瞿曉巍， 龔 毅， 余 順， 夏楊于雨， 彭興彬

(中鐵長江交通設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司， 重慶 401121)

近年來我國城市交通事業(yè)快速發(fā)展，城市地鐵建設(shè)也蓬勃發(fā)展，地鐵車站修建遇到下穿、近接等工程案例越來越多[1]。如何在不影響既有建(構(gòu))筑物安全及正常使用的前提下，保證地鐵車站的順利修建，是學(xué)者和建設(shè)者研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。洞柱法因其能有效控制地鐵車站施工對(duì)地層影響的優(yōu)勢(shì)，近些年在北京地鐵修建中運(yùn)用廣泛[2-4]，是處理地鐵車站下穿既有建(構(gòu))筑物較好方法之一。

洞樁法車站施工的主要功能之一是減少對(duì)地表建筑物的影響。眾多學(xué)者基于工程實(shí)例對(duì)洞柱法施工過程的施工變形和結(jié)構(gòu)受力進(jìn)行了分析，對(duì)地表沉降規(guī)律進(jìn)行了總結(jié)，對(duì)導(dǎo)洞開挖順序進(jìn)行了研究[4-8]。王秀英等[3]研究了洞樁法車站下穿既有管線的變形，建立了管線沉降預(yù)測(cè)模型。在洞樁法施工過程中，力學(xué)轉(zhuǎn)換機(jī)理及其對(duì)既有建筑物影響的力學(xué)效應(yīng)分析也是研究重點(diǎn)之一。目前，洞樁法研究主要集中在施工過程中自身結(jié)構(gòu)的施工力學(xué)分析以及對(duì)附近地層、建筑物的受力特性分析[9-12]。李鐵生、劉力、張洪達(dá)等[13-15]研究了洞樁法暗挖車站下穿建筑物的設(shè)計(jì)和施工。目前，洞柱法在地鐵車站地層變形規(guī)律、力學(xué)效應(yīng)分析及導(dǎo)洞開挖順序方面有了較多成果，但在軟土地層條件下且下穿既有道路及管線的洞樁法施工技術(shù)文獻(xiàn)較少。

本文依托北京某地鐵車站下穿既有道路及管線工程，分析車站施工過程中的重難點(diǎn)，并給出針對(duì)性措施，以期為類似工程提供借鑒和參考。

1 工程概述

1.1 工程概況

該地鐵車站為北京某地鐵線的中間站，該處為北京市核心區(qū)，車流量大，交通繁忙。周邊多高層建筑物且與車站距離較近，如圖1(a)所示。

站址范圍內(nèi)分布多條重要地下管線，且埋深較大。沿南北向敷設(shè)：3 m×1.5 m熱力管，埋深4.7 m～6.5 m；2 m×2.35 m電力管溝，埋深9.3 m～13.1 m；Φ1.75 m污水管，埋深約6.5 m；2.4 m×2.2 m污水管溝，埋深約4.5 m，如圖1(b)所示，其中施工通道剖面如圖1(c)所示。

(a) 總平面

車站為島式站臺(tái)，有效站臺(tái)寬度16 m，車站總長317.6 m，標(biāo)準(zhǔn)段寬25.3 m，高16.87 m。車站有效站臺(tái)中心里程軌頂標(biāo)高19.524 m，拱頂覆土厚約11.9 m，底板埋深28.8 m。車站采用洞柱法施工，南端區(qū)間采用盾構(gòu)法施工，北端區(qū)間采用礦山法施工。車站采用雙層雙柱3跨斷面型式(南端局部為雙層3柱4跨斷面)，在車站范圍內(nèi)設(shè)4座施工豎井及施工橫通道，由南至北編號(hào)依次為1#～4#。

1.2 地質(zhì)條件

根據(jù)鉆探資料及室內(nèi)土工試驗(yàn)結(jié)果，按地層沉積年代、成因類型，將本工程場(chǎng)地勘探范圍內(nèi)的土層劃分為人工堆積層、新近沉積層、第四紀(jì)沖洪積層和新近紀(jì)沉積層4大類，共劃分為8個(gè)大層，地層最大深度為62.0 m。各土層巖性特征見表1。

表1 地層分布

2 洞柱法施工技術(shù)

車站主體拱部所穿地層主要位于卵石圓礫⑤層，車站局部拱部位于粉細(xì)砂層，自穩(wěn)性差。車站主體結(jié)構(gòu)施工時(shí)平行穿越各類市政管線，車站鄰近居民樓、銀行、既有車站等各類建筑物，存在較大風(fēng)險(xiǎn)，為了保證鄰近建筑物的安全，本車站采用洞柱法進(jìn)行施工。具體施工工序如下：

1) 從橫通道進(jìn)洞，施工導(dǎo)洞拱部超前深孔注漿加固地層，臺(tái)階法開挖導(dǎo)洞并施工初期支護(hù)(臺(tái)階長度為5 m)。開挖導(dǎo)洞時(shí)，先開挖上導(dǎo)洞后開挖下導(dǎo)洞，先開挖邊導(dǎo)洞后開挖中間導(dǎo)洞。開挖步距同格柵間距，并加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，如圖2(a)所示。

2) 在導(dǎo)洞下邊導(dǎo)洞內(nèi)施作全長粘結(jié)型錨桿并施作條基，在兩邊上、下邊導(dǎo)洞內(nèi)施工圍護(hù)樁及樁頂冠梁(挖孔樁跳孔施工)，并施作上下中導(dǎo)洞間鋼管混凝土柱挖孔及護(hù)壁，如圖2(b)所示。

3) 在下中導(dǎo)洞內(nèi)施作底板防水層，施作底縱梁及部分底板；然后施作鋼管混凝土柱(鋼管柱與挖孔護(hù)壁間空隙用砂填實(shí))；在上中導(dǎo)洞內(nèi)施作頂縱梁、防水層,并用素混凝土回填梁上的導(dǎo)洞空間，支立邊導(dǎo)洞內(nèi)明拱，如圖2(c)所示。

4) 施工洞室Ⅰ、Ⅱ及Ⅲ拱部超前深孔注漿加固地層。臺(tái)階法開挖洞室Ⅰ、Ⅱ及Ⅲ土體(洞室Ⅰ、Ⅲ先行，再開挖洞室Ⅱ，相鄰洞室前后錯(cuò)開不小于15 m)，施工拱部初期支護(hù)，開挖步距同格柵間距，并加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，如圖2(d)所示。

5) 洞室Ⅰ、Ⅱ及Ⅲ貫通后，由兩橫通道中間位置向橫通道方向后退跳倉分段拆除導(dǎo)洞邊墻，每段導(dǎo)洞邊墻拆除長度控制在4 m～6 m，施作拱部防水層及結(jié)構(gòu)二襯。施工過程中加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，如圖2(e)所示。

6) 頂拱二襯施作完成后，沿車站縱向分為若干個(gè)施工段，在每個(gè)施工段分層開挖土體至中樓板下0.2 m處(邊開挖邊施工樁間網(wǎng)噴混凝土及破除掉鋼管柱挖孔護(hù)壁)，分段施作中縱梁及中板結(jié)構(gòu)，并施作側(cè)墻防水層及二襯結(jié)構(gòu)，如圖2(f)所示。

7) 沿車站縱向分為若干個(gè)施工段，在每個(gè)施工段分層開挖土體至基底(邊開挖邊施工樁間網(wǎng)噴混凝土)，施作底板防水層及底板,然后施作側(cè)墻防水層及二襯結(jié)構(gòu)。完成車站主體結(jié)構(gòu)施工，如圖2(g)所示。

8) 施作車站內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如圖2(h)所示。

(a) 第1步

3 施工重難點(diǎn)分析

3.1 軟土地層施工

由于車站拱部主要位于卵石-圓礫⑤層及粉細(xì)砂③3層，為控制地下管線沉降，需加固車站拱部土體，使地表沉降值、管線沉降值和洞內(nèi)拱頂下沉和結(jié)構(gòu)收斂值控制在允許范圍內(nèi)，確保管線和結(jié)構(gòu)安全。為此，對(duì)拱頂初支外側(cè)1.5 m、內(nèi)側(cè)0.5 m范圍內(nèi)土體進(jìn)行深孔注漿加固，如圖3所示。加固后的土體應(yīng)有良好的均勻性、自立性和密封性，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于0.5 MPa，滲透系數(shù)小于10 cm/s～5 cm/s，注漿前應(yīng)先進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，根據(jù)結(jié)果確定合理的注漿參數(shù)。

單位：mm

采用ZLJ-350D工程鉆機(jī)引流鉆孔及后退式分段注漿工藝：1) 必須鉆一孔注一孔，注漿過程中若發(fā)現(xiàn)止?jié){塞損壞，應(yīng)立即更換，以免引起注漿管堵塞；2) 施工中宜采用從兩端到中間，由上到下的鉆孔和注漿順序，以壓注水泥+水玻璃雙液漿；3) 注漿每循環(huán)長12 m，止?jié){巖盤厚2 m，有效擴(kuò)散半徑為0.75 m，注漿終壓為0.5 MPa～1 MPa，下穿管線位置注漿終壓為0.3 MPa～0.8 MPa；4) 在深孔注漿過程中根據(jù)實(shí)際地層設(shè)置試驗(yàn)段，通過試驗(yàn)段注漿效果及時(shí)調(diào)整注漿壓力及漿液配比。

3.2 小導(dǎo)洞馬頭門施工

小導(dǎo)洞馬頭門即施工橫通道與小導(dǎo)洞的交叉處，此處結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜，施工方法應(yīng)更為穩(wěn)妥可靠，以保證此處土體在開挖過程中保持穩(wěn)定。小導(dǎo)洞馬頭門施工時(shí)，需破除已完成的施工橫通道初支混凝土、鋼格柵支護(hù)、橫通道的部分臨時(shí)仰拱。由于破壞了橫通道的部分受力結(jié)構(gòu)，該處洞口位置的受力重新分布，極易導(dǎo)致該處土體失穩(wěn)，故施工前應(yīng)在該位置處提前進(jìn)行加固處理，具體措施如下：

1) 加強(qiáng)注漿處理。開馬頭門洞前應(yīng)對(duì)拱部土體實(shí)施注漿加固措施，采用雙排DN32×2.75小導(dǎo)管，L=4 m，環(huán)相間距300 mm，梅花型布置，同時(shí)對(duì)上層小導(dǎo)洞范圍進(jìn)行深孔注漿，通過加強(qiáng)馬頭門周邊土體的注漿，使?jié){液與該范圍的圍巖粘結(jié)，達(dá)到提高圍巖穩(wěn)定性的目的，為后期小導(dǎo)洞馬頭門破除做好施工準(zhǔn)備。

2) 設(shè)立三榀鋼架門型支撐。小導(dǎo)洞馬頭門進(jìn)洞時(shí)，開洞截?cái)鄼M通道格柵鋼架處連立三榀小導(dǎo)洞斷面的型鋼鋼架，且截?cái)鄼M通道格柵鋼架與小導(dǎo)洞的型鋼鋼架焊接牢固。馬頭門門架設(shè)計(jì)如圖4所示。

3) 洞口加強(qiáng)梁設(shè)置。將拱部小導(dǎo)管外露部位內(nèi)、外側(cè)分別加焊2根Φ25螺紋鋼筋，箍筋采用Φ8@150，綁扎成加強(qiáng)梁鋼筋框架，然后澆筑C25混凝土形成開口前加強(qiáng)梁，如圖4(c)所示，同時(shí)在馬頭門上方架設(shè)型鋼倒撐，如圖4(a)所示。

4) 橫通道內(nèi)小導(dǎo)洞馬頭門的開口順序。橫通道內(nèi)小導(dǎo)洞馬頭門的開口順序同小導(dǎo)洞開挖順序，車站相鄰導(dǎo)洞錯(cuò)開距離不宜小于15 m，避免產(chǎn)生群洞效應(yīng)。

(a) 小導(dǎo)洞橫剖面

3.3 下穿地下管線

車站上部小導(dǎo)洞開挖穿越管線較多，位置關(guān)系如圖1(b)所示，為防止管線沉降及管線滲水，應(yīng)加強(qiáng)隧道內(nèi)注漿，施工過程加強(qiáng)管線監(jiān)控量測(cè)，根據(jù)管線變形情況，采取如下措施:

1) 暗挖結(jié)構(gòu)周圍的管線，除依據(jù)圖紙進(jìn)行判斷外，在接近前仍然要利用探測(cè)儀器進(jìn)行探測(cè)，以便準(zhǔn)確了解管線的平面和高程位置明確與結(jié)構(gòu)的相互關(guān)系，便于更準(zhǔn)確地施工導(dǎo)管或管棚進(jìn)行超前注漿支撐加固保護(hù)，同時(shí)了解管線結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀及運(yùn)營現(xiàn)狀并對(duì)管線下方的空洞或水囊進(jìn)行超前探測(cè)。

2) 采用超前注漿加固。嚴(yán)格按照“管超前、嚴(yán)注漿、短開挖、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測(cè)”的原則進(jìn)行施工，嚴(yán)把每道工序的施工質(zhì)量關(guān)。

3) 施工前應(yīng)對(duì)車站上方的雨、污水管線的滲漏情況進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查，并與產(chǎn)權(quán)單位溝通，結(jié)合產(chǎn)權(quán)單位反饋的意見，必要時(shí)對(duì)其采取施作內(nèi)襯等防滲漏處理， 以保證管線安全。

4) 施工時(shí)，對(duì)車站拱頂土體進(jìn)行超前深孔注漿加固。

3.4 邊樁施工

為避免開挖過程中相互影響，邊樁采用“隔3挖1”方法施工，如圖5所示，當(dāng)樁體混凝土澆筑完成后方可開挖相鄰樁體。

圖5 人工挖孔樁施工順序

1) 通過測(cè)量放線定位后，用風(fēng)鎬鑿除上導(dǎo)洞樁位處初期支護(hù)混凝土，割斷孔樁直徑范圍內(nèi)的格柵，為樁身開挖提供作業(yè)面。人工挖孔在破壞導(dǎo)洞格柵鋼筋時(shí)，在開挖洞口邊緣焊接6根Φ22鋼筋彎成的加強(qiáng)環(huán)，將開孔處斷開的格柵連接成一個(gè)整體。

2) 挖孔由人工自上而下逐層開挖，使用轆轤吊土。有效控制開挖樁孔的截面尺寸，護(hù)壁采用上小下大楔形逐節(jié)開挖，根據(jù)地質(zhì)情況(主要是保持直立面狀態(tài)的能力)，每節(jié)的高度控制在1.0 m，開挖完成后及時(shí)施作護(hù)壁。

3) 每節(jié)開挖到位后綁扎護(hù)壁鋼筋籠，護(hù)壁鋼筋籠逐節(jié)拼裝，鋼筋之間預(yù)留彎鉤相互連接。鋼筋籠綁扎完成后進(jìn)行護(hù)壁模板的支立，模板采用4塊弧形鋼模拼裝成喇叭口狀，拆上節(jié)、支下節(jié)重復(fù)周轉(zhuǎn)使用。模板之間用卡具、扣件連接牢固，中間用方木支頂，防止內(nèi)模因漲力而變形。第1節(jié)混凝土護(hù)壁(鎖口)高出地面20 cm，便于擋土石及其他雜物，將樁位軸線和高程標(biāo)定在第1節(jié)護(hù)壁上口。

4) 每節(jié)樁孔護(hù)壁做好以后，利用護(hù)壁上口的樁位控制點(diǎn)，采用十字線對(duì)中，吊線垂向井底投設(shè)。成孔后進(jìn)行鋼筋籠的安裝。

5) 從第2節(jié)護(hù)壁開始，利用提升設(shè)備運(yùn)土，采用轆轤或簡易鋼架制作垂直運(yùn)輸設(shè)備，吊架的高度和寬度根據(jù)導(dǎo)洞空間尺寸確定。

6) 若遇到粉細(xì)砂層時(shí)，由于該地層自穩(wěn)能力較差。當(dāng)穿越此地段成孔困難時(shí)，可采用插板法開挖，并將樁孔每節(jié)開挖高度適當(dāng)減小，一般以0.5 m為宜。采用木板或竹板條超前支擋，開挖后及時(shí)安裝鋼筋并澆筑護(hù)壁混凝土。當(dāng)上述措施仍不能順利成孔時(shí)，則應(yīng)及時(shí)封閉作業(yè)面，通過分節(jié)注漿加固，配合鋼導(dǎo)管通過粉細(xì)砂層。人工挖孔樁如圖6所示。

圖6 人工挖孔樁現(xiàn)場(chǎng)照片

3.5 樁頂冠梁施工

暗挖導(dǎo)洞邊樁施工完成后，由里向外倒退施工樁頂冠梁，冠梁單邊全長322.7 m，分5段進(jìn)行施工，采用C30鋼筋混凝土，主筋凈保護(hù)層厚度為40 mm。施工前清理樁頭至露出新鮮混凝土面，用水泥砂漿找平冠梁底面至設(shè)計(jì)標(biāo)高，調(diào)直鋼筋籠立筋，保證立筋錨入梁體長度不小于設(shè)計(jì)長度。

冠梁縱向Φ25鋼筋采用直螺紋連接，通過直螺紋連接套筒，用力矩扳手按規(guī)定的力矩值把鋼筋和連接套筒擰緊在一起。

格柵主筋插入冠梁內(nèi)1 m，為拱部主體初支格柵連接提供條件。預(yù)埋件提前預(yù)制，安裝時(shí)應(yīng)與周圍冠梁主筋焊接牢固，錨入冠梁內(nèi)部1 m，縱向間距0.5 m，格柵端頭四面加焊U形筋收口，具體如圖7所示。

單位：mm

4 監(jiān)測(cè)分析

為確保地下管線、周邊建筑物安全，對(duì)地下管線及周邊建筑物進(jìn)行監(jiān)測(cè)。選取熱力管線的2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)(RLGX77、RLGX78)進(jìn)行分析，地下管線每10 m一個(gè)測(cè)點(diǎn)，布置在管線接頭處、位移變化敏感的部位。監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置如圖8所示。

圖8 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

評(píng)價(jià)管線變形的主要指標(biāo)為沉降值、傾斜率等，熱力管線允許傾斜率為0.002，位移速率控制值為1 mm/d，管線沉降控制值為10 mm。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)如圖9所示。

圖9 管線沉降值及傾斜率歷時(shí)曲線

從圖9可看出，沉降曲線變化較為平緩，并無異常變形，在車站施工到監(jiān)測(cè)點(diǎn)下方時(shí)變形速率最大，為0.25 mm/d；隨著車站不斷開挖，變形逐漸加大，最終緩慢趨于穩(wěn)定，管線最大沉降值為5.7 mm。2個(gè)點(diǎn)變形規(guī)律基本一致，最大傾斜率和最大差異沉降分別為0.000 13、1.3 mm。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，各個(gè)變形控制指標(biāo)均在規(guī)范要求范圍內(nèi)，車站在下穿施工過程中，引起既有管線變形較小，確保了既有管線等結(jié)構(gòu)物的安全運(yùn)行，表明該方案合理可行。

5 結(jié)論與討論

通過對(duì)北京某新建地鐵車站下穿雙向6車道和各類管線工程的施工重難點(diǎn)進(jìn)行分析，并針對(duì)性采取相應(yīng)措施，較好地解決了現(xiàn)場(chǎng)存在的問題。

1) 在軟土地層中進(jìn)行大斷面暗挖地鐵施工，超前深孔注漿是保障既有管線及既有建(構(gòu))筑物安全的有效手段。

2) 馬頭門進(jìn)洞是工程難點(diǎn)，施工中采用了對(duì)馬頭門、小導(dǎo)洞拱部深孔注漿的方案，通過對(duì)馬頭門設(shè)置門型鋼架支撐、加強(qiáng)梁及型鋼倒撐的方式確保了馬頭門進(jìn)洞的安全。

3) 為避免開挖過程中相互影響，邊樁施工建議采用“隔3挖1”的方法進(jìn)行施工。

4) 熱力管線現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)變形最大值為5.7 mm，未超過控制要求，且施工中未發(fā)生異常，驗(yàn)證了洞柱法施工的合理可行性。