基于蓋挖聯(lián)合管幕技術(shù)的頂板暗筑施工*

吳 浩

(中鐵七局集團(tuán)西安鐵路工程有限公司，陜西 西安 710032)

0 引言

目前，地鐵車站施工主要采用明挖法、暗挖法、蓋挖法、管幕法和盾構(gòu)綜合法等[1-3]。這些施工方法在不同條件下的應(yīng)用各有優(yōu)劣[4-5]。在繁華的城市中心，地鐵車站建造受限因素較多，如地面重要建筑須嚴(yán)格控制施工引起的地表沉降、地下既有管線較多且部分不可破壞、地面交通繁忙不可過度圍擋等問題，現(xiàn)有施工方法不能很好地適用于部分復(fù)雜的工程條件。文獻(xiàn)[6-7]提出蓋挖聯(lián)合管幕的地鐵車站施工技術(shù)，可較好地解決上述問題，但文獻(xiàn)[6]未對(duì)管幕下方頂板暗筑施工做明確說明。因此，本文以文獻(xiàn)[6]中的蓋挖聯(lián)合管幕施工技術(shù)為背景，在考慮暗挖地層復(fù)雜程度的條件下，從施工安全風(fēng)險(xiǎn)、工期、質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)的角度對(duì)頂板暗筑施工方案進(jìn)行比選。

1 頂板暗筑施工方案

針對(duì)蓋挖聯(lián)合管幕工法中管幕下方頂板暗筑施工，提出3種施工方案。方案1為平頂板橫向?qū)Ф词┕?，方?為拱形頂板橫縱向?qū)Ф词┕?，方?為平頂板橫縱向?qū)Ф词┕ぁ?種方案對(duì)應(yīng)的工后車站橫斷面如圖1所示，沿車站縱向截面如圖2所示。

圖1 頂板暗筑方案車站工后橫斷面

圖2 頂板暗筑方案沿車站縱向截面

1)方案1

方案1施工工序如圖3所示。A，B型導(dǎo)洞交接位置為預(yù)留柱，其頂部為柱頂節(jié)點(diǎn)。管幕結(jié)構(gòu)施工后，定位A型導(dǎo)洞兩側(cè)預(yù)留柱(即不破除此部位地下連續(xù)墻)，并擴(kuò)鑿該位置管幕結(jié)構(gòu)與地下連續(xù)墻連接處，露出地下連續(xù)墻鋼筋，得到柱頂節(jié)點(diǎn)凹槽；在柱頂節(jié)點(diǎn)凹槽處加筋，澆筑混凝土，完成柱頂節(jié)點(diǎn)施工。

圖3 方案1施工工序

方案1主要施工過程為：①鑿除地下連續(xù)墻施工管幕結(jié)構(gòu)，并在管幕結(jié)構(gòu)空隙填充微膨脹混凝土；②定位鋼管柱節(jié)點(diǎn)范圍內(nèi)的A型導(dǎo)洞，破除A型導(dǎo)洞上半部分對(duì)應(yīng)的地下連續(xù)墻，開挖上半部分土體，施作上半部分初期支護(hù)；③開槽開挖至A型導(dǎo)洞底部，破除A型導(dǎo)洞下半部分對(duì)應(yīng)的地下連續(xù)墻，開挖下半部分土體，施作下半部分初期支護(hù)，完成A型導(dǎo)洞的初期支護(hù)封閉；④定位B型導(dǎo)洞，破除B型導(dǎo)洞上半部分對(duì)應(yīng)的地下連續(xù)墻，開挖上半部分土體，施作上半部分初期支護(hù)；⑤破除B型導(dǎo)洞下半部分對(duì)應(yīng)的地下連續(xù)墻，開挖下半部分土體，施作下半部分初期支護(hù)，完成B型導(dǎo)洞的初期支護(hù)封閉；⑥施作A型導(dǎo)洞范圍內(nèi)的臨時(shí)支撐和模板，然后進(jìn)行縱梁和A型導(dǎo)洞范圍內(nèi)的右線暗筑頂板施工；⑦完成B型導(dǎo)洞范圍內(nèi)的右線暗筑頂板施工；⑧待右線暗筑頂板強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求后，拆除臨時(shí)鋼支撐，暗筑頂板施工完畢。

2)方案2

方案2施工工序如圖4所示。主要施工過程為：①施工橫向管幕結(jié)構(gòu)，分臺(tái)階開挖橫通道，自橫通道施工縱向先行導(dǎo)洞超前支護(hù)，并注漿加固地層；②自橫通道破除初期支護(hù)進(jìn)洞，采用臺(tái)階法開挖先行導(dǎo)洞1并施作初期支護(hù)，施工導(dǎo)洞2縱向管幕；③在導(dǎo)洞1施工條形基礎(chǔ)，同時(shí)施工頂板在導(dǎo)洞1范圍內(nèi)的拱頂初期支護(hù)，利用噴射混凝土填充拱頂初期支護(hù)與導(dǎo)洞1間的空隙；④開挖導(dǎo)洞2，鑿除導(dǎo)洞2范圍內(nèi)中部地下連續(xù)墻，封閉頂板導(dǎo)洞范圍初期支護(hù)；⑤沿車站縱向分段后退拆除導(dǎo)洞1在頂板范圍內(nèi)的初期支護(hù)(每段≤1個(gè)柱跨)；⑥完成拱形頂板主體結(jié)構(gòu)施工。

圖4 方案2施工工序

3)方案3

方案3施工工序如圖5所示。主要施工過程為：①施工橫通道超前管幕，分臺(tái)階完成橫通道暗挖施工，自橫通道施工先行導(dǎo)洞超前支護(hù)，并注漿加固地層；②自橫通道破除初期支護(hù)進(jìn)洞，采用臺(tái)階法開挖先行導(dǎo)洞1并施作初期支護(hù)，施作地基加強(qiáng)鋼管柱；③分段鑿除導(dǎo)洞1底部部分初期支護(hù)，施作地下連續(xù)墻冠梁，同時(shí)施作導(dǎo)洞1范圍內(nèi)頂板結(jié)構(gòu)；④分段完成橫向管幕施工，施工管幕與頂板間支墩，用素混凝土填充頂板與初期支護(hù)間的空隙；⑤完成導(dǎo)洞2部分土體開挖；⑥后退鑿除部分初期支護(hù)，完成導(dǎo)洞2內(nèi)部頂板結(jié)構(gòu)施工。

圖5 方案3施工工序

2 施工安全風(fēng)險(xiǎn)對(duì)比

頂板暗筑施工安全風(fēng)險(xiǎn)源及各方案風(fēng)險(xiǎn)性如表1所示。

表1 頂板暗筑施工安全風(fēng)險(xiǎn)源及各方案風(fēng)險(xiǎn)性

對(duì)于安全風(fēng)險(xiǎn)源1，方案1主要暗挖地層為中粗砂層，方案2，3主要暗挖地層為中粗砂、淤泥質(zhì)中粗砂及粉質(zhì)黏土層，后者開挖地層更復(fù)雜，開挖需面臨更多未知風(fēng)險(xiǎn)。

對(duì)于安全風(fēng)險(xiǎn)源2，3，方案1中橫向?qū)Ф囱剀囌究v向滿布，采取間隔跳挖施工的風(fēng)險(xiǎn)仍比方案2，3大；但就暗挖洞室寬度來說，方案1，2，3的寬度分別為5.5，9.3，7.6m，此時(shí)方案1風(fēng)險(xiǎn)最小。

對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)源4，方案2，3在施工橫通道時(shí)，需破除前一循環(huán)施工的縱向?qū)Ф闯跗谥ёo(hù)，會(huì)因突然削弱支撐引起局部坍塌，而方案1則無此風(fēng)險(xiǎn)。

對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)源5，方案2，3的縱向通道開挖分兩部分，兩部分之間很難快速形成封閉止水，而方案1無縱向?qū)Ф?，橫向?qū)Ф瓷戏接晒苣唤Y(jié)構(gòu)形成封閉止水。

綜上所述，可確定方案1的施工安全風(fēng)險(xiǎn)最低，可選用方案1作為右線暗筑頂板施工方案。

3 施工工期及質(zhì)量對(duì)比

基于工期、質(zhì)量和防水對(duì)右線暗筑頂板施工的3種方案進(jìn)行比選。各方案施工頂板的質(zhì)量和防水情況對(duì)比如表2所示，施工工期影響對(duì)比如表3所示。

表3 頂板暗筑方案工期影響

由表2，3可知，暗筑頂板施工方案中，方案1施工工序最簡(jiǎn)單，工期最短，且預(yù)期達(dá)成的施工質(zhì)量和防水也最優(yōu)，故在本節(jié)中宜選用方案1作為頂板暗筑施工方案。

表2 頂板暗筑方案質(zhì)量和防水情況對(duì)比

4 方案造價(jià)對(duì)比

通過前文對(duì)各施工方案的描述可知，相比方案2，3，方案1的最大經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)在于無需進(jìn)行MJS地層加固施工，保守估計(jì)方案2，3的MJS加固工程量約7 000m3，工程費(fèi)用1 380萬～1 520萬元；此外，方案2，3的施工橫通道高度比暗筑頂板高，需用素混凝土對(duì)橫通道進(jìn)行填充，填充量3 000～5 000m3， 工程費(fèi)用290萬～340萬元，而方案1的橫通道頂部與暗筑頂板頂部平齊，幾乎不用進(jìn)行混凝土填充；3種施工方案關(guān)于地下連續(xù)墻、管幕及暗筑頂板的施工費(fèi)用相近。暗筑頂板3種施工方案的主要措施造價(jià)對(duì)比如圖6所示。由圖6可知，方案1的工程造價(jià)最低。

圖6 暗筑頂板施工方案造價(jià)對(duì)比

綜合前文關(guān)于施工安全風(fēng)險(xiǎn)、工期及質(zhì)量的對(duì)比可知，方案1的施工安全風(fēng)險(xiǎn)最低、工期最短、質(zhì)量最佳且工程費(fèi)用最低，故可選擇方案1作為暗筑頂板的施工方案。

5 結(jié)語

本文針對(duì)地鐵車站蓋挖聯(lián)合管幕施工方法中的頂板暗筑施工，提出3種施工方案，并對(duì)3種施工方案的施工安全風(fēng)險(xiǎn)、工期、質(zhì)量和工程造價(jià)進(jìn)行對(duì)比分析，其中方案1的安全風(fēng)險(xiǎn)最低，工序最簡(jiǎn)單，工期最短，且施工質(zhì)量最佳，工程費(fèi)用最低。因此綜合比較認(rèn)為，方案1為頂板暗筑施工的最優(yōu)方案。