一次扣拱暗挖逆作法施工技術(shù)在北京大望路地鐵車站中的應(yīng)用
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胡永利1，解慶賀2，徐 磊3
（1．濟(jì)南軌道交通集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250101；2．中國建筑第八工程局有限公司，上海 200136；3．中鐵十四局集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250002）
[摘要]基于一次扣拱暗挖逆作法在北京地鐵14號線大望路站的應(yīng)用，針對一次扣拱暗挖逆作法應(yīng)用中的難點(diǎn)，對工法特點(diǎn)、主要施工步序及注意事項(xiàng)進(jìn)行簡要介紹，重點(diǎn)分析導(dǎo)洞施工步序調(diào)整對地表沉降及導(dǎo)洞位移的影響規(guī)律。實(shí)踐研究表明，一次扣拱暗挖逆作法可降低施工風(fēng)險(xiǎn)，充分利用開挖空間，保證了車站的施工質(zhì)量。
[關(guān)鍵詞]地下工程；車站；逆作法；暗挖法；施工技術(shù)
[中圖分類號]U455.3 [文章編號]1002 -8498( 2016) 09 -0102 -04
0 引言
一次扣拱暗挖逆作法（又稱一次性扣拱暗挖逆筑法、一次扣拱法）是在北京地鐵黃莊站修建中提出的一種用于修建地鐵車站的暗挖新工法。此工法可在導(dǎo)洞內(nèi)實(shí)現(xiàn)底板和頂拱的一次施作，從而較早形成由頂拱、邊樁、中柱和底板組成的穩(wěn)定受力體系，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)整個車站的逆作施工，克服傳統(tǒng)暗挖工法開挖分塊多、轉(zhuǎn)換次數(shù)多、廢棄量大、作業(yè)空間小，施工效率底、安全性差等不足。以北京地鐵14號線大望路站為工程背景，簡要介紹一次扣拱暗挖逆作法的施工流程及重點(diǎn)施工工藝。
1 工程概況
北京地鐵大望路站為地鐵14號線與既有地鐵1號線及規(guī)劃地鐵R1線的換乘車站。14號線車站與1號線車站呈L形。本車站為島式站臺，有效站臺寬度14. 1m，車站總長215. 5m，車站凈寬21. 7m，軌頂標(biāo)高13. 336m（地表標(biāo)高36. 200m）。車站共設(shè)置4個出人口、2個風(fēng)道及1個換乘通道。車站標(biāo)準(zhǔn)段主體為雙層三跨拱頂直墻結(jié)構(gòu)，采用一次扣拱暗挖逆作法施工，上導(dǎo)洞采用中隔壁法施工，下導(dǎo)洞采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工。大望路站采用南北對挖施工方式，以加快施工進(jìn)度。南側(cè)在臨時施工通道內(nèi)進(jìn)入車站雙層段主體向北施工，北側(cè)從2號風(fēng)道內(nèi)進(jìn)入車站雙層段主體向南施工。大望路站結(jié)構(gòu)橫剖面如圖1所示。
2 施工工藝流程
一次扣拱暗挖逆作法可在導(dǎo)洞內(nèi)實(shí)現(xiàn)一次扣拱，從而盡快形成由頂拱、邊樁、中柱和底板組成的豎向穩(wěn)定受力結(jié)構(gòu)，進(jìn)而安全實(shí)現(xiàn)整個車站的逆作法施工，克服了傳統(tǒng)暗挖工法開挖分塊多、轉(zhuǎn)換次數(shù)多、廢棄量大、作業(yè)空間小、施工效率低、安全性差等不足。一次扣拱暗挖逆作法主要施工步序如下。
1)在車站兩端施作豎井及橫通道，在橫通道內(nèi)采用中隔壁法和雙側(cè)壁導(dǎo)坑法形成上、下4個大導(dǎo)洞。
2)在導(dǎo)洞內(nèi)施作底縱梁及底板、邊樁、鋼管柱、頂拱，形成2個各自封閉的豎向受力結(jié)構(gòu)。
3)施作中拱拱頂初支及二襯，形成3跨頂拱，有利于下一步的逆作法施工。
4)在頂拱保護(hù)下機(jī)械開挖土體至中板板底標(biāo)高，施作站廳層的側(cè)墻及中板，中板澆筑完成后向下繼續(xù)開挖土體至車站底板，施作墊層、敷設(shè)結(jié)構(gòu)防水層后施作下部側(cè)墻及結(jié)構(gòu)底板，完成車站的主體結(jié)構(gòu)。
2.1 導(dǎo)洞施工
導(dǎo)洞施工前，需在平站2號風(fēng)道及臨時施工通道內(nèi)施作超前管棚，形成保護(hù)殼，以保障導(dǎo)洞施工安全。從2號風(fēng)道和臨時施工通道內(nèi)對向打設(shè)ɸ127mm×8mm超前管棚，管棚采用非開挖鋪管技術(shù)一次施作，間距350mm，鋼管內(nèi)灌注水泥砂漿。車站主體結(jié)構(gòu)上導(dǎo)洞及中拱的南、北兩端超前管棚長均為85m，下導(dǎo)洞的南、北兩端超前管棚長均為40m。因車站2號風(fēng)道至臨時施工通道之間的雙層段長度為161. 4m，故車站上導(dǎo)洞及中拱實(shí)現(xiàn)管棚全覆蓋，超前支護(hù)效果優(yōu)于下導(dǎo)洞。
管棚打設(shè)完成后，因車站未實(shí)現(xiàn)降水，故按先施工上導(dǎo)洞后施工下導(dǎo)洞的施工順序進(jìn)行導(dǎo)洞施工，施工過程屯嚴(yán)格按照“管超前，嚴(yán)注漿，短開挖，強(qiáng)支護(hù)，快封閉，勤量測”方針施工。
2.2邊跨豎向支撐體系施作
導(dǎo)洞施工完成后，即著手二襯施工。首先，分段破除邊跨導(dǎo)洞的中隔壁，施作防水，之后進(jìn)行邊跨底板施工。邊跨底板施工完成后，通過上導(dǎo)洞施作邊樁、鋼管柱、冠梁、頂拱。頂拱二襯模板采用分離式臺車，可加快施工進(jìn)度、保證二襯澆筑質(zhì)量。
2.3 中拱初支及剩余二襯結(jié)構(gòu)施工
當(dāng)邊跨豎向穩(wěn)定支撐體系形成后，開始中拱施工。因中拱上方土體已被擾動，故中拱初支施工時需加強(qiáng)防坍塌措施，確保施工安全。利用邊跨頂拱的臺車澆筑中跨二襯頂拱，之后進(jìn)行站廳層土體的開挖、中板及站廳層側(cè)墻的二襯施工。
站廳層結(jié)構(gòu)完成后，進(jìn)行站臺層土體的開挖、中跨底板和站臺層側(cè)墻的施工，從而完成車站雙層段的二襯施工。
3 施工注意事項(xiàng)
3.1 導(dǎo)洞施工步序優(yōu)化
一般情況下，上部地層的穩(wěn)定性比下部差，下導(dǎo)洞先行優(yōu)于上導(dǎo)洞先行。大望路站導(dǎo)洞施工原方案即采用“先下后上”的施工步序進(jìn)行開挖。若達(dá)到降水效果再進(jìn)行大望路站下層導(dǎo)洞的施工，將嚴(yán)重影響施工工期。經(jīng)分析，導(dǎo)洞亦可采用“先上后下”的施工步序，施工導(dǎo)洞原設(shè)計(jì)開挖步序與調(diào)整后的施工步序如圖2所示。
大望路站按照“先上后下”的施工步序完成導(dǎo)洞施工后，上、下導(dǎo)洞間土體仿若處于懸空狀態(tài)，為保證下導(dǎo)洞開挖安全，需在已完成上導(dǎo)洞內(nèi)采取深孔注漿措施加固上、下導(dǎo)洞間土體。
將導(dǎo)洞施工步序調(diào)整前后引起的地表沉降及導(dǎo)洞位移進(jìn)行對比分析。
1)步序調(diào)整前后地表沉降對比分析 通過模擬分析，得到不同步序施工引起的地表沉降曲線如圖3所示。
由圖3可以看出，一次扣拱暗挖逆作法導(dǎo)洞施工步序調(diào)整前后引起地表沉降差值最大為
4. 25 mm，僅占原設(shè)計(jì)步序施工引起地表相應(yīng)點(diǎn)沉降總值的4. 6%，且調(diào)整后施工步序引起的地表沉降相比于步序調(diào)整前施工引起的地表沉降略顯均勻，這與導(dǎo)洞施工步序調(diào)整前后所產(chǎn)生的群洞效應(yīng)影響不同有關(guān)。單從控制地表沉降角度考慮，此工法步序調(diào)整前后對地表沉降的影響相差不大。
2)步序調(diào)整前后導(dǎo)洞位移對比分析 提取步序調(diào)整前后施工引起導(dǎo)洞初支的最終水平位移及豎向位移，對導(dǎo)洞初支上代表節(jié)點(diǎn)位移數(shù)值進(jìn)行標(biāo)識，并以向量標(biāo)識位移方向，得出步序調(diào)整前后施工完成后的導(dǎo)洞初支水平位移和豎向位移。
步序調(diào)整后施工引起上導(dǎo)洞外圈初支水平位移相比于原設(shè)計(jì)步序除上導(dǎo)洞相鄰段外均有降低，但上導(dǎo)洞相鄰段外圈初支及中隔壁水平位移有所增大，而下導(dǎo)洞外圈初支及中隔壁水平位移相比于原設(shè)計(jì)施工步序均有不同程度減小。
調(diào)整步序后施工引起上導(dǎo)洞外圈初支沉降相比于原設(shè)計(jì)步序除上導(dǎo)洞拱頂及相鄰段外均有降低，但上導(dǎo)洞拱頂及相鄰段初支沉降略有增大，而下導(dǎo)洞外圈初支及中隔壁沉降相比于原設(shè)計(jì)施工步序均有不同程度減小。
原設(shè)計(jì)施工步序上導(dǎo)洞外圈初支位移較大是因?yàn)橄聦?dǎo)洞先行開挖擾動了上導(dǎo)洞所處地層，由于后續(xù)的上導(dǎo)洞施工對周圍地層的二次擾動致使原設(shè)計(jì)施工步序上導(dǎo)洞外圈初支位移較大。而調(diào)整施工步序后上導(dǎo)洞先行施工初次擾動周圍土體，土體初次應(yīng)力釋放致使上導(dǎo)洞中隔壁受力較大，因上導(dǎo)洞所處土體水平應(yīng)力釋放大于豎向應(yīng)力，造成步序調(diào)整后上導(dǎo)洞中隔壁水平位移增大、沉降位移減小。步序調(diào)整后上導(dǎo)洞相鄰段位移增大，這是由于上導(dǎo)洞間距較小，上導(dǎo)洞間上方土體因?qū)Ф闯醮螒?yīng)力釋放作用于上導(dǎo)洞相鄰段初支，使其初支承受一
個斜向下的土壓力，進(jìn)而導(dǎo)致調(diào)整后上導(dǎo)洞相鄰段外圈初支乃至拱頂位移較大。步序調(diào)整后下導(dǎo)洞初支及中隔壁位移均不同程度減小是因?yàn)樯蠈?dǎo)洞初支先行施作完成，已引起下層導(dǎo)洞所處周圍土體一定程度的應(yīng)力釋放，且兩上層導(dǎo)洞初支凈距較小可形成一個擴(kuò)大的拱來保護(hù)下導(dǎo)洞，加之上導(dǎo)洞初支本身的隔離作用，使得作用于下層導(dǎo)洞初支上的土壓力減小，從而導(dǎo)致步序調(diào)整后下導(dǎo)洞外圈初支及中隔壁位移均不同程度減小。
經(jīng)模擬分析，可知采用一次扣拱暗挖逆作法調(diào)整步序后進(jìn)行施工引起的路面沉降與原設(shè)計(jì)施工步序相差不大，調(diào)整步序后施工引起的導(dǎo)洞初支位移多有減小，故得出一次扣拱暗挖逆作法可采用調(diào)整后步序進(jìn)行施工的結(jié)論。
3.2受力轉(zhuǎn)換
車站二襯結(jié)構(gòu)施工中，受力轉(zhuǎn)換對保證結(jié)構(gòu)安全、控制管線及地表沉降作用很大，故必須重視施工過程中的受力轉(zhuǎn)換。二襯結(jié)構(gòu)施工前，需研究確定中隔壁破除方案，在加快施工進(jìn)度與控制地面沉降之間尋求理想的處理方案。中隔壁破除時需保留一定長度的中隔壁作為支撐柱，中隔壁破除段高度以實(shí)現(xiàn)底板施工為宜，在二襯底板與中隔壁間澆筑形成支撐柱后進(jìn)行剩余中隔壁的破除及底板施工。
3.3 防水工程
防水工程重在難點(diǎn)部位的防水處理，尤其是施工縫及變形縫等部位的防水處理。對于如大望路站的三跨拱頂直墻結(jié)構(gòu)，中拱與邊拱相交處因呈“凹”形易積水，加之該處防水恰在施工縫處，二襯結(jié)構(gòu)完成后極易漏水，故保證中拱與邊拱連接處防水質(zhì)量是防水工程的重難點(diǎn)，需高度重視。
因頂縱梁初支結(jié)構(gòu)在防水施作完后，二襯扣拱時還需破除部分初支。為確保防水板不因初支破除而破壞，在邊拱防水施工時，采用厚木板作為臨時保護(hù)板保護(hù)柔性防水層。頂縱梁處防水構(gòu)造如圖4所示。
3.4模板工程
3.4.1分離式臺車應(yīng)用
車站二襯頂拱采用分離式臺車施工。因大望路站上導(dǎo)洞內(nèi)有中隔壁，頂拱二襯施工時整體臺車必須在中隔壁破除后才可行進(jìn)，但這會增大結(jié)構(gòu)沉降、不利于施工安全，而分離式臺車因其頂板可分離，遇中隔壁可分塊行進(jìn)，至預(yù)定地點(diǎn)再重新連接成整體，從而實(shí)現(xiàn)跳模施工，避免大范圍破除中隔壁，達(dá)到降低施工風(fēng)險(xiǎn)、提高施工效率的目的。因大望路站先施工邊跨頂拱，且邊拱和中拱弧度相同，故分離式臺車僅加工2臺，先滿足2個邊拱的施工。待邊跨二襯頂拱完成后，再將臺車稍加改裝后用于中拱二襯的施工。邊拱及中拱分離式臺車如圖5所示。
3.4.2 中板及側(cè)墻模板
為保證中板美觀，中板采用木模板施工，即當(dāng)土方開挖至中板板底標(biāo)高時，按照中板底面形狀施作墊層，再在墊層上鋪設(shè)木模板作為中板的底模，然后進(jìn)行中板鋼筋綁扎、混凝土澆筑。中板施工雖可借助土模施工，但根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，土模形成的中板底面美觀度不及木模板。大望路站站臺層土方開挖完成后，證明中板澆筑效果良好，達(dá)到預(yù)期目的。類似工程施工，可綜合考慮施工經(jīng)驗(yàn)、成本、進(jìn)度、質(zhì)量后確定中板的模板施工方案。
為保證二襯側(cè)墻的平整度，大望路站采用鋼模板施工。側(cè)墻混凝土在中樓板混凝土澆筑完成后施工，側(cè)墻模板采用8015鋼模板、地錨結(jié)合腳手架斜撐體系完成。為保證鋼模板間的銜接，可在鋼模板邊緣處粘貼雙面膠，進(jìn)而改善側(cè)墻澆筑效果。
3.5混凝土工程
混凝土澆筑效果直接決定整體形象，做到內(nèi)實(shí)外美非常重要�；炷凉こ淌紫刃璞ＷC混凝土配合比一致，如不同混凝土攪拌運(yùn)輸車的混凝土含水量不同，將導(dǎo)致混凝土色澤不一，模板拆除后整體效果很差。因此，混凝土廠家的資質(zhì)必須核查，混凝土廠家所承接的以往工程需要調(diào)研，施工過程中對混凝土廠家也需制定獎懲措施，并做好施工過程中混凝土的試驗(yàn)工作，切實(shí)保證混凝土合格穩(wěn)定。
因地下工程混凝土常有大體積混凝土澆筑，需研究確定混凝土澆筑方案，優(yōu)化施工組織，以防因澆筑方案不佳產(chǎn)生施工冷縫等影響混凝土質(zhì)量的問題�；炷翝仓^程中也應(yīng)加強(qiáng)振搗，確�；炷凉こ虄�(nèi)實(shí)外美。
4結(jié)語
在北京地鐵大望路車站中應(yīng)用一次扣拱暗挖逆作法，實(shí)踐表明，暗挖導(dǎo)洞內(nèi)豎向穩(wěn)定支撐體系一次成型，有效地減少了結(jié)構(gòu)施工期間的受力轉(zhuǎn)換次數(shù)，將十字交叉節(jié)點(diǎn)簡化為平面受力問題，降低施工風(fēng)險(xiǎn)；施工工序較少，臨時結(jié)構(gòu)鑿除量較少，開挖空間得到了充分利用；導(dǎo)洞內(nèi)作業(yè)空間較大，工作環(huán)境好，保證了車站的施工質(zhì)量。
