地鐵暗挖車(chē)站導(dǎo)洞封端施工方法探討

慕憲有

中鐵十八局集團(tuán)第三工程有限公司 河北 涿州 072750

當(dāng)前，以城市軌道交通為代表的城市地下工程越來(lái)越普遍，各種施工工法的出現(xiàn)，增大了現(xiàn)場(chǎng)施工的難度[1]。在復(fù)雜周邊環(huán)境和特殊地質(zhì)條件下，因明挖車(chē)站會(huì)帶來(lái)巨大的施工風(fēng)險(xiǎn)和昂貴的造價(jià)，故而暗挖車(chē)站越來(lái)越多地出現(xiàn)在軌道交通車(chē)站的建設(shè)中[2]。暗挖車(chē)站多數(shù)采用CRD法、PBA法或一次扣拱暗挖逆作法施工，其主要方法均是先開(kāi)挖導(dǎo)洞再擴(kuò)大開(kāi)挖主體。車(chē)站相對(duì)覆土更淺，開(kāi)挖面積更大，開(kāi)挖穩(wěn)定性控制要求更高[3]。

以淺埋暗挖法修建地鐵車(chē)站本身就具有高風(fēng)險(xiǎn)，而其中的初支封端施工更是難上加難。特別是地質(zhì)條件復(fù)雜、地質(zhì)參數(shù)變化較大的暗挖法地鐵車(chē)站，需要綜合巖土體穩(wěn)定性、地下結(jié)構(gòu)埋深、結(jié)構(gòu)形式和施工工法等進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)和施工，目前針對(duì)暗挖地鐵車(chē)站導(dǎo)洞等結(jié)構(gòu)的初支封端的研究還很缺乏[4]。

本文以長(zhǎng)春地鐵2號(hào)線南關(guān)站暗挖施工為例，對(duì)穩(wěn)定巖體和不穩(wěn)定巖體的車(chē)站主體導(dǎo)洞的臨時(shí)性封端和永久性封端施工進(jìn)行系統(tǒng)性的分類(lèi)研究，并提出了相應(yīng)的施工方案，保證臨時(shí)性封端和永久性封端施工階段的安全穩(wěn)定，同時(shí)保證長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)階段地鐵車(chē)站結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，此研究成果可為類(lèi)似工程提供參考。

1 工程背景

地鐵2號(hào)線南關(guān)站位于長(zhǎng)春市解放大路和大經(jīng)路交會(huì)路口，沿解放大路東西向敷設(shè)，位于解放大路主路正下方。車(chē)站為島式站臺(tái)，有效站臺(tái)寬13 m，車(chē)站總長(zhǎng)191 m、凈寬20.3 m，覆土為8.0～8.8 m。車(chē)站主體為雙層三跨拱頂直墻式結(jié)構(gòu)，采用一次扣拱暗挖逆作法施工，共設(shè)置4個(gè)出入口、2個(gè)風(fēng)亭及1個(gè)緊急疏散通道。車(chē)站東側(cè)1#豎井風(fēng)道為盾構(gòu)接收提供條件，車(chē)站西側(cè)區(qū)間設(shè)置臨時(shí)施工豎井及橫通道為暗挖區(qū)間提供施工通道，南關(guān)站主體平面如圖1所示。

圖1 南關(guān)站平面位置示意

車(chē)站上下層導(dǎo)洞間設(shè)挖孔樁，樁徑1 000 mm，樁間距1.5～2.0 m，樁間采用掛網(wǎng)噴射混凝土封閉找平，噴層厚度80 mm，樁底設(shè)拉梁，樁頂設(shè)冠梁。主體導(dǎo)洞初期支護(hù)采用C20噴射混凝土，防水板采用熱風(fēng)焊槍熱熔焊接在塑料墊片上，防水板與基層間設(shè)置400 g/m2的無(wú)紡布緩沖層。

場(chǎng)地地層主要由4部分組成：道路結(jié)構(gòu)層和人工堆積雜填土層、第四系全新統(tǒng)沖洪積黏性土和砂土層、第四系中更新統(tǒng)沖洪積黏性土和砂土層、白堊系泥巖層。

車(chē)站風(fēng)道及橫通道均需永久封端，車(chē)站主體導(dǎo)洞在開(kāi)挖過(guò)程中因出土能力及工序銜接均需要不同程度的臨時(shí)封端。在實(shí)際施工時(shí)，針對(duì)不穩(wěn)定地層（黏土層、砂層）、穩(wěn)定地層（泥巖層）和極端不穩(wěn)定層（含水率較大砂層）局部采用了不同的封端方法。

2 暗挖地鐵車(chē)站導(dǎo)洞封端施工

2.1 臨時(shí)性封端

在南關(guān)站的施工過(guò)程中，由于施工組織安排，出現(xiàn)多次暫緩導(dǎo)洞開(kāi)挖，即臨時(shí)封端的情況。由于情況的多樣性和復(fù)雜性，設(shè)計(jì)未明確封端的具體施工方法。

在Ⅳ級(jí)圍巖段（泥巖），端部土體穩(wěn)定性好，短時(shí)間（少于7 d）的暫停施工可以不封閉掌子面。但是為了掌子面的穩(wěn)定，仍然需要采取一系列措施，加強(qiáng)對(duì)掌子面的巡視，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有不穩(wěn)定情況時(shí)應(yīng)進(jìn)行臨時(shí)性封閉。

在粉質(zhì)黏土層和砂層，若巖體不穩(wěn)定，可考慮采用簡(jiǎn)易封端對(duì)掌子面進(jìn)行封閉，即使用鋼筋網(wǎng)片及噴射混凝土進(jìn)行臨時(shí)封閉（圖2）。首先使用A6網(wǎng)格150 mm×150 mm鋼筋網(wǎng)片整鋪掌子面，使用A6鋼筋鉤固定于掌子面，網(wǎng)片搭接長(zhǎng)度不小于20 cm。施工中發(fā)現(xiàn)，局部土質(zhì)差或封端留置時(shí)間較長(zhǎng)，此時(shí)在網(wǎng)片外層加φ22 mm@1 000 mm鋼筋綁扎。鋼筋及網(wǎng)片均伸入最后一榀鋼筋格柵與土體之間，噴射C20混凝土，厚度為5～10 cm。依次按此法完成上臺(tái)階及下臺(tái)階的封端。

圖2 臨時(shí)性封閉掌子面 （少于7 d）

在施工過(guò)程中，出現(xiàn)了因工序變更或施工組織安排需暫停初支施工超過(guò)7 d的情況，只靠以上的簡(jiǎn)單支護(hù)方法無(wú)法滿足要求。隨著掌子面放置時(shí)間的增長(zhǎng)，土體中的應(yīng)力不斷釋放，會(huì)引起封端結(jié)構(gòu)變形開(kāi)裂，影響掌子面的穩(wěn)定。這時(shí)采用導(dǎo)洞開(kāi)挖過(guò)程中使用的注漿導(dǎo)管，類(lèi)似于土釘墻的原理進(jìn)行加固（圖3）。注漿導(dǎo)管的插入，壓緊了掌子面巖土體，提高了圍巖的穩(wěn)定性。遇到砂層等不穩(wěn)定土體時(shí)，亦可采用此法封閉掌子面。通過(guò)導(dǎo)管注漿加固土體，必要時(shí)可作為深注漿時(shí)的止?jié){墻。封端時(shí)加密連接鋼筋，鋼筋節(jié)點(diǎn)處打設(shè)注漿導(dǎo)管并與連接鋼筋焊接。導(dǎo)管長(zhǎng)度不小于臺(tái)階高度，待噴射混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度約70%時(shí)，注水泥漿加固。鋼筋網(wǎng)片綁扎于連接鋼筋內(nèi)側(cè)，網(wǎng)片搭接不小于20 cm。連接鋼筋、鋼筋網(wǎng)片均嵌于最后一榀格柵與掌子面土體之間，噴射混凝土厚度不宜小于8 cm，封閉時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)應(yīng)適當(dāng)增加混凝土厚度。下臺(tái)階施工方法同上臺(tái)階。

圖3 臨時(shí)性封端結(jié)構(gòu)形式（超過(guò)7 d）

2.2 永久性封端

在南關(guān)站風(fēng)道處，進(jìn)行了永久性封端施工，即需要完全封閉掌子面，使其在主體結(jié)構(gòu)相同的設(shè)計(jì)年限內(nèi)保持穩(wěn)定，且滿足防水、抗震等一系列要求。

實(shí)際施工中封端需挖除核心土，掌子面土體垂直暴露，極易出現(xiàn)失穩(wěn)情況。在封端施工過(guò)程中必須遵循“快、序、牢”的原則，即快速封閉、順序施工、結(jié)構(gòu)牢固。開(kāi)挖前準(zhǔn)備充足的方木、砂袋、鋼筋、鋼管等應(yīng)急物資，以防突發(fā)情況的發(fā)生。本節(jié)以南關(guān)站2#風(fēng)道一層導(dǎo)洞封端為例進(jìn)行分析。

2.2.1 巖土體穩(wěn)定時(shí)的封端

在Ⅳ級(jí)圍巖段（泥巖），土體穩(wěn)定性好，正常開(kāi)挖過(guò)程中未出現(xiàn)砂層，掌子面及拱頂土體不易滑脫、掉落且土體中含水量低，采用了一般永久性封端施工。封端時(shí)需一氣呵成，整個(gè)施工過(guò)程中不能有停頓。若開(kāi)挖核心土過(guò)程消耗時(shí)間較長(zhǎng)或土體發(fā)生不穩(wěn)定變形時(shí)，開(kāi)挖核心土后掛鋼筋網(wǎng)片并噴射混凝土進(jìn)行封閉。穩(wěn)定土體的封端順序?yàn)椋荷吓_(tái)階完成最后一榀開(kāi)挖并進(jìn)行格柵支護(hù)，格柵與縱向連接筋通過(guò)L形鋼筋搭接焊接；上臺(tái)階核心土開(kāi)挖，安裝封端格柵，格柵間焊接連接鋼筋，連接鋼筋與最后一榀格柵通過(guò)L形鋼筋搭焊；上臺(tái)階注漿導(dǎo)管打設(shè)，注漿導(dǎo)管與格柵焊接，噴射混凝土，待混凝土強(qiáng)度滿足既定要求后進(jìn)行注漿加固；最后進(jìn)行下臺(tái)階封端，其方法與上臺(tái)階封端方法一致。

2.2.2 巖土體不穩(wěn)定時(shí)的封端

施工永久性封端時(shí)，2#風(fēng)道第1層導(dǎo)洞遇到了黏土層中夾有砂層的情況。若按上述方法封端，需要開(kāi)挖核心土且封端格柵多，故封閉時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。為了保證掌子面穩(wěn)定，減少封端時(shí)掌子面暴露面積和時(shí)間，采用分部完成封端的施工方法。開(kāi)挖至最后一榀格柵時(shí)，先正常安裝外圍風(fēng)道格柵，保留核心土。完成外圍格柵混凝土噴錨后，依次開(kāi)挖并安裝每節(jié)封端格柵。每完成一節(jié)格柵安裝并噴錨后，待混凝土初凝后開(kāi)挖并安裝下一節(jié)格柵，依次完成全部格柵安裝。下臺(tái)階封端時(shí)先開(kāi)挖兩側(cè)，完成外圍格柵安裝。依次開(kāi)挖并依上述步驟分別安裝內(nèi)部格柵及仰拱格柵，直至完成全部封端施工。該方法施工用時(shí)長(zhǎng)，但可有效保證開(kāi)挖及格柵安裝時(shí)的掌子面穩(wěn)定。

2.2.3 巖土體極不穩(wěn)定時(shí)的封端

在風(fēng)道封端施工時(shí)，局部出現(xiàn)了揭露的土體極不穩(wěn)定、含水率很高的情況，即便采用分節(jié)開(kāi)挖仍會(huì)出現(xiàn)封端背后土體坍落情況。此種情況下，掌子面土體穩(wěn)定性控制難度大，前方巖土體將在短時(shí)間內(nèi)將已經(jīng)封閉完成的格柵砸壓變形。此時(shí)在分節(jié)支護(hù)的前提下，繼續(xù)通過(guò)加固處理來(lái)保證封端的順利推進(jìn)。為減少封端背后的土體坍落風(fēng)險(xiǎn)，在安裝完一節(jié)格柵后，在格柵底層主筋上方打設(shè)注漿導(dǎo)管，此時(shí)土體還極易失穩(wěn)，應(yīng)先噴射混凝土，再打設(shè)密排注漿導(dǎo)管。該注漿導(dǎo)管間距宜控制在10～15 cm，通過(guò)導(dǎo)管連接封端結(jié)構(gòu)與背后土體，形成棚護(hù)結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場(chǎng)情況如圖4所示。

圖4 巖土體極不穩(wěn)定時(shí)的封端現(xiàn)場(chǎng)

大量的地鐵施工均為淺埋，加之城市交通繁忙，地面若發(fā)生塌陷，將會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的后果。整個(gè)封端過(guò)程必須要穩(wěn)中求快。

2.3 暗挖地鐵車(chē)站導(dǎo)洞封端施工經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

長(zhǎng)春地鐵南關(guān)站于2016年12月完成全部主體結(jié)構(gòu)施工，并于2018年6月正式通車(chē)運(yùn)行。施工過(guò)程中的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)和建成后的使用情況均表明，本文提出的暗挖地鐵車(chē)站導(dǎo)洞的臨時(shí)性和永久性封端方法，在施工中能夠及時(shí)控制襯砌結(jié)構(gòu)變形，在正式運(yùn)營(yíng)后也保證了永久性封端結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

通過(guò)這一實(shí)際施工的成功案例，總結(jié)了暗挖地鐵車(chē)站導(dǎo)洞封端施工的經(jīng)驗(yàn)：

1）暗挖地鐵車(chē)站導(dǎo)洞的封端施工隨著不同的地質(zhì)條件變化及不同的施工需要，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況調(diào)整封端方式，其根本原則是穩(wěn)固封端處土體。在含有砂層的地質(zhì)中，在封端前進(jìn)行注漿加固可以起到很好的效果。

2）若遇到土體失衡、大量背后土體涌出現(xiàn)象時(shí)，有效的方法是采取反向壓力法，即使用方木支撐已經(jīng)完成封端的格柵，向涌土部位堆壓砂袋，以補(bǔ)充損失的土體應(yīng)力，在砂袋表面噴射混凝土加固。待涌土現(xiàn)象停止后可向掌子面打管注漿，處理穩(wěn)妥后方可進(jìn)行下一次的封端。封端完成后到二次襯砌或破除均有一定的放置時(shí)間，這段時(shí)間里要密切觀察封端的結(jié)構(gòu)變化，遇結(jié)構(gòu)變形時(shí)應(yīng)立即進(jìn)行加固處理。

3 結(jié)語(yǔ)

本文首次對(duì)暗挖地鐵車(chē)站導(dǎo)洞封端施工方法進(jìn)行了全面探討，以長(zhǎng)春地鐵2號(hào)線南關(guān)站為例，對(duì)穩(wěn)定巖體和不穩(wěn)定巖體的車(chē)站主體導(dǎo)洞的臨時(shí)性封端和永久性封端施工進(jìn)行分類(lèi)研究，解決了暗挖地鐵車(chē)站導(dǎo)洞封端施工穩(wěn)定性控制困難的問(wèn)題。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，臨時(shí)性封端因面臨的情況復(fù)雜，需靈活按照現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行封端施工設(shè)計(jì)，根據(jù)南關(guān)站的具體情況，提出了臨時(shí)性封端的具體方法。同時(shí)，永久性封端需要考慮與設(shè)計(jì)年限相對(duì)應(yīng)的封端工藝，本文亦對(duì)其進(jìn)行了詳細(xì)探討。根據(jù)施工階段現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)和后期的使用效果可知，此封端施工方法滿足工程要求，可為類(lèi)似工程提供參考。