地鐵車站工程中的一次扣拱暗挖逆作法施工工藝

摘要：一次扣拱暗挖逆作法突破了原先暗挖存在的如效率低下、需進(jìn)行多次轉(zhuǎn)換且安全性較差的缺陷。結(jié)合長春市城市軌道交通7號線一期工程東南湖大路站工程，闡述了一次扣拱暗挖逆作法的施工步驟，圍繞施工和超前小導(dǎo)管施工展開詳細(xì)分析。

關(guān)鍵詞：地鐵車站;一次扣拱暗挖逆作法;超前小導(dǎo)管;大管棚

1" "工程概況

長春市城市軌道交通7號線一期工程東南湖大路站為島式站臺，有效站臺寬14m，為標(biāo)準(zhǔn)雙層、三跨拱頂直墻結(jié)構(gòu)。采用一次扣拱暗挖逆作法施工，暗挖主體車站總長197.1m，凈寬20.3m，車站從西向東分別設(shè)有2‰的下坡，車站覆土為8.9～9.1m，車站底板埋深為23.9～24.1m。

2" "一次拱扣暗挖逆作法施工特點(diǎn)及原理

選取一次扣拱暗挖逆作法進(jìn)行作業(yè)的方式，不僅很好地處理了多次扣拱作業(yè)和施工空間窄小的情況，同時能夠高效及安全地實(shí)現(xiàn)地鐵地下開挖車站初期支撐與二次扣拱灌澆作業(yè)。采取一次拱扣暗挖逆作法施工，能科學(xué)、快速、高效、安全、可靠地完成暗挖拱襯砌澆筑及支護(hù)結(jié)構(gòu)在此過程中的應(yīng)力轉(zhuǎn)換，這對降低施工風(fēng)險和成本，保證襯砌結(jié)構(gòu)和施工安全具有重要意義。

2.1" "施工特點(diǎn)

通過開挖產(chǎn)生4個較大空間的隧道，將傳統(tǒng)的多洞小空間施工轉(zhuǎn)換為單洞大空間施工，進(jìn)而使得施工變得簡單，施工效率高。在暗挖隧道中，一次形成了由基礎(chǔ)底板、豎向構(gòu)件和拱頂組成的穩(wěn)固構(gòu)造應(yīng)力系統(tǒng)。在它的支撐下，完成了隧道內(nèi)土體的大范圍開挖和襯砌施工，構(gòu)造穩(wěn)固，施工安全性比較高。一次拱扣暗挖逆作法施工工藝相對簡單，降低了施工縫，且易保障結(jié)構(gòu)和防水質(zhì)量。

2.2" "施工原理

經(jīng)過地下開挖產(chǎn)生四條大空間導(dǎo)向隧道，在地下開挖中產(chǎn)生由基礎(chǔ)底板、垂直構(gòu)件和頂拱結(jié)合的穩(wěn)定構(gòu)造應(yīng)力系統(tǒng)。然后執(zhí)行中導(dǎo)洞開挖和二次襯砌施工形成跨距中點(diǎn)的支撐，完成隧道內(nèi)大面積土體的開挖和側(cè)墻、樓板、底板的襯砌，形成帶拱頂?shù)闹眽Ω窬值能囌局黧w構(gòu)造。

3" "施工步序

在風(fēng)道中設(shè)置超前管棚和第一組超前小導(dǎo)管，先對地層進(jìn)行加固處理，按照先1號再2號的順序開挖洞室土體（見圖1），如需封閉掌子面，應(yīng)提前考慮現(xiàn)場施工情況。

在對3、4號洞室開挖前，先行利用小導(dǎo)管對地層進(jìn)行注漿加固，然后初期支護(hù)。兩相鄰洞室之間的距離最小值為15m，即2號到3號的距離、3號到4號的距離。完成5、6號洞室的開挖工作，再對下導(dǎo)洞施工。兩相鄰洞室之間的距離最小值保持在15m，即4號到5號的距離、5號到6的距離。

對地層施作小導(dǎo)管注漿加固后，便開挖7、8號洞室，安裝鎖腳錨管，且以上兩洞室之間的間距最小值保持在15m。完成9、10號洞室的開挖工作，對下導(dǎo)洞施工。兩相鄰洞室之間的距離最小值保持在15m，即8號到9號的距離、9號到10的距離。

對于下導(dǎo)洞，采取分段的方式鑿除中隔壁，且距離應(yīng)在7m以下，在下導(dǎo)洞中設(shè)置底板防水層，對底縱梁、樁底拉梁和部分底板進(jìn)行施工。對于上導(dǎo)洞，采取分段的方式鑿除中隔壁，而且距離應(yīng)在7m以下，并在拱部位置設(shè)置防水層，進(jìn)行二次襯砌，當(dāng)其強(qiáng)度符合要求時即可對中跨上部的土體展開開挖。對中跨拱部小導(dǎo)管施工，同時做好加固地層的工作。

對于上導(dǎo)洞，采取分段的方式進(jìn)行初期支護(hù)并實(shí)施二次襯砌，當(dāng)其強(qiáng)度符合要求時對下部的土體展開開挖。對基坑中的上導(dǎo)管其余位置，先鑿除完成臨時初期支護(hù)，并標(biāo)高地下一層樓的板底，側(cè)墻部分設(shè)置防水層。當(dāng)中樓板的強(qiáng)度符合要求，便進(jìn)一步的開挖。開挖下部土體，并鑿除全部臨時支撐，涂抹防水層。開挖一般會用到機(jī)械和人工兩種方式，比如小型的翻斗車、手推車等，并利用豎井內(nèi)部的提升系統(tǒng)吊出之后，由小型汽車運(yùn)輸。

4" "大管棚施工

超前支護(hù)通常會利用小導(dǎo)管和通長大管棚，結(jié)束該工序后開挖車站主體，沿車站方向打設(shè)大管棚自風(fēng)道結(jié)構(gòu)，大管棚搭接長度到達(dá)了3m。如圖2所示為大管棚施工流程。

4.1" "管棚開孔

先對管棚和鉆進(jìn)方向一致的位置開孔，以便保證鉆進(jìn)方位的準(zhǔn)確性。穿越初支結(jié)構(gòu)的工具一般是合金鉆頭，孔口管選取Φ180mm。只有確保鉆機(jī)傾角、方位角等數(shù)據(jù)精準(zhǔn)可靠才能鉆進(jìn)。由于鉆具質(zhì)量會影響水平鉆進(jìn)，即鉆具前方由于重力影響發(fā)生下垂，且鉆具自身旋轉(zhuǎn)時會帶有右旋力，因此會發(fā)生偏斜。

綜上，需要結(jié)合試驗(yàn)孔成果和過往積累經(jīng)驗(yàn)確定開孔的角度。如果要移動孔位，應(yīng)再次確定回歸角度，不能直接確定導(dǎo)向鉆頭的糾偏能力，應(yīng)綜合考慮施工經(jīng)驗(yàn)，確定開孔傾角、方位的糾偏能力。最后一步便可向機(jī)臺發(fā)出通知，一般以書面形式進(jìn)行。

綜合考慮風(fēng)道和主體坡度后再完成傾角的計(jì)算。角度的計(jì)算方法如下：開孔方位=風(fēng)道走向+鉆孔放射角水平分量+水平糾偏角;開孔仰角=鉆孔放射角垂直分量+鉆進(jìn)糾偏垂直角。對于開孔的方位，不論在施工中還是施工結(jié)束都應(yīng)檢查并隨時調(diào)整[1]。當(dāng)開孔經(jīng)過驗(yàn)收之后，立刻利用水泥砂漿對管口和孔口的間隙封堵起來。

4.2" "管棚鉆進(jìn)及導(dǎo)向

4.2.1" "管棚鉆進(jìn)

利用跟管鉆進(jìn)法時，鉆機(jī)進(jìn)尺和鋼管安裝同步進(jìn)行。所用鉆頭的直徑大小和楔型鉆頭直徑大小一致，鉆管的半徑應(yīng)小于楔板回轉(zhuǎn)半徑，安裝Φ8～10mm的水眼在鉆頭前部。確定鉆機(jī)的方位、傾角后才能鉆機(jī)，再次全面檢查孔口，確保無誤才能試鉆。

先打開泵，只有沖洗液能以正常的速度流通才能正式鉆進(jìn)。該過程中需控制好泵壓、泵量，其分別保持在0.4～0.8MPa、20～50L/min。鉆進(jìn)時盡量勻速且在中低壓力的條件下進(jìn)行。特殊時刻會應(yīng)用保壓措施，以避免出現(xiàn)沉降和水土流失。鉆進(jìn)過程要保證進(jìn)水量大于等于回水量。

鉆進(jìn)繼續(xù)深入后應(yīng)指派專門人員觀察探頭的角度，如果發(fā)生0.3°以上的偏離，立刻糾偏。如果無法糾偏或者探頭角度偏差>0.6°不能繼續(xù)鉆進(jìn)，需向項(xiàng)目經(jīng)理匯報上述問題并等待結(jié)果。實(shí)時記錄鉆具每次加管長度和前端長度。如果鉆孔有水溢出，不能隨便改變泵量和泵壓，應(yīng)盡量維持孔中的壓力平衡。若沖洗液無法如常工作則停止鉆進(jìn)。

4.3" "鉆機(jī)糾偏

如果因?yàn)樘厥庠蛴绊懙姐@頭，使其偏離原先設(shè)定好的軌跡，應(yīng)立即糾偏。具體做法是向偏斜位置調(diào)整鉆頭楔面。鉆頭后部裝置的導(dǎo)向探頭會探測鉆頭的朝向、偏斜位置，導(dǎo)線穿過鉆管和鉆機(jī)操作臺顯示屏連接在一起，以便技術(shù)人員調(diào)整鉆進(jìn)方向[2]。當(dāng)通過上述方式后孔的最終偏差一般會維持在5%。

鉆頭中裝置了由15V直流電進(jìn)行供電的傳感器。鉆頭的面向角（導(dǎo)向板朝上即為12點(diǎn)鐘方向，如同鐘面）和傾角（水平角度）都會如實(shí)反饋到顯示屏上。如果鉆頭的打設(shè)角度沒把握好，有些偏下，一般會按照朝上的方向調(diào)整導(dǎo)向板，使其直接頂進(jìn)。

如果施加一個向上的力，鉆頭的運(yùn)動軌跡會向上發(fā)展。如果向6點(diǎn)鐘方向的方向調(diào)整，軌跡方向會向下發(fā)展。若想向左、右方向調(diào)整，將導(dǎo)向板按9點(diǎn)鐘方向、3點(diǎn)鐘方向的方向調(diào)整即可。若角度適宜且勻速鉆進(jìn)，最終形成的鉆桿軌跡也會保持平直狀態(tài)。由此可見，上下糾偏的重點(diǎn)是對導(dǎo)向鉆頭的調(diào)整。利用傳感器尾端裝置的發(fā)光設(shè)備，結(jié)合儀器的參數(shù)便能實(shí)現(xiàn)對鉆頭的左、右糾偏。

4.4" "回次加尺、接線

認(rèn)真檢查每根管的質(zhì)量，質(zhì)量達(dá)標(biāo)后才能下坑。管材內(nèi)部應(yīng)保持干凈，外部避免彎曲，不能在下坑過程中碰撞到硬物。對于下節(jié)鋼管需利用絲扣的方式進(jìn)行加尺。所選取的電線必須擁有較好的導(dǎo)電性能，電線的外殼具有較好的絕緣性。針對接頭位置，一般選取兩層熱縮套管，再利用吹風(fēng)機(jī)的熱風(fēng)將其貼牢。取探盒時，采用Φ8mm的鋼絲繩，每10m測量孔斜狀況。

4.5" "管棚注漿

利用水泥將孔口四周以及鋼管口的外徑做密封處理，但不能全部密封。留出一個孔用來通氣，在注漿的過程中，使空氣容易從通氣孔中排出來，直到該孔溢出漿液才能停止注漿。一般注漿在多孔條件下進(jìn)行，“單”號孔灌注完成并初凝之后，才能對“雙”號孔灌注。正式注漿時要把握以下幾個數(shù)據(jù)，即0.8～1.0MPa的初壓，2.0～2.5MPa的終壓，水灰比1：1。當(dāng)漿液為1：1水泥砂漿時，管棚的注漿效果達(dá)到最佳，注意水灰比也為1：1。

對管棚注漿時所選用的注漿泵是BW250型，注漿效果很大程度由注漿壓力所決定。通常涌水壓力（靜水壓力及動水壓力）、漿液的性質(zhì)與濃度、粗糙程度與裂隙大小，都會對注漿壓力產(chǎn)生影響。因此在確定注漿壓力時，主要依靠涌水壓力或巖層裂縫，根據(jù)其與注漿壓力的關(guān)系推算。當(dāng)漿液量充足時，可以增強(qiáng)堵水效果，加快固結(jié)的速度。但如果漿液過量不僅會增加施工成本，造成浪費(fèi)，而且會影響開挖。

在注漿中應(yīng)用一次升壓法可大大提升注漿效果，具體來說，即將壓力短時間內(nèi)升到設(shè)計(jì)要求值并保持。按漿量狀況對漿液濃度進(jìn)行分級，當(dāng)裂縫被填滿后，吸漿量會越變越小，符合要求后方可不再注漿。

5" "超前小導(dǎo)管

5.1" "鉆孔布管

注漿小導(dǎo)管用到的熱扎鋼管規(guī)格為Φ32mm×2.5m。在風(fēng)鎬或鉆機(jī)的幫助下將其送到設(shè)計(jì)位置，將孔口的偏差控制在50mm以內(nèi)，導(dǎo)管長度必須大于孔眼長度。圖3為小導(dǎo)管施工工藝流程。

5.2" "封孔注漿

孔口位置應(yīng)有止?jié){塞，注漿壓力需保持在0.4～0.6MPa。確定水泥漿時要考慮土層的特點(diǎn)。注漿從上到下進(jìn)行，攪拌時可采用攪拌筒。如果發(fā)生跑漿現(xiàn)象，立刻采用間隔一孔或幾孔灌注的方法。

6" "結(jié)束語

采用一次扣拱暗挖逆作工法進(jìn)行施工具有效率高、工序簡、安全性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。本文結(jié)合長春市城市軌道交通7號線一期工程東南湖大路站工程，闡述了一次扣拱暗挖逆作法的施工步驟，圍繞施工和超前小導(dǎo)管施工展開詳細(xì)分析，可為類似工程提供參考。

參考文獻(xiàn)

[1] 黃小芳，賈志絢，張念.一次扣拱暗挖逆作法在地鐵車站施工中的應(yīng)用[J].土工基礎(chǔ)，2017（2）：154-156+171.

[2] 胡永利，解慶賀，徐磊.一次扣拱暗挖逆作法施工技術(shù)在北京大望路地鐵車站中的應(yīng)用[J].施工技術(shù)，2016（9）：102-105.