暗挖車站關鍵施工技術研究及應用

秦建明

(沈陽地鐵集團有限公司，遼寧 沈陽 110011)

1 概述

本站三連拱暗挖車站采用淺埋暗挖洞樁法的施工技術，即PBA工法。本工法在傳統淺埋暗挖法的基礎上吸收了蓋挖法的特點，把地面框架施工技術和傳統的導洞技術、樁技術、拱技術進行了有機的結合,是一種適合地面由于各種因素不具備明挖條件和對地層沉降要求嚴格的多層多跨地下暗挖結構的地下工程技術，具有廣闊的應用前景。但其施工方法也因主體結構設計原理、周圍環境和地質情況的不同而有所差異，在全國多座城市暗挖車站均有應用[1-3]，尚需根據不同地質條件和周圍環境不斷完善。

2 工程概況

2.1 設計簡介

沈陽地鐵一號線沈陽站站位于中華路與勝利大街的交叉路口，沿中華路方向東西布置，與規劃中的三號線在交叉路口十字換乘。本標段所在的中華路與垂直于車站的勝利大街為城市交通主干道，路面交通十分繁忙，車輛密集。地下管線密集主要分布在中華路及勝利大街下，有給水管、污水管和煤氣管道等對地面沉降要求較高，車站兩側為沈陽飯店和沈鐵大旅社等保護建筑同樣對沉降要求嚴格。沈陽站車站主體結構總長為190.6 m，采用明暗結合的施工方法；暗挖段共143 m，覆土厚度為6 m，大部分為中粗砂。車站主體結構為地下雙層島式車站。采用PBA工法施工，主體結構采用雙層三跨三連拱頂直墻形式。

2.2 地質及水文情況

地下水主要賦存于第四系渾河新扇沖洪積礫砂層(④-4)和上更新統渾河老扇沖洪積礫砂、圓礫層(⑤-4,⑤-5)中，屬孔隙潛水含水層，滲透系數70 m/d～140 m/d，穩定水位埋深為6.50 m～12.50 m。即整個車站位于富水砂層，施工前進行降水措施。

2.3 施工環境及重難點

1)車站位于火車站前廣場位置，地面環境復雜，周圍建(構)筑物較多，附近車流人流密集，拱頂上方存在雨污水、燃氣等管線，施工風險大。2)車站位于富水砂礫石層，含水量豐富，對降水要求高。同時，地層自穩性差，極易形成流砂等現象。3)車站覆土較淺(6 m)，開挖跨度大(21.5 m)，高度大(15.26 m)，工序復雜，頻繁擾動，沉降控制困難。

3 三連拱暗挖車站洞樁法施工步驟及關鍵施工技術

3.1 施工工藝

開挖上部4個小導洞→施作結構圍護邊樁→開挖下導洞(施工邊樁頂縱梁、初期支護及背后回填)→鋪設底縱梁下防水層、施作底縱梁、鋼管柱、頂縱梁上防水層、頂縱梁及回填→開挖中跨砂體并施加中跨臨時支撐→鋪設中跨拱頂防水層、施作中跨拱部結構二襯→進行邊拱扣拱→施工中縱梁和中板→施工中板上側墻→開挖中板下砂體→施作底板墊層、防水層、澆筑底板及部分邊墻→澆筑剩余站臺層以上邊墻，施工站臺板和軌頂風道。

3.2 關鍵施工技術

3.2.1洞樁施工

1)洞樁簡述。

沈陽地鐵一號線沈陽站站主體共有洞樁262棵，樁直徑800 mm，標準段樁中心間距為1 200 mm，盾構井段樁間距為1 000 mm。

2)鉆機選擇。

導洞內樁基作業空間比較狹小(凈空為4 m×5 m)，水平與垂直空間受限，進行樁基鉆孔、鋼筋籠吊運、泥漿循環處理等工序施工難度較大。將GSD-50型大口徑液壓鉆機進行了改造，將偏大的底座尺寸縮小，高度縮小(由4.7 m減為3.8 m)，滿足了洞內施工要求。

3)“洞樁”施工。

a.施工工序。導洞底板混凝土上面開口→埋設護筒→鉆機就位→鉆孔→清孔驗收→下鋼筋籠及導管→灌注水下混凝土。b.關鍵技術。在鉆孔樁樁位兩側各砌兩道磚墻，磚墻寬240 mm，高約300 mm～350 mm，兩墻相對水平，該槽的作用：在回漿泵有問題或灌樁時，出漿量較大，作為臨時存漿槽避免流入洞內其他地方造成漿液浪費和環境污染；可引導流出的漿液直接進入臨近正在鉆孔的樁內補充泥漿。

由于圍護樁施工時樁位須用風鎬破除導洞底噴射混凝土，對導洞的穩定有一定影響；同時圍護樁間距較小，為保證導洞穩定和相鄰鉆孔的質量，采用隔孔施鉆，鉆孔后及時封閉格柵保證洞底穩定。

護壁泥漿及鉆碴處理：

采用膨潤土造孔內泥漿，泥漿配置。膨潤土：國產Ⅱ級鈣土；水：自來水；分散劑：工業純堿(Na2CO3)提供Na+對鈣土改性處理；增粘劑：中粘度羧甲基纖維素(CMC)改善流變及粘度。新鮮泥漿的配比見表1。

表1 新鮮泥漿的配比(1 m3) kg

鋼筋籠的制作與安裝：鋼筋籠在中導洞內加工，由于導洞高度所限鋼筋籠分節較多，為節省主筋連接時間和節約鋼筋用量，接頭采用標準套筒連接，下鋼筋籠時，采用鉆架吊裝。

實踐證明采用該改型鉆機達到快速鉆進與成孔質量好的目標，不足之處：由于洞內較為狹窄且較長，在洞內槽中的沉淀砂礫向外運輸等方面較為困難，解決方法可通過在邊導洞和中導洞增加連接通道極大緩解運輸壓力。

3.2.2初支扣拱施工

1)施工工藝。鋼管柱、頂縱梁施工完畢→開挖中跨上部土體，進行破拱、扣拱→開挖邊跨上部土體，進行破拱、扣拱。2)扣拱難點及控制措施。a.扣拱施工難點。扣拱部位的施工條件較差，巖體不穩定。具體為：開挖土的成分主要是中粗砂和細砂，對漿液的滲透性均勻性不理想；由于小導洞的開挖，對扣拱部位的土體產生擾動，拱頂的土體有些松散；地上部分為繁華路段，每天的車流量較大，而覆土層的厚度為6 m，對扣拱的頂部的土體有較大擾動；同時上方有污水管道年久失修，砂層中含水量較豐富，易造成塌方；扣拱部位的拱較平，其矢跨約為1/12。b.扣拱控制措施。超前注漿是決定扣拱施工是否能夠順利進行的最重要因素，首先進行多種試驗及效果比對：雙液漿加固：土體效果較好，但是價格較貴，同時操作較為復雜，成分較多同時比例控制不好，極易影響加固效果；THE-Ⅱ固體固砂劑：該固砂劑價格較便宜，操作較為簡單，容易被操作工人使用，但對砂體只是臨時加固，由于現場焊接量大焊接時間較長，地面行車較多，洞內容易造成塌方。

JM-4型固砂劑液態固砂劑：該固砂劑為新型固砂劑，主要有以下特點：凝結速度快。在常溫下凝結時間為1 min～2 min，可在保證安全質量的情況下提高施工進度。配合水泥漿使用，固砂強度高。固結強度在5 min即能滿足開挖要求，隨時間的增長強度不斷上升。含活性劑成分，有潤滑作用擴散性極好。能夠達到直徑300 mm～400 mm，能夠在隧道拱部形成一個封閉整體?？捎盟冶葷{劑比來調節初凝時間及固砂強度。受環境和溫度的影響不大，沙層中含水量大時，漿液固結仍能滿足施工要求，且可以堵水，防止隧道頂部環境水的滴漏。

通過以上試驗結果的比較，我部采取JM-4型固砂劑液態固砂劑，開挖效果較好，為扣拱初支的順利進行創造良好的條件。

根據試驗結果選取合適的雙液漿注漿配合比：

水泥漿的配制：水∶水泥=2.5∶1(質量比)。

水泥漿與固砂劑：水泥漿∶固砂劑=3∶2(體積比)。

四是加強基本建設，著力構建以河湖健康為中心的水資源保護與水生態修復工程體系。高度重視江河湖庫水系連通，增強河流自然凈化能力，關注濕地建設與保護，規劃入河排污口布局與整治，加強飲用水水源地保護，條件允許情況下實施生態補水措施，改善水環境，修復水生態。

其次，為確保中粗砂注漿效果，加密注漿孔的間距，適當加大孔眼的直徑：采用φ25 mm×3 mm@200 mm超前小導管沿拱頂范圍輪廓線布置。

第三，采用氣壓式注漿泵，注漿壓力為0.3 MPa～0.5 MPa。

此方法對扣拱初支的施工提供了重要保證，保證了工程的順利進行。

3.2.3結構二襯的施工

1)施工工藝。

初支扣拱完畢后，向下開挖土體→進行站廳層中板、中縱梁、邊墻施工→向下開挖土體→進行站臺層底板、邊墻施工→進行站臺板、軌頂風道施工。

2)施工控制措施。

b.中板施工控制。由于本站暗挖主體的施工工藝為逆作法施工，即扣拱完畢后，即向下開挖，開挖至中板位置時，施作中板，再施工中板上的邊墻，然后再開挖中板下的土體。因此中板的模板的鋪設方案顯得尤為重要，選擇不當可能會影響中板的施工質量或造成不必要的周轉材料的浪費。采取在處理過的砂體上鋪設“方木+竹膠板”的施工方法進行中板施工控制。

砂體開挖整平。待砂體開挖至預設方木底標高以上300 mm時，移走開挖機械，人工整平，保持原狀砂體的整體性，為避免模板發生不均勻沉降，可在砂體表面用水浸密實，對個別超挖的先回填干凈的中粗砂然后采用履帶挖掘機碾壓整平、水浸密實，根據測量班所給標高鋪設方木和竹膠板。

中板下方木和竹膠板鋪設方法。將100 mm×100 mm方木鋪設在整平的砂體上，間距為300 mm，方木間隙采用中粗砂填塞，水浸密實后找平。待測量班查驗標高合格后鋪竹膠板，竹膠板之間采用膠帶紙粘貼。

少量側墻的模板支立。土方開挖邊墻處時，因中板下有600 mm×900 mm的斜角，斜角處仍采用方木+竹膠板的方式。為保證側墻鋼筋的預留和站臺層側墻的施工，需澆筑一段側墻，側模采用砌磚墻+竹膠板作為側墻模板方式。

c.側墻施工控制。該暗挖段結構有143 m，上下兩層結構，站臺層約有17 000 m3土體，需要在4個月的時間完成。站廳層的側墻施工直接影響站臺層的土方的開挖，側墻需要較多的模板和支架。經過方案比選，選取了最優支頂方案。

方案一：采用滿堂紅腳手架。該方法為常規方法，如采用該方法，使用周轉材料多、租賃材料費用昂貴、施工人員多和每循環時間較長，影響通行。同時跨度較大側模加固較困難。

方案二：采用相似工法施工用的工字鋼或槽鋼加工的專用側墻施工的三角架。如站臺層分三組模板，每組20 m，需要大約45 t的鋼材和加工費用，費用較為昂貴，同時數量也較難滿足工期要求。本著優先采用現有周轉材料的理念，拱頂拱架同樣能夠當做三角架來用。

方案三：采用拱頂二襯的拱架二次利用即將拱架調換方向使用：該拱架為 Ⅰ 16的工字鋼加工而成，剛度能滿足施工需求，長度滿足要求的拱架較多，能滿足四組側墻同時施工。

最終確定采用第三種方案的側模加固骨架并確立了支頂方案，多個工作面可同時施工，為暗挖主體早日完工奠定良好的基礎。

4 安全質量控制

4.1 安全控制

對自身及環境風險源進行辨識，并制定分級管控措施。嚴格按照暗挖“管超前、嚴注漿、短進尺、強支護、快封閉、勤量測”十八字方針執行。

4.2 質量控制

采取關鍵工序及關鍵部位質量控制措施，采取使用PDCA循環法，分析質量管理與工程質量情況，找出影響工程質量的主要因素，采取改進措施，并付諸實施，以確保達到既定的質量目標。

5 結語

隨著淺埋暗挖洞樁法的施工技術(PBA工法)不斷實踐和研究，它依托獨特的優勢必將在城市軌道交通建設中的應用范圍越來越廣,發揮越來越重要的作用,產生更大的經濟、環境和社會效益。但其施工方法也因主體結構設計原理、周圍環境和地質情況的不同而有所差異。本車站的完工，使我們不僅積累了豐富的施工經驗，提供了我們的專業水平，同時也完善了該工法的施工工藝，對相似工程的施工提供了良好的借鑒作用。