暗挖车站关键施工技术研究应用

暗挖车站关键施工技术研究应用摘要:以沈阳地铁一号线沈阳站站暗挖车站工程为背景，介绍了采用“PBA”工法施工的工艺、洞桩施工、扣拱施工等关键技术，重点阐述了洞桩机械改造、固砂材料选取、二衬拱架综合利用等创新技术，以期对类似工程有所借鉴。关键词:地铁车站，PBA工法，暗挖，施工技术1概述本站三连拱暗挖车站采用浅埋暗挖洞桩法的施工技术，即PBA工法。本工法在传统浅埋暗挖法的基础上吸收了盖挖法的特点，把地面框架施工技术和传统的导洞技术、桩技术、拱技术进行了有机的结合，是一种适合地面由于各种因素不具备明挖条件和对地层沉降要求严格的多层多跨地下暗挖结构的地下工程技术，具有广阔的应用前景。但其施工方法也因主体结构设计原理、周围环境和地质情况的不同而有所差异，在全国多座城市暗挖车站均有应用［1-3］，尚需根据不同地质条件和周围环境不断完善。2工程概况2．1设计简介沈阳地铁一号线沈阳站站位于中华路与胜利大街的交叉路口，沿中华路方向东西布置，与规划中的三号线在交叉路口十字换乘。本标段所在的中华路与垂直于车站的胜利大街为城市交通主干道，路面交通十分繁忙，车辆密集。地下管线密集主要分布在中华路及胜利大街下，有给水管、污水管和煤气管道等对地面沉降要求较高，车站两侧为沈阳饭店和沈铁大旅社等保护建筑同样对沉降要求严格。沈阳站车站主体结构总长为190．6m，采用明暗结合的施工方法;暗挖段共143m，覆土厚度为6m，大部分为中粗砂。车站主体结构为地下双层岛式车站。采用PBA工法施工，主体结构采用双层三跨三连拱顶直墙形式。2．2地质及水文情况地下水主要赋存于第四系浑河新扇冲洪积砾砂层(④-4)和上更新统浑河老扇冲洪积砾砂、圆砾层(⑤-4，⑤-5)中，属孔隙潜水含水层，渗透系数70m/d～140m/d，稳定水位埋深为6．50m～12．50m。即整个车站位于富水砂层，施工前进行降水措施。2．3施工环境及重难点1)车站位于火车站前广场位置，地面环境复杂，周围建(构)筑物较多，附近车流人流密集，拱顶上方存在雨污水、燃气等管线，施工风险大。2)车站位于富水砂砾石层，含水量丰富，对降水要求高。同时，地层自稳性差，极易形成流砂等现象。3)车站覆土较浅(6m)，开挖跨度大(21．5m)，高度大(15．26m)，工序复杂，频繁扰动，沉降控制困难。3三连拱暗挖车站洞桩法施工步骤及关键施工技术3．1施工工艺开挖上部4个小导洞→施作结构围护边桩→开挖下导洞(施工边桩顶纵梁、初期支护及背后回填)→铺设底纵梁下防水层、施作底纵梁、钢管柱、顶纵梁上防水层、顶纵梁及回填→开挖中跨砂体并施加中跨临时支撑→铺设中跨拱顶防水层、施作中跨拱部结构二衬→进行边拱扣拱→施工中纵梁和中板→施工中板上侧墙→开挖中板下砂体→施作底板垫层、防水层、浇筑底板及部分边墙→浇筑剩余站台层以上边墙，施工站台板和轨顶风道。3．2关键施工技术3．2．1洞桩施工1)洞桩简述。沈阳地铁一号线沈阳站站主体共有洞桩262棵，桩直径800mm，标准段桩中心间距为1200mm，盾构井段桩间距为1000mm。2)钻机选择。导洞内桩基作业空间比较狭小(净空为4m×5m)，水平与垂直空间受限，进行桩基钻孔、钢筋笼吊运、泥浆循环处理等工序施工难度较大。将GSD-50型大口径液压钻机进行了改造，将偏大的底座尺寸缩小，高度缩小(由4．7m减为3．8m)，满足了洞内施工要求。3)“洞桩”施工。a．施工工序。导洞底板混凝土上面开口→埋设护筒→钻机就位→钻孔→清孔验收→下钢筋笼及导管→灌注水下混凝土。b．关键技术。在钻孔桩桩位两侧各砌两道砖墙，砖墙宽240mm，高约300mm～350mm，两墙相对水平，该槽的作用:在回浆泵有问题或灌桩时，出浆量较大，作为临时存浆槽避免流入洞内其他地方造成浆液浪费和环境污染;可引导流出的浆液直接进入临近正在钻孔的桩内补充泥浆。由于围护桩施工时桩位须用风镐破除导洞底喷射混凝土，对导洞的稳定有一定影响;同时围护桩间距较小，为保证导洞稳定和相邻钻孔的质量，采用隔孔施钻，钻孔后及时封闭格栅保证洞底稳定。护壁泥浆及钻碴处理:采用膨润土造孔内泥浆，泥浆配置。膨润土:国产Ⅱ级钙土;水:自来水;分散剂:工业纯碱(Na2CO3)提供Na+对钙土改性处理;增粘剂:中粘度羧甲基纤维素(CMC)改善流变及粘度。新鲜泥浆的配比见表1。钢筋笼的制作与安装:钢筋笼在中导洞内加工，由于导洞高度所限钢筋笼分节较多，为节省主筋连接时间和节约钢筋用量，接头采用标准套筒连接，下钢筋笼时，采用钻架吊装。实践证明采用该改型钻机达到快速钻进与成孔质量好的目标，不足之处:由于洞内较为狭窄且较长，在洞内槽中的沉淀砂砾向外运输等方面较为困难，解决方法可通过在边导洞和中导洞增加连接通道极大缓解运输压力。3．2．2初支扣拱施工1)施工工艺。钢管柱、顶纵梁施工完毕→开挖中跨上部土体，进行破拱、扣拱→开挖边跨上部土体，进行破拱、扣拱。2)扣拱难点及控制措施。a．扣拱施工难点。扣拱部位的施工条件较差，岩体不稳定。具体为:开挖土的成分主要是中粗砂和细砂，对浆液的渗透性均匀性不理想;由于小导洞的开挖，对扣拱部位的土体产生扰动，拱顶的土体有些松散;地上部分为繁华路段，每天的车流量较大，而覆土层的厚度为6m，对扣拱的顶部的土体有较大扰动;同时上方有污水管道年久失修，砂层中含水量较丰富，易造成塌方;扣拱部位的拱较平，其矢跨约为1/12。b．扣拱控制措施。超前注浆是决定扣拱施工是否能够顺利进行的最重要因素，首先进行多种试验及效果比对:双液浆加固:土体效果较好，但是价格较贵，同时操作较为复杂，成分较多同时比例控制不好，极易影响加固效果;THE-Ⅱ固体固砂剂:该固砂剂价格较便宜，操作较为简单，容易被操作工人使用，但对砂体只是临时加固，由于现场焊接量大焊接时间较长，地面行车较多，洞内容易造成塌方。JM-4型固砂剂液态固砂剂:该固砂剂为新型固砂剂，主要有以下特点:凝结速度快。在常温下凝结时间为1min～2min，可在保证安全质量的情况下提高施工进度。配合水泥浆使用，固砂强度高。固结强度在5min即能满足开挖要求，随时间的增长强度不断上升。含活性剂成分，有润滑作用扩散性极好。能够达到直径300mm～400mm，能够在隧道拱部形成一个封闭整体。可用水灰比浆剂比来调节初凝时间及固砂强度。受环境和温度的影响不大，沙层中含水量大时，浆液固结仍能满足施工要求，且可以堵水，防止隧道顶部环境水的滴漏。通过以上试验结果的比较，我部采取JM-4型固砂剂液态固砂剂，开挖效果较好，为扣拱初支的顺利进行创造良好的条件。根据试验结果选取合适的双液浆注浆配合比:水泥浆的配制:水∶水泥=2．5∶1(质量比)。水泥浆与固砂剂:水泥浆∶固砂剂=3∶2(体积比)。其次，为确保中粗砂注浆效果，加密注浆孔的间距，适当加大孔眼的直径:采用25mm×3mm@200mm超前小导管沿拱顶范围轮廓线布置。第三，采用气压式注浆泵，注浆压力为0．3MPa～0．5MPa。此方法对扣拱初支的施工提供了重要保证，保证了工程的顺利进行。3．2．3结构二衬的施工1)施工工艺。初支扣拱完毕后，向下开挖土体→进行站厅层中板、中纵梁、边墙施工→向下开挖土体→进行站台层底板、边墙施工→进行站台板、轨顶风道施工。2)施工控制措施。a．二衬施工控制。由于本车站暗挖段共143m，断面较多，不适宜衬砌台车的使用，为保证拱架的稳定性、混凝土表面质量和方便模板拱架的安装，采用Ⅰ14工字钢组成支撑钢架，现场组装，每0．75m一组，采用碗扣式钢管脚手架(步距600mm)配合150mm×150mm方木做台架支撑，搭配1200mm×1500mm的定型可调模板。此拱架和模板操作安全、灵活、方便，大大提高了混凝土表面质量。b．中板施工控制。由于本站暗挖主体的施工工艺为逆作法施工，即扣拱完毕后，即向下开挖，开挖至中板位置时，施作中板，再施工中板上的边墙，然后再开挖中板下的土体。因此中板的模板的铺设方案显得尤为重要，选择不当可能会影响中板的施工质量或造成不必要的周转材料的浪费。采取在处理过的砂体上铺设“方木+竹胶板”的施工方法进行中板施工控制。砂体开挖整平。待砂体开挖至预设方木底标高以上300mm时，移走开挖机械，人工整平，保持原状砂体的整体性，为避免模板发生不均匀沉降，可在砂体表面用水浸密实，对个别超挖的先回填干净的中粗砂然后采用履带挖掘机碾压整平、水浸密实，根据测量班所给标高铺设方木和竹胶板。中板下方木和竹胶板铺设方法。将100mm×100mm方木铺设在整平的砂体上，间距为300mm，方木间隙采用中粗砂填塞，水浸密实后找平。待测量班查验标高合格后铺竹胶板，竹胶板之间采用胶带纸粘贴。少量侧墙的模板支立。土方开挖边墙处时，因中板下有600mm×900mm的斜角，斜角处仍采用方木+竹胶板的方式。为保证侧墙钢筋的预留和站台层侧墙的施工，需浇筑一段侧墙，侧模采用砌砖墙+竹胶板作为侧墙模板方式。c．侧墙施工控制。该暗挖段结构有143m，上下两层结构，站台层约有17000m3土体，需要在4个月的时间完成。站厅层的侧墙施工直接影响站台层的土方的开挖，侧墙需要较多的模板和支架。经过方案比选，选取了最优支顶方案。方案一:采用满堂红脚手架。该方法为常规方法，如采用该方法，使用周转材料多、租赁材料费用昂贵、施工人员多和每循环时间较长，影响通行。同时跨度较大侧模加固较困难。方案二:采用相似工法施工用的工字钢或槽钢加工的专用侧墙施工的三角架。如站台层分三组模板，每组20m，需要大约45t的钢材和加工费用，费用较为昂贵，同时数量也较难满足工期要求。本着优先采用现有周转材料的理念，拱顶拱架同样能够当做三角架来用。方案三:采用拱顶二衬的拱架二次利用即将拱架调换方向使用:该拱架为Ⅰ16的工字钢加工而成，刚度能满足施工需求，长度满足要求的拱架较多，能满足四组侧墙同时施工。最终确定采用第三种方案的侧模加固骨架并确立了支顶方案，多个工作面可同时施工，为暗挖主体早日完工奠定良好的基础。4安全质量控制4．1安全控制对自身及环境风险源进行辨识，并制定分级管控措施。严格按照暗挖“管超前、严注浆、短进尺、强支护、快封闭、勤量测”十八字方针执行。4．2质量控制采取关键工序及关键部位质量控制措施，采取使用PDCA循环法，分析质量管理与工程质量情况，找出影响工程质量的主要因素，采取改进措施，并付诸实施，以确保达到既定的质量目标。5结语随着浅埋暗挖洞桩法的施工技术(PBA工法)不断实践和研究，它依托独特的优势必将在城市轨道交通建设中的应用范围越来越广，发挥越来越重要的作用，产生更大的经济、环境和社会效益。但其施工方法也因主体结构设计原理、周围环境和地质情况的不同而有所差异。本车站的完工，使我们不仅积累了丰富的施工经验，提供了我们的专业水平，同时也完善了该工法的施工工艺，对相似工程的施工提供了良好的借