地鐵風(fēng)道縱橫向交叉疊加扣拱施工技術(shù)研究

王冰琰

(中鐵十五局集團(tuán)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(huán)境復(fù)雜，沉降控制嚴(yán)格，地下管線拆遷改移、交通導(dǎo)改難度大等問(wèn)題[1]。傳統(tǒng)的地鐵風(fēng)道一般與車站呈分離式設(shè)置，這種形式的風(fēng)道結(jié)構(gòu)在施工過(guò)程中需要占用單獨(dú)的施工場(chǎng)地，同時(shí)為了保證安全，需要待鄰近的車站結(jié)構(gòu)封閉完成后方可進(jìn)行施工，因此會(huì)帶來(lái)巨大的工期與經(jīng)濟(jì)壓力[2-3]。

北京地鐵十六號(hào)線達(dá)官營(yíng)站實(shí)踐了一種與車站結(jié)合設(shè)置的風(fēng)道結(jié)構(gòu)，該風(fēng)道利用車站端頭的樁柱體系進(jìn)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(chǎng)地限制而導(dǎo)致風(fēng)道結(jié)構(gòu)無(wú)法獨(dú)立設(shè)置的問(wèn)題，結(jié)構(gòu)設(shè)置的優(yōu)化可以有效地減少多次施工對(duì)周邊建筑物和地層產(chǎn)生的疊加擾動(dòng)，確保建筑物和地下管線的安全[4]。

2 工程概況

2.1 風(fēng)道與車站結(jié)構(gòu)關(guān)系

達(dá)官營(yíng)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(qū)間，南端設(shè)置風(fēng)道，風(fēng)道為地下三層單跨框架結(jié)構(gòu)，風(fēng)道南接盾構(gòu)區(qū)間。車站與風(fēng)道均采用PBA逆筑法施工，風(fēng)道頂拱軸線與車站頂拱軸線呈縱橫向垂直交叉設(shè)置。風(fēng)道與車站結(jié)構(gòu)布置如圖1所示，車站標(biāo)準(zhǔn)斷面、風(fēng)道標(biāo)準(zhǔn)段斷面、風(fēng)道斜向扣拱變截面如圖2所示。

圖1 風(fēng)道與車站端部結(jié)構(gòu)布置(單位：mm)

圖2 風(fēng)道與車站結(jié)構(gòu)典型斷面(單位：mm)

2.2 水文地質(zhì)

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(chǎng)地特殊性巖土主要為人工填土、新近沉積層、風(fēng)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(biāo)高20.41～21.69 m，水位埋深22.40～24.05 m，受季節(jié)影響，局部存在上層滯水。

3 施工重難點(diǎn)

(1)初支扣拱CD法二襯進(jìn)洞施工

風(fēng)道拱頂覆土厚度為12 m，結(jié)構(gòu)凈跨最大為12.35 m，凈高20.45 m。為了保證土體穩(wěn)定，規(guī)避安全風(fēng)險(xiǎn)，采用非常規(guī)的豎井二襯施工完成后再開(kāi)啟馬頭門進(jìn)洞施工暗挖風(fēng)道的方法。

風(fēng)道暗挖施工時(shí)考慮一次開(kāi)挖斷面較大的問(wèn)題，采用CD法進(jìn)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(dǎo)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(shí)支撐后、二襯混凝土澆筑前，整個(gè)上部結(jié)構(gòu)僅依靠拱部的初支結(jié)構(gòu)來(lái)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(diǎn)[8]。

(2)縱橫向交叉扣拱結(jié)合部位施工

車站與風(fēng)道結(jié)合處的頂、底及中縱梁需要先期在高通道內(nèi)施作。受導(dǎo)洞尺寸影響，作業(yè)空間狹小、施工難度大、鋼筋間距密，且需要為風(fēng)道拱、板、墻等結(jié)構(gòu)預(yù)留鋼筋接頭，在混凝土澆筑過(guò)程中要保證混凝土振搗密實(shí)，預(yù)留鋼筋不產(chǎn)生偏移。

(3)大跨徑變截面二襯扣拱施工

風(fēng)道在車站橫向范圍外的部分為變截面結(jié)構(gòu)形式，豎井進(jìn)洞13.92 m范圍內(nèi)，進(jìn)行拱頂弧形斜向扣拱施工，拱頂標(biāo)高保持一致，通過(guò)控制圓心位置及弧形半徑來(lái)調(diào)整扣拱跨度及圓心角。該施工方法的特點(diǎn)是每延米的弧形及截面都不一致，為了保證永久結(jié)構(gòu)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(fēng)道的施工結(jié)合車站PBA逆筑法進(jìn)行，一期豎井及高通道為車站施工提供作業(yè)面，高通道內(nèi)施工車站與風(fēng)道結(jié)合部位的樁柱體系，風(fēng)道獨(dú)立導(dǎo)洞內(nèi)施工風(fēng)道南端的樁柱體系，在兩者之上進(jìn)行拱部結(jié)構(gòu)施工。風(fēng)道結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)施工

一期豎井采用倒掛井壁法施工。豎井施工過(guò)程中，依次開(kāi)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(yè)面，由高通道進(jìn)洞向北依次開(kāi)挖車站各施工導(dǎo)洞。

二期豎井在車站二襯扣拱完成后進(jìn)行。豎井井壁開(kāi)啟馬頭門進(jìn)洞施工風(fēng)道導(dǎo)洞，先施工下導(dǎo)洞后施工上導(dǎo)洞，導(dǎo)洞間錯(cuò)距不小于10 m[9]。

4.2 樁柱體系施工

(1)高通道內(nèi)樁柱體系

風(fēng)道在車站一側(cè)的受力轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)在高通道內(nèi)施作，車站橫向范圍外從下向上依次澆筑條基、臨時(shí)側(cè)墻與冠梁。臨時(shí)側(cè)墻施工時(shí)不鑿除高通道初支型鋼支撐，車站橫向范圍內(nèi)依次澆筑條基、梁柱體系與拱部異型冠梁。風(fēng)道結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1所示。

高通道內(nèi)的頂、底縱梁與車站頂、底縱梁一起澆筑，嚴(yán)禁出現(xiàn)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(jìn)行整體澆筑施工。高通道內(nèi)的部分頂拱、底拱及中樓板等應(yīng)一次澆筑完成。異型冠梁配筋、風(fēng)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(fēng)道結(jié)構(gòu)參數(shù)

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

(2)風(fēng)道獨(dú)立樁柱體系

在風(fēng)道下導(dǎo)洞內(nèi)施工條基，在上導(dǎo)洞內(nèi)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(guò)程應(yīng)滿足樁長(zhǎng)、樁徑、混凝土強(qiáng)度要求，不得有斷樁、混凝土離析、夾渣等問(wèn)題。

圖5 高通道內(nèi)頂拱模架支撐體系(單位：mm)

4.3 豎井二襯結(jié)構(gòu)施工

一、二期豎井合并為一個(gè)大豎井，豎井二襯結(jié)構(gòu)按照板墻梁柱體系分段分倉(cāng)施工。澆筑時(shí)必須保證每段結(jié)構(gòu)為一個(gè)完整的受力體系。

在進(jìn)行豎井結(jié)構(gòu)施工前，需提前施作風(fēng)道初支扣拱馬頭門上方的超前支護(hù)，豎井二襯結(jié)構(gòu)施工完成后開(kāi)啟馬頭門施工風(fēng)道CD法初支扣拱。

4.4 風(fēng)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(dǎo)管超前預(yù)加固拱部土體。臺(tái)階法開(kāi)挖Ⅰ洞室，施作中隔壁后快速進(jìn)行鋼格柵混凝土鋪底，隨后開(kāi)啟馬頭門臺(tái)階法施工Ⅱ洞室。Ⅰ、Ⅱ洞室前后錯(cuò)距不小于10 m。風(fēng)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(hù)(單位：mm)

初支扣拱底部格柵鋼架與高通道及風(fēng)道導(dǎo)洞格柵進(jìn)行連接，拱部與高通道及風(fēng)道導(dǎo)洞初期支護(hù)上的預(yù)埋節(jié)點(diǎn)板進(jìn)行連接。在施工過(guò)程中需要保證扣拱格柵鋼架與高通道及風(fēng)道導(dǎo)洞內(nèi)先期施工的格柵鋼架對(duì)應(yīng)榀在同一平面內(nèi)，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(fēng)道上導(dǎo)洞及高通道部分初期支護(hù)結(jié)構(gòu)，后退式澆筑風(fēng)道PBA法二襯扣拱。

4.6 風(fēng)道主體結(jié)構(gòu)施工

拱部混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，將風(fēng)道沿縱向分為若干施工段，每個(gè)施工段分層分段跳挖土體至負(fù)一層中板，分段澆筑中板梁及側(cè)墻[11]。

跳挖土體凈距不小于10 m，開(kāi)挖土體范圍不大于6 m。土方開(kāi)挖應(yīng)遵循分段、分層、分塊的原則，充分利用土體的“時(shí)間-空間”效應(yīng)，減少圍護(hù)結(jié)構(gòu)及土體的變形，確保拱底持力層的承載力，減少差異沉降對(duì)結(jié)構(gòu)的不利影響[12]。

待中板混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，采用相同施工方式依次向下開(kāi)挖負(fù)二層、負(fù)三層土體。

負(fù)三層開(kāi)挖至鋼支撐架設(shè)標(biāo)高后，快速架設(shè)鋼支撐，分段跳挖土體至底拱。開(kāi)挖至底拱標(biāo)高時(shí)應(yīng)留300 mm厚土體進(jìn)行人工清底，挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高后組織驗(yàn)槽。對(duì)于軟弱土體應(yīng)進(jìn)行處理，滿足設(shè)計(jì)要求后快速施工鋪底格柵，底板達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，分段依次拆除鋼支撐，施工側(cè)墻(見(jiàn)圖8)。

圖8 風(fēng)道結(jié)構(gòu)

5 結(jié)束語(yǔ)

工程的順利實(shí)施解決了大跨徑縱橫向疊加扣拱的施工難題，與傳統(tǒng)分離式風(fēng)道相比具有一定的優(yōu)勢(shì)，在城市地鐵施工中具有推廣價(jià)值。

(1)解決了傳統(tǒng)分離式風(fēng)道占用地面場(chǎng)地大的問(wèn)題，風(fēng)道施工利用車站臨時(shí)豎井，無(wú)需占用額外的地面場(chǎng)地，降低了前期的拆改費(fèi)用。

(2)風(fēng)道結(jié)構(gòu)與車站交錯(cuò)、平行進(jìn)行施工，可以縮短工期。同時(shí)車站站廳、站臺(tái)層可以作為短期的地下施工場(chǎng)地，有效利用了車站內(nèi)部空間。

(3)車站永久結(jié)構(gòu)代替了風(fēng)道部分樁柱體系，既充分利用了車站結(jié)構(gòu)，又避免了重復(fù)施工樁柱體系造成的成本增加，節(jié)約了費(fèi)用。