地鐵暗挖車站下穿橋梁基礎(chǔ)施工工法探究

鐘攀

（中鐵十局集團(tuán)有限公司城市軌道交通工程分公司，廣東 廣州 510620）

0 引言

“車站下穿橋梁基礎(chǔ)施工”是地鐵暗挖工程的重要組成部分，施工方式是否科學(xué)，對(duì)于工程整體施工安全質(zhì)量以及使用性能的影響都是十分巨大的，尤其在當(dāng)前城鎮(zhèn)化飛躍式發(fā)展的新市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)常態(tài)下，若施工單位仍采取傳統(tǒng)的施工手段，在無法保障施工安全性的前提下也不利于區(qū)域經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。“PBA+帷幕注漿加固技術(shù)”是現(xiàn)階段地鐵暗挖車站下穿橋梁基礎(chǔ)施工中一種常用的施工方式，確保技術(shù)的合理化應(yīng)用，在保障建筑使用性能、延長(zhǎng)建筑使用壽命等方面發(fā)揮了重要作用[1]。

1 北京地鐵八號(hào)線安華橋站工程概況

1.1 工程概述

北京地鐵八號(hào)線安華橋站全站總長(zhǎng)約為230m，坐落于北辰路與北三環(huán)交叉路口的安華橋西側(cè)，由于車站位置橫穿北三環(huán)中路，在下穿橋梁基礎(chǔ)施工時(shí)，若采取傳統(tǒng)化施工方式，在影響線路交通運(yùn)輸?shù)耐瑫r(shí)也不利于區(qū)域經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展。安華橋從結(jié)構(gòu)來看橋梁是四孔預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)，而橋的下部則主要是后張預(yù)應(yīng)力混凝土組合式T型墩，至于安華橋的橋臺(tái)為重力式橋臺(tái)，橋梁底部土質(zhì)構(gòu)成主要為粉質(zhì)黏土、粉細(xì)砂、圓礫層，因此在施工時(shí)為提高工程施工質(zhì)量以及延長(zhǎng)建筑使用壽命，施工單位需在綜合“車站下穿橋梁基礎(chǔ)”實(shí)況的前提下，通過采用“淺埋暗挖法”來進(jìn)行作業(yè)，具體而言在施工時(shí)，對(duì)于不同位置，施工單位需采取不同的方式，如在橋梁南北兩端施工時(shí)，為保證施工質(zhì)量，施工單位需采取“PBA”法施工，至于中間部分，在施工時(shí)為降低施工成本，通常采用“CRD”法，而在靠近安華橋基的東側(cè)，為提高施工質(zhì)量，施工單位需采用“PBA”法。

1.2 風(fēng)險(xiǎn)剖析

在工程施工過程中，施工方案是施工單位各項(xiàng)工作落實(shí)的戰(zhàn)略性指導(dǎo)和綱領(lǐng)性文件，方案設(shè)計(jì)的是否科學(xué)合理、有可操作性和可實(shí)施性[2]，將直接影響工程整體工程施工安全和建筑質(zhì)量。在安華橋站中部暗挖單層左線下穿安華橋基礎(chǔ)施工時(shí)，施工單位原施工方案為在安華橋站距離橋基水平4m、垂直10m處暗挖兩個(gè)CRD單洞，可由于地處特級(jí)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，在工程施工期間亦或是投入使用后，這種施工方案極易引起隧道上層土體沉降造成既有橋基出現(xiàn)裂縫、下沉、失穩(wěn)的問題，并在一定程度上增加了橋體斷裂、道路坍塌等事故的發(fā)生率，損害企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)威脅了群眾生命健康安全。針對(duì)上述問題，在方案確定初期，施工單位給予了一定的應(yīng)對(duì)策略，具體而言就是在工程項(xiàng)目方案制定初期，為有效規(guī)避上述問題，設(shè)計(jì)者在車站下穿橋梁基礎(chǔ)施工時(shí)除了可通過暗挖兩個(gè)CRD單洞來降低影響外，同時(shí)也可在洞體和橋基間安裝鋼筋混凝土隔離樁來提升橋基的承載力，可由于受當(dāng)?shù)亟煌ㄊ杞庹嫉朗┕さ囊?guī)定，無法采取相應(yīng)的加固處理方式，因此在施工時(shí)將方案改為了左線采取“PBA+”法，右線采用“CRD”法[3]。

在地鐵暗挖車站下穿橋梁基礎(chǔ)施工時(shí)，為保證施工安全質(zhì)量，施工單位還需要制定嚴(yán)格的監(jiān)控量測(cè)施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，即通過將變形量控制在可控范圍內(nèi)，以此來保證工程整體施工安全質(zhì)量以及建構(gòu)筑物的安全性[4]。在工程施工過程中，施工單位將安華橋墩臺(tái)、條基豎向不均勻沉降控制在5mm以內(nèi)，周邊道路路面沉降值，控制在15mm以內(nèi)，在具體施工過程中，橋梁條形基礎(chǔ)變形會(huì)隨著施工沉降量的增加而變大，待沉降量超過規(guī)定值則極易導(dǎo)致橋梁基礎(chǔ)斷裂問題，影響人們生命財(cái)產(chǎn)的安全[5]。

2 地鐵暗挖車站下穿橋梁基礎(chǔ)施工工法比較剖析

在地鐵暗挖車站下穿橋梁基礎(chǔ)施工時(shí)，PBA法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法和CRD法在具體化施工時(shí)為提高工程施工質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益，需要施工技術(shù)人員根據(jù)不同的地層情況綜合考慮方案比選，來采用合適的施工工法，以此確保工程項(xiàng)目安全、高效有序推進(jìn)。

2.1 模型的建立原則與單元?jiǎng)澐?/h3>

在模型建立初期，為保證建立的有效性，首先施工單位需重點(diǎn)考慮邊界效應(yīng)問題，通過合理選擇計(jì)算范圍為后續(xù)施工作業(yè)提供參照，模型左、右邊界在確定時(shí)，要以車站隧道跨度為基準(zhǔn)，一般而言約為跨度的3倍（安華橋工程左右邊界約與車站隧道側(cè)距相距60m），而在下邊界確定時(shí)[6]，需保證下邊界與隧道底邊相距50m，至于上邊界，則是參照地表。

2.2 地鐵暗挖車站下穿橋梁基礎(chǔ)施工工法比較

2.2.1 不同施工方式的地表位移分析

表1為不同施工方式的地表位移數(shù)值對(duì)比。

表1 不同施工方式的地表位移數(shù)值對(duì)比

通過對(duì)比不同施工方式下地表位移可知，在地鐵暗挖車站下穿橋梁基礎(chǔ)施工時(shí)，采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法造成的地表最終沉降數(shù)值最大，在施工時(shí)若采用了這種施工方式，不僅極易增加橋梁斷裂概率，同時(shí)也嚴(yán)重威脅了群眾生命安全[7]。在雙側(cè)壁導(dǎo)坑法、CRD法、PBA法3種施工方式的對(duì)比中，CRD施工技術(shù)的使用所造成的地表沉降值處于中間位置，約為17.3mm，而PBA法引起的地表值最小，且與雙側(cè)壁導(dǎo)坑法相比大約減少了34%，因此在施工時(shí)合理化運(yùn)用PBA對(duì)于促進(jìn)交通運(yùn)輸業(yè)良性發(fā)展而言具有重要意義。

2.2.2 不同施工方式造成的拱頂沉降數(shù)據(jù)對(duì)比

表2為不同施工方式的拱頂沉降分析。

表2 不同施工方式的拱頂沉降分析

通過對(duì)比不同施工方式下隧道拱頂沉降分析可知，在地鐵暗挖車站下穿橋梁基礎(chǔ)施工時(shí)，采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法造成的拱頂最終沉降數(shù)值最大，其次為CRD法，而影響最小的是PBA法，拱頂沉降數(shù)值約為20.1mm，而就拱頂沉降數(shù)值來看雙側(cè)壁導(dǎo)坑法約為PBA法的1.5倍，CRD法約為PBA法的1.3倍[8]。通過對(duì)比可知，在前期沉降工作開展過程中，相比CRD，PBA和雙側(cè)壁導(dǎo)坑法表現(xiàn)出了顯著優(yōu)勢(shì)，可由于在后期沉降控制時(shí)，雙側(cè)壁導(dǎo)坑法控制存在問題，極大影響了最終沉降值。

2.2.3 不同施工方式的仰拱隆起數(shù)據(jù)對(duì)比分析

表3為不同施工方式的仰拱隆起分析。

表3 不同施工方式的仰拱隆起分析

通過對(duì)比不同施工方式下仰拱隆起分析可知，在地鐵暗挖車站下穿橋梁基礎(chǔ)施工時(shí)，和拱頂沉降數(shù)值對(duì)比情況相類似，采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法造成的仰拱隆起數(shù)值最大，其次是CRD法，而PBA法造成的仰拱隆起數(shù)值最小，而就拱頂沉降數(shù)值來看雙側(cè)壁導(dǎo)坑法約為PBA法的2.1倍，CRD法約為PBA法的1.3倍。CRD法和PBA法的開挖方式相類似，在曲線走向方面兩者具有一定的相似性[9]。

2.3 PBA+帷幕注漿加固技術(shù)剖析

在工程施工過程中，若施工單位只是采用PBA法進(jìn)行作業(yè)，雖然相較于雙側(cè)壁導(dǎo)坑法和CRD法在保障工程安全性、可靠性方面具有重要作用，但對(duì)于特級(jí)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，若采取相應(yīng)的加固技術(shù)，不僅滿足了工程施工要求，同時(shí)也降低了作業(yè)過程中橋梁基礎(chǔ)的不均勻沉降[10]。在施工時(shí)原有暗挖施工方案地表沉降通常數(shù)值在15mm以內(nèi)，通過落實(shí)注漿加固技術(shù)可有效地將地表沉降控制在6mm左右，極大地提高了建筑安全性，相較于原有的暗挖施工方案，“PBA+帷幕注漿加固”在具體化應(yīng)用時(shí)，加固方案做出了如下調(diào)整：首先由于隧道左、右線距離相對(duì)較短，因此在施工時(shí)為盡可能降低工程施工成本以及提高工程經(jīng)濟(jì)效益，施工單位在左線采用了單層PBA法，而右側(cè)采用了CRD法；其次在PBA法應(yīng)用時(shí)，為提高工程施工質(zhì)量以及建筑的安全性，施工單位通過對(duì)PBA小導(dǎo)洞實(shí)施全斷面超前帷幕注漿固結(jié)地層，通過采用水泥砂漿將注漿壓強(qiáng)控制在0.5MPa。通過對(duì)暗挖施工方案的優(yōu)化調(diào)整，提高了隧道周邊圍巖的穩(wěn)定性，不僅避免了工程施工交通疏解導(dǎo)改占道對(duì)交通通行的影響，同時(shí)通過改為小導(dǎo)洞注漿在保留挖孔樁承載力的基礎(chǔ)上還減少了對(duì)土體的影響，將沉降數(shù)值有效地控制在預(yù)期范圍內(nèi)。

3 地鐵暗挖車站下穿橋梁基礎(chǔ)施工技術(shù)要點(diǎn)剖析

3.1 根據(jù)施工區(qū)域?qū)崨r制定科學(xué)施工方案

在施工時(shí)為提高橋梁的承載力以及延長(zhǎng)其使用壽命，在正式施工前，施工單位需根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)況（地質(zhì)特點(diǎn)、施工要求）制定可行性的施工方案，并通過對(duì)方案進(jìn)行不斷調(diào)整來指導(dǎo)和約束現(xiàn)場(chǎng)施工行為，確保注漿加固技術(shù)的有效落實(shí)[11]。除此之外相較于傳統(tǒng)施工方案，改良后的注漿加固方案在提高隧道拱頂圍巖強(qiáng)度、保證施工現(xiàn)場(chǎng)安全以及對(duì)交通運(yùn)輸影響較小等方面發(fā)揮著顯著優(yōu)勢(shì)，為確保高質(zhì)量施工目標(biāo)的達(dá)成，在具體施工時(shí)施工單位還需要提前探明地鐵暗挖車站下橋梁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式、位置、埋深及地質(zhì)情況（粉質(zhì)黏土、粉細(xì)砂、圓礫層）內(nèi)容，由此為暗挖施工方案施工工法選擇及優(yōu)化提供決策依據(jù)。

3.2 采取合適施工工法以保證施工的有效性

在地鐵暗挖車站下穿橋梁基礎(chǔ)施工中，最常見的施工方式有3種，通過對(duì)比不同施工方式后產(chǎn)生的地表位移、拱頂沉降、仰拱隆起數(shù)值可知，雙側(cè)壁導(dǎo)坑法在使用時(shí)沉降數(shù)值最高，其次是CRD法，相對(duì)地若采用PBA法則產(chǎn)生的影響最小，因此施工單位在橋梁基礎(chǔ)施工時(shí)需盡可能采用PBA法，用以在確保施工安全質(zhì)量達(dá)標(biāo)的前提下提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，在具體施工過程中，為保證隧道施工質(zhì)量和工效，施工單位在應(yīng)用PBA法的同時(shí)可采取注漿加固技術(shù)，以此來提高施工安全性[12]。除此之外為規(guī)避施工人員的違規(guī)操作，施工單位還需根據(jù)工程施工要求制定可行性的管理措施，在約束施工人員行為的前提下推動(dòng)行業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

3.3 加快專業(yè)化施工管理隊(duì)伍的構(gòu)建進(jìn)程

在“PBA+帷幕注漿加固”技術(shù)應(yīng)用過程中，為改善當(dāng)前施工現(xiàn)狀以及促進(jìn)交通運(yùn)輸業(yè)的良性發(fā)展，加快專業(yè)化施工管理隊(duì)伍的構(gòu)建進(jìn)程，已刻不容緩。在人員選拔時(shí)，由于“PBA+帷幕注漿加固”技術(shù)在應(yīng)用時(shí)具有較高要求，因此為保證技術(shù)作業(yè)的專業(yè)性和規(guī)范化，施工單位需提高對(duì)施工管理人員的選拔標(biāo)準(zhǔn)，在保證管理者具備豐富知識(shí)儲(chǔ)備的前提下提升其專業(yè)素養(yǎng)、計(jì)算機(jī)操作水平都符合管理要求，并且還要具備一定的暗挖施工實(shí)踐管理經(jīng)驗(yàn)[13]。除此之外在人員選拔結(jié)束后，為進(jìn)一步提高人員的專業(yè)能力和管理水平，施工單位還需要落實(shí)好對(duì)人員培訓(xùn)工作，即通過再教育、再培訓(xùn)以及安排管理者外出學(xué)習(xí)，提高人員的綜合素質(zhì)，以此來規(guī)避后期管理問題的頻繁化。

3.4 合理布設(shè)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)

在“PBA+帷幕注漿加固”技術(shù)應(yīng)用過程中，沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)是否合理，對(duì)于技術(shù)作業(yè)質(zhì)量和效率的影響是十分巨大的，因此為改善當(dāng)前施工現(xiàn)狀以及推動(dòng)行業(yè)可持續(xù)發(fā)展，在施工時(shí)施工單位還需要在墩柱、邊墩以及橋臺(tái)處合理化布設(shè)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，以此在有效控制風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)通過合理設(shè)置風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)急預(yù)案，將風(fēng)險(xiǎn)損失控制在可控范圍內(nèi)，以此來達(dá)到預(yù)期的施工目標(biāo)。

4 結(jié)語

概括而言，由于車站下穿橋梁基礎(chǔ)施工工程相對(duì)復(fù)雜，若施工單位采取傳統(tǒng)化施工方式，在增加施工成本的同時(shí)也難以保證高質(zhì)量施工目標(biāo)的達(dá)成，極大地?fù)p害了企業(yè)效益，為此在“PBA法”應(yīng)用的同時(shí)，施工單位還需要落實(shí)好注漿加固技術(shù)，由此既全面降低了各種質(zhì)量問題（斷裂、坍塌）發(fā)生，同時(shí)在提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益、延長(zhǎng)建筑使用壽命等方面也發(fā)揮了重要作用，并最大程度地保證了橋梁結(jié)構(gòu)的安全性。