粉砂地層管廊下穿地鐵車站同步施工技術

摘要：以石家莊地鐵1號線天元湖站工程為例，綜合管廊下穿車站主體結構，且處于粉砂地層，同步建設存在支護體系統(tǒng)籌施工、結構及工序交叉銜接等重難點。對此，在分析同步施工影響的基礎上開展了對應的施工技術研究，并詳細介紹了各階段的施工方法，以期為類似工程提供借鑒和參考。

Abstract： Taking the Tianyuanhu Station project of Shijiazhuang Metro Line 1 as an example， the comprehensive pipe gallery passes through the main structure of the station and is located in the silty sand stratum. There are many difficulties in the synchronous construction， such as the overall construction of the support system， the cross connection of the structure and the process. In this regard， based on the analysis of the impact of synchronous construction， the corresponding construction technology research is carried out， and the construction methods of each stage are introduced in detail， in order to provide reference for similar projects.

關鍵詞：粉砂地層;管廊;地鐵車站;下穿;同步施工

Key words： silt stratum;pipe gallery;subway station;underpass;synchronous construction

中圖分類號：U231+.4 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2020）15-0151-04

1 ?工程介紹

石家莊地鐵1號線天元湖站位于北京南大街與正無路交叉口，南北向敷設。結構總長274.2m，車站標準段寬度22.1m，頂板覆土約3.2m，底板平均埋深約17.2m;盾構端頭井段寬度25.6m，底板平均埋深18.0m，結構型式為地下兩層三跨箱型框架結構。正無路東西向設計有綜合管廊，下穿天元湖站主體結構，相對位置如圖1所示。結構型式為矩形三艙結構，基坑長約22.5m，寬約17.6m，深約24.2m。

工程處于粉砂地層，上層為黃土狀粉土和黃土狀粉質(zhì)粘土層，下層為砂層。粉砂地層具有高靈敏度、觸變特性，在動力作用下極易造成土體破壞，施工過程中若施工不當，極易造成流沙、沉降、塌方等現(xiàn)象;長期暴露會造成邊坡失穩(wěn)，嚴重時造成塌方。

為避免重復開挖，提高地下空間利用率，減少土地的臨時占用，縮短工程建設周期，地鐵車站與綜合管廊考慮同步施工。類似工程研究多以臨近既有結構單獨施工為主，例如綜合管廊暗挖對既有地鐵線的影響分析[1]，地鐵隧道下穿既有管廊工程的風險評估[2]等，或者對地鐵與管廊工程協(xié)同建設進行探討分析[3，4]，線路交叉、同步建設的施工案例較少。本文結合工程背景，重點介紹了管廊下穿地鐵車站的同步施工技術。

2 ?同步施工影響分析

管廊位于地鐵車站底板下，結構交叉處需管廊施工完成后再施工地鐵車站底板。主要存在以下影響：①管廊基坑支護結構的形式直接影響車站基坑底部的作業(yè)空間。②車站下部與管廊結構處于粉細砂地層。粉細砂透水性差，遇水極易失穩(wěn)，造成滑坡、坍塌。管廊基坑開挖后兩側土體需及時支護，否則影響地鐵車站底板施工。同時地鐵車站施工的擾動也影響管廊南北兩側土體的穩(wěn)定性。③因管廊兩側回填土密實度與車站原土不同，以及管廊頂部承載力與其他部位不同，易產(chǎn)生不均勻沉降，造成車站主體結構的開裂，嚴重甚至塌陷。④車站支護結構影響管廊主體結構施工，例如：材料吊裝，混凝土澆筑等。

3 ?同步施工流程

車站結構外包尺寸總長274.2m，按照“避開柱子、通道及各預留孔洞”的原則，將主體結構由南向北劃分為12個施工流水段，車站每隔約30～40m設置一道后澆帶，后澆帶寬度為0.8～1.0m，共設置6個后澆帶。綜合管廊位于第三結構段。采用南北兩端向基坑中部同時進行施工的方法，土方由南端向中部挖至第三施工段時，開始進行綜合管廊土方開挖工序施工，同時第一結構段進入主體結構施工，管廊施工期間，兩側20m范圍內(nèi)不得進行車站結構施工;北端土方繼續(xù)向中部開挖施工，第十二結構段、十一結構段等已出具的施工作業(yè)面進入主體結構施工，形成流水作業(yè)。

管廊土方開挖完成后繼續(xù)向中部進行開槽施工，南北兩端施工交匯至第五結構段時，采用龍門吊配合吊斗進行剩余土方外運工作。待管廊結構施工完成，基坑土方回填完成后進行第二、三、四結構段的平行流水作業(yè)。

4 ?基坑開挖及支護

4.1 鉆孔灌注樁圍護結構

地鐵車站主體結構采用鉆孔灌注樁作為圍護結構，由于管廊底板埋深比地鐵車站標準段深7m，且處于粉砂地層，隨著基坑挖掘深度的加深，圍護樁兩側的土體壓力逐漸增大，為保證基坑安全與穩(wěn)定，管廊處圍護樁進行加深且加粗。

本工程共設圍護樁523根，分三種樁型：WZ1樁長22m，樁徑800mm，樁間距1200mm，共計80根，用于車站盾構井處;WZ2樁長19.9m，樁徑800mm，樁間距1200mm，共計415根，用于車站標準段;WZ3樁長28.9m，樁徑1000mm，樁間距1400mm，共計28根，用于地鐵與綜合管廊交叉處，樁體布置如圖2所示。

4.2 車站基坑開挖及樁間網(wǎng)噴

4.2.1 開挖

車站基坑總體按照從南北兩端向中部開挖的順序。采用掏槽法開挖，土方開挖至樁頂冠梁處，進行冠梁及擋土墻施工，確?；又苓呁馏w穩(wěn)定。待冠梁混凝土強度達到要求后，進行第一道鋼支撐安裝。

冠梁底至基坑底土方按照“中部拉槽、橫向擴邊、豎向分層、縱向分段”的思路，分別由南、北兩端向中間開挖，見圖3所示?；最A留20～30cm厚的土層，人工開挖修整，避免擾動基底，見圖4所示。開挖過程中，每完成1段支撐間距的土方開挖，及時安裝鋼圍檁和鋼支撐。

4.2.2 樁間網(wǎng)噴

樁間網(wǎng)噴以機械開挖為主，人工輔助清理樁間土方，修整基面。掛網(wǎng)鋼筋采用植筋的方法與樁體連接，橫向拉筋與掛網(wǎng)鋼筋單面焊接，鋼筋網(wǎng)片與橫向拉筋綁扎連接，具體布置如圖5所示。噴射混凝土作業(yè)應分段分片，按“自下而上，先凹后平”的順序進行螺旋噴射。混凝土終凝后進行灑水養(yǎng)護，養(yǎng)護期不少于7天。

4.3 管廊基坑開挖及支護

4.3.1 開挖

在車站基坑底設計標高處繼續(xù)開挖管廊基坑，按設計坡度70°進行放坡開挖。豎向開挖深度應與土釘豎向設計間距相同，自上而下分段分層進行。坡面預留50～100mm人工修坡。坡頂設2m寬、100mm厚混凝土護坡。

4.3.2 支護

①鋼支撐施工。

開挖至管廊鋼支撐標高面以下0.5m，及時安裝鋼圍檁和鋼支撐，此處為雙拼鋼支撐，間距5m。由于管廊基坑深度大，安裝底部鋼支撐時需做倒撐處理，見圖6所示。

②樁間網(wǎng)噴。管廊處圍護樁已進行加長處理，東西兩側采用圍護樁+掛網(wǎng)噴混凝土進行支護，樁間掛網(wǎng)噴射混凝土厚度平均80mm，內(nèi)置單層？準8@150×150mm鋼筋網(wǎng)。

③土釘墻施工?；幽媳眱蓚炔捎猛玲攭M行支護。開挖至土釘設計標高以下0.5m時施做。土釘采用洛陽鏟成孔，孔徑110mm，間距1.5*1.5m梅花形布置，傾斜角度為15°，采用水泥砂漿進行注漿。噴射混凝土強度為C20，厚度為100mm，面板內(nèi)放置？準8@150×150mm鋼筋網(wǎng)。上層土釘注漿體及噴射混凝土面層達到設計強度的80%后方可開挖下層土方及施作下層土釘，直至基坑底設計標高處，支護后效果如圖7所示。

④排水施工。

土釘墻坡頂設截水溝、坡腳設排水溝，土釘墻面板設泄水孔，間距2.4m×2.4m，呈梅花形布置，每處泄水孔采用長度500mm、？準100PVC管材，管內(nèi)塞入土工布。

5 ?主體結構施工

5.1 管廊施工

①管廊東西兩側與車站主體圍護樁相接處采用臨時封堵措施。臨時封堵部位設置變形縫，變形縫處設置墊塊以調(diào)節(jié)綜合管廊接縫處差異沉降。接觸面預埋20厚封堵鋼板，采用C20素混凝土灌筑，待接預留管廊后進行切割，具體見圖8所示。

②基坑通過驗收后，澆筑100mm厚C20素混凝土墊層，鋪設防水卷材，防水材料為2.0厚自粘聚合物改性瀝青防水卷材。防水保護層施工完成后，進行底板結構施工。

③根據(jù)結構設計情況及施工縫位置，管廊鋼筋的綁扎順序為：底板筋、側墻預留插筋→側墻鋼筋→頂板鋼筋（含板下梁）。

④支撐體系采用盤扣支架及鋼管腳手架，對拉螺栓部位采用雙排鋼管固定。具體支模如圖9所示。側墻防水施工前，在外側設置磚保護墻，磚保護墻部分采用外防內(nèi)貼法，即管廊側墻澆筑前先進行磚保護墻施工，將卷材鋪至磚保護墻內(nèi)側，同時利用保護墻作為模板進行側墻澆筑;磚保護墻以上部分采用外防外貼法，即磚保護墻以上側墻澆筑完成后，將防水卷材背貼至結構外側，采用50厚聚苯板進行防水層的保護。

⑤管廊按照底板、側墻及頂板進行兩次澆筑。頂板在結構施作完成后采用水泥砂漿進行找平層處理，完成后進行防水卷材鋪設，采用細石混凝土進行防水層保護。

⑥管廊施工完后，及時回填土方。兩側采用分層對稱回填并夯實的施工方法，回填采用三七灰土人工夯實，每層回填高度不大于0.3m。為保證管廊結構及車站結構基底的穩(wěn)定性，管廊頂板至地鐵車站底部采用C20素混凝土回填。

5.2 車站主體施工

主體結構沿縱向按施工縫分段，自下而上組織流水施工。采用大塊鋼模板、組合鋼模以及定制鋼模和木模等不同模板組合實現(xiàn)主體結構模筑施工，具體流程見表1所示。

6 ?施工監(jiān)測

6.1 監(jiān)測項目及控制標準

為可靠評估管廊施工對車站的影響、車站施工產(chǎn)生的不均勻沉降對周邊環(huán)境的影響，及時、準確地預報可能發(fā)生的安全隱患或事故，針對管廊和車站施工分別建立監(jiān)測系統(tǒng)，見表2、表3所示。各項監(jiān)測值控制標準見表4所示。

6.2 監(jiān)測預警

現(xiàn)場監(jiān)測結果按黃色、橙色和紅色三級警戒狀態(tài)進行管理和控制，根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測項目測點變形量及變形速率情況進行判斷，具體見表5所示。

發(fā)出黃色預警時，監(jiān)測組和施工單位應加密監(jiān)測頻率，加強對地面和建筑物沉降動態(tài)的觀察，尤其應加強對預警點附近的雨污水管和有壓管線的檢查和處理。

發(fā)出橙色預警時，除應繼續(xù)加強上述監(jiān)測、觀察、檢查和處理外，應根據(jù)預警狀態(tài)的特點進一步完善針對該狀態(tài)的預警方案，同時應對施工方案、開挖進度、支護參數(shù)、工藝方法等作檢查和完善，在獲得設計和建設單位同意后執(zhí)行。

發(fā)出紅色預警時，除應立即向上述單位報警外還應立即采取補強措施，并經(jīng)設計、施工、監(jiān)理和建設單位分析和認定后，改變施工程序或設計參數(shù)，必要時應立即停止開挖，進行施工處理。

7 ?結語

本文詳細介紹了粉砂地層中管廊下穿地鐵車站同步施工技術，重點解決了共用支護體系、主體結構及工序交叉銜接中的重難點，具體如下：①通過在地鐵與綜合管廊交叉處增大樁長、樁徑，保證了管廊連續(xù)開挖時的穩(wěn)定性。②在管廊東西兩側與車站主體圍護樁相接處，通過采用臨時封堵的措施，并設置變形縫墊塊，保證了下一步管廊的銜接施工。③通過在管廊兩側回填夯實三七灰土、管廊頂板至地鐵車站底部回填C20素混凝土，有效保證了管廊結構及車站結構基底的穩(wěn)定性。④管廊施工時，通過設置磚保護墻，將保護墻部分與非保護墻部分防水卷材分別采用外防內(nèi)貼及外防外貼的方法進行施工，保證了基面的平整度，提高了施工速度及施工質(zhì)量，確保防水效果滿足設計要求。⑤優(yōu)化施工組織后采用南北兩端向中部進行施工的順序，保證了管廊與車站北端的同步施工，加快了施工進度。

另外，通過建立同步施工監(jiān)測體系及不間斷地監(jiān)測分析，確保施工期間各項數(shù)據(jù)指標控制均在標準內(nèi)，從而證明支護結構、管廊和車站主體的穩(wěn)定性。工程的順利完工驗證了該技術的可靠性和可行性，為類似工程提供借鑒和參考。

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作者簡介：張旺波（1986-），男，河北邯鄲人，研究方向為城市軌道交通。