。

跳挖土體凈距不小于10 m，開挖土體范圍不大于6 m。土方開挖應遵循分段、分層、分塊的原則，充分利用土體的“時間-空間”效應，減少圍護結構及土體的變形，確保拱底持力層的承載力，減少差異沉降對結構的不利影響[12]。

待中板混凝土達到設計強度后，采用相同施工方式依次向下開挖負二層、負三層土體。

負三層開挖至鋼支撐架設標高后，快速架設鋼支撐，分段跳挖土體至底拱。開挖至底拱標高時應留300 mm厚土體進行人工清底，挖至設計標高后組織驗槽。對于軟弱土體應進行處理，滿足設計要求后快速施工鋪底格柵，底板達到設計強度后，分段依次拆除鋼支撐，施工側墻(見圖8)。

圖8 風道結構

5 結束語

工程的順利實施解決了大跨徑縱橫向疊加扣拱的施工難題，與傳統分離式風道相比具有一定的優勢，在城市地鐵施工中具有推廣價值。

(1)解決了傳統分離式風道占用地面場地大的問題，風道施工利用車站臨時豎井，無需占用額外的地面場地，降低了前期的拆改費用。

(2)風道結構與車站交錯、平行進行施工，可以縮短工期。同時車站站廳、站臺層可以作為短期的地下施工場地，有效利用了車站內部空間。

(3)車站永久結構代替了風道部分樁柱體系，既充分利用了車站結構，又避免了重復施工樁柱體系造成的成本增加，節約了費用。