弧形鋼管支架在三聯(lián)拱半逆作法暗挖車站中施工沉降數(shù)值的控制

邱 達(dá)

（中鐵十七局集團(tuán)上海軌道交通工程有限公司，上海 200135）

近些年來城市化更新進(jìn)程加快，城市人口越來越多，城市軌道交通以運(yùn)行速度快、運(yùn)行準(zhǔn)時(shí)、交通方便、安全穩(wěn)定等優(yōu)勢(shì)，為城市人口提供了出行便捷，緩解了城市的交通擁堵問題。根據(jù)相關(guān)資料，從1860年出現(xiàn)第一條地鐵采用開挖回填的方法建造，至今已經(jīng)有諸多新型工藝技術(shù)成功地應(yīng)用到地鐵施工中。PBA工法是一種先進(jìn)的施工技術(shù)，P-樁（pile）、B-梁（beam）、A-拱（arch），即由邊樁、中樁（柱）、縱梁（底梁+頂梁）、頂拱共同構(gòu)成初期受力體系，在邊洞二次襯砌與三聯(lián)拱二次襯砌結(jié)構(gòu)的保護(hù)下進(jìn)行半逆作法暗挖車站的土體開挖及結(jié)構(gòu)。

1 工程簡(jiǎn)介

三教堂站位于石家莊市塔北路與東二環(huán)南路交口處，沿塔北路東西方向且下穿東二環(huán)南路布置，東二環(huán)南路現(xiàn)狀路面寬度為26.38 m，為雙向六車道城市快速路。車站總體采用明挖法、暗挖法相結(jié)合施工，車站從小里程端到大里程端依次采用“明挖法+PBA工法+明挖法”進(jìn)行施工。車站兩端采用明挖法施工，車站中部下穿東二環(huán)南路采用PBA工法（暗挖法）施工，車站暗挖段結(jié)構(gòu)尺寸：長(zhǎng)度為71.9 m，標(biāo)準(zhǔn)寬度為21.3 m，覆土厚度為8.215 m，為兩柱三跨地下二層結(jié)構(gòu)形式。

車站全長(zhǎng)204.8 m，采用“PBA洞樁法”施工，為兩柱三跨地下二層結(jié)構(gòu)形式。暗挖車站主體結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)寬度為21.3 m，結(jié)構(gòu)高度為13.75 m，覆土厚度為8.215 m。暗挖結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為一級(jí)，地面最大沉降量為50 mm。暗挖支護(hù)體系由導(dǎo)洞初期支護(hù)、主體結(jié)構(gòu)三聯(lián)拱初期支護(hù)和邊樁組成。

車站共設(shè)置#1~#6導(dǎo)洞，在上導(dǎo)洞內(nèi)施做三聯(lián)拱拱頂結(jié)構(gòu)二次襯砌，拱頂結(jié)構(gòu)二襯厚度為0.7 m；在下導(dǎo)洞內(nèi)施做暗挖車站底縱梁、鋼管柱，形成由初期支護(hù)+二次襯砌組合而成的永久承載體系，半逆作法施工車站負(fù)一層、負(fù)二層結(jié)構(gòu)。

2 工程環(huán)境

工程地質(zhì)條件：暗挖段底板埋深約30.67 m，拱頂覆土厚度約為8.215 m，暗挖段所處地質(zhì)條件從上到下依次為：素填土、黃土狀粉質(zhì)粘土、粉細(xì)砂、粉土、中砂、粉土、粉質(zhì)粘土、粉細(xì)砂、中粗砂。拱頂位于土層為黃土狀粉質(zhì)粘土層，以及局部處于粉細(xì)砂層中；底板位于土層為粉細(xì)砂層。

地下管線分布情況：暗挖段拱頂上方地下管線眾多，有大量雨水管、污水管、燃?xì)夤堋崃艿取?/p>

（1）與線路平行：①邊長(zhǎng)約4 m，埋深約10 m熱力井；②Ф2090混凝土結(jié)構(gòu)電力管，埋深6.6 m，接邊長(zhǎng)2.6 m廢棄電力井，埋深約9 m電力井。

（2）與結(jié)構(gòu)正交：①Ф1500混凝土結(jié)構(gòu)污水管，埋深1.5 m；②3200×2000混凝土結(jié)構(gòu)雨水管，埋深0.8 m；③3200×2000混凝土結(jié)構(gòu)雨水管，埋深1.0 m；④Ф1500 混凝土結(jié)構(gòu)污水管，埋深1.8 m；⑤Ф820鋼熱力管，埋深2.8 m；⑥Ф500臨時(shí)遷改熱力管，埋深2 m；⑦Ф500臨時(shí)遷改熱力管，埋深2 m。

3 施工工藝技術(shù)

暗挖車站主體結(jié)構(gòu)施工流程：底縱梁→鋼管柱→頂縱梁及兩側(cè)拱部二襯→中跨拱部二襯→邊跨拱部二襯→結(jié)構(gòu)中板→負(fù)一層邊墻→結(jié)構(gòu)底板→負(fù)二層邊墻。

文章主要闡述負(fù)一層結(jié)構(gòu)三聯(lián)拱拱頂結(jié)構(gòu)二次襯砌施工方法，暗挖車站三聯(lián)拱拱部結(jié)構(gòu)采用滿堂支架+定型鋼模版組合體系施工，邊導(dǎo)洞內(nèi)襯砌結(jié)構(gòu)采用定型模板臺(tái)車施工，側(cè)墻采用單側(cè)大模板支架施工。

3.1 頂縱梁模板支架

頂縱梁寬1.3 m×梁高2.25 m，支撐體系采用扣件式腳手架+鋼模配合定型鋼拱架支架體系，架體高度1.2 m。

頂縱梁模板支架體系見表1。

表1 頂縱梁模板支架體系設(shè)計(jì)

3.2 邊導(dǎo)洞內(nèi)襯砌模板支架

主體結(jié)構(gòu)①洞、④洞內(nèi)襯砌分別采用廠家定制的組合型臺(tái)車，側(cè)墻與拱部均采用6015的直面鋼模、弧形鋼模弧，倒角處采用廠家加工定制異形模板。

邊導(dǎo)洞內(nèi)襯砌模板支架體系見表2。

表2 邊導(dǎo)洞內(nèi)襯砌模板支架體系

3.3 扣拱二次襯砌模板支架

主體結(jié)構(gòu)二襯扣拱每7.5 m為一個(gè)施工段落，跨度為①~③洞邊跨4.0 m、②~③洞中跨2.0 m、②~④洞邊跨4.2 m，二襯扣拱厚度為0.7 m，拱頂模板采用P6015的弧形鋼模板；二襯扣拱支撐體系采用扣件式鋼管腳手架+定型鋼拱架聯(lián)合體系，腳手架搭設(shè)高度約為2.0 m。

扣拱二次襯砌模板支架體系設(shè)計(jì)見圖1圖2。

圖1 ①~③洞邊跨扣拱模板支架

圖2 ②~④洞邊跨扣拱模板支架

施做條件：在小導(dǎo)洞破除與車站拱部暗挖完成后即開始安裝扣拱模板及支撐體系，然后進(jìn)行扣拱混凝土施工，扣拱混凝土達(dá)到規(guī)定強(qiáng)度后，即開挖扣拱下方的土方至車站中層板。

扣拱二次襯砌模板支架體系設(shè)計(jì)見表3。

表3 扣拱二次襯砌模板支架體系設(shè)計(jì)

3.4 三聯(lián)拱臨時(shí)支撐破除

施工條件：依據(jù)監(jiān)控量測(cè)信息車站主體初支扣拱頂沉降速度位于安全界限內(nèi)，車站主體小導(dǎo)洞及扣拱初期支護(hù)結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定，具備拆除作業(yè)條件。

破除范圍：兩側(cè)邊拱混凝土破除及格柵各處高度約1.5 m、中拱混凝土破除及格柵割除高度約1 m。采取分段跳倉(cāng)拆除、跨段施工的方法，分段長(zhǎng)度為7.5 m，臨時(shí)支撐拆除長(zhǎng)度為9.5 m，拆除時(shí)需注意不能多破，防止支撐力不足，導(dǎo)致拱頂下沉；不能少破，避免在施工時(shí)進(jìn)行二次破除作業(yè)。

3.5 施工沉降數(shù)值

采用Midas-GTS巖土工程數(shù)值分析軟件,對(duì)于縱向不連續(xù)分布的鋼管柱按受壓剛度等效進(jìn)行簡(jiǎn)化，建立二維數(shù)值計(jì)算模型，二襯采用實(shí)體單元。車站二襯的計(jì)算模型網(wǎng)格，車站拱頂埋深8.215 m。模型計(jì)算過程中，先進(jìn)行地應(yīng)力平衡，再進(jìn)行開挖及應(yīng)力釋放，然后按施工步序進(jìn)行分步二襯施工，得到各階段的地層沉降。

建立數(shù)值計(jì)算模型分析導(dǎo)洞開挖、扣拱開挖階段的地表沉降。

圖3 雙柱三跨“洞柱法”暗挖車站計(jì)算模型網(wǎng)格

圖4 雙柱三跨車站扣拱階段開挖地表沉降

經(jīng)計(jì)算，“洞柱法”暗挖車站，單柱雙跨車站導(dǎo)洞開挖階段地層沉降占總沉降的62.3%，扣拱階段的地層沉降比例為26.8%，地層沉降主要由導(dǎo)洞開挖引起；雙柱三跨車站導(dǎo)洞開挖階段地層沉降占總沉降的65.8%，扣拱階段的地層沉降比例為19.9%，地層沉降主要由導(dǎo)洞開挖引起。

4 關(guān)鍵施工技術(shù)要點(diǎn)

4.1 倒八字形頂縱梁施工技術(shù)

研發(fā)了一種隧道弧形側(cè)頂板鋪工裝，解決了頂縱梁施工作業(yè)面狹小、施工難度大、施工安全風(fēng)險(xiǎn)高等問題，有效保證了倒八字形頂縱梁施工質(zhì)量，提高了施工工效。同時(shí)在縱向施工縫處采用自制定位模板，解決了三聯(lián)拱主拱扣拱臺(tái)階形企口縫鋼筋連接及防水難度大的問題。

4.2 邊跨拱腳結(jié)構(gòu)施工技術(shù)

采用了小型襯砌臺(tái)車，解決了施工作業(yè)面狹小、施工安全風(fēng)險(xiǎn)高等問題，提高了施工工效。

4.3 中跨、邊跨扣拱施工技術(shù)

為方便邊跨和中跨拱頂弧形襯砌施工，加快施工進(jìn)展，項(xiàng)目研發(fā)了一種地鐵施工弧面專用平整裝置。

4.4 施工縫處理技術(shù)

在施工縫處設(shè)置臺(tái)階形企口縫，采用20 mm厚鋼板自制定位模板，根據(jù)襯砌厚度加工2種類型。兩板間加設(shè)肋板，每1.5 m設(shè)置一道，尺寸為200 mm×200 mm三角形。在立板上按設(shè)計(jì)主筋位置打眼，直徑為30 mm，間距150 mm。

4.5 結(jié)構(gòu)連接點(diǎn)處鋼筋連接技術(shù)

結(jié)構(gòu)之間的鋼筋連接一般都是預(yù)埋鋼筋接駁器連接，接駁器的預(yù)埋位置、接駁器的保護(hù)方式及保護(hù)材料，很大程度影響結(jié)構(gòu)之間的鋼筋連接質(zhì)量、鋼筋間距，是工程施工中的控制要點(diǎn)。

主要策略：針對(duì)PBA法混凝土結(jié)構(gòu)施工順序，拱部結(jié)構(gòu)施工時(shí)與初期支護(hù)密貼的兩端端頭采用硬質(zhì)約3~5 mm厚的鐵皮進(jìn)行封堵，確保施工縫的平整度，為下一道工序施工時(shí)接茬混凝土易于鑿毛；拱部結(jié)構(gòu)鋼筋接駁器采用柔性的材料進(jìn)行包裹保護(hù)預(yù)埋的鋼筋接駁器，防止混凝土澆筑過程中將接駁器堵塞。側(cè)墻結(jié)構(gòu)施工時(shí)將預(yù)埋的鋼筋接駁器塞滿棉布或者其他材料包裹嚴(yán)實(shí)，在施工縫處鋪一層細(xì)砂將接駁器完全覆蓋，再在細(xì)砂上部鋪一層粘土或水泥砂漿等材料，主要用于混凝土澆筑時(shí)達(dá)到施工縫的平整度，為下一道工序施工時(shí)接茬混凝土易于鑿毛，且施工縫平整。

5 結(jié)語

在地鐵建設(shè)日趨頻繁、PBA工法廣泛應(yīng)用于地鐵建設(shè)中的大背景下，地鐵下穿城市主干道會(huì)日漸增多。該站點(diǎn)使用特制弧形鋼管支架在三聯(lián)拱半逆作法暗挖車站中成功應(yīng)用，主要采用一種隧道弧形隧道側(cè)頂板鋪設(shè)工裝及一種地鐵施工弧面專用平整工裝等創(chuàng)新技術(shù)，為其他類似工程項(xiàng)目施工積累了施工經(jīng)驗(yàn)，為安全、有效施工奠定了良好的基礎(chǔ)。