地鐵車(chē)站暗挖施工技術(shù)研究摘　要:以磁器口車(chē)站為例,從車(chē)站主體施工方法、砂層開(kāi)挖支護(hù)方法介紹了地鐵車(chē)站暗挖施工技術(shù),對(duì)大管棚施工、粉細(xì)砂地層加固提出了施工建議。關(guān)鍵詞:暗挖車(chē)站,超前支護(hù),管棚,粉細(xì)砂層 地鐵暗挖車(chē)站施工技術(shù)是一項(xiàng)新發(fā)展的技術(shù),地下鐵道車(chē)站常用方法多為明挖法、蓋挖法,受特殊環(huán)境限制方采用暗挖法施作,暗挖車(chē)站施工技術(shù)更為復(fù)雜。北京地鐵5號(hào)線磁器口車(chē)站采用淺埋暗挖法施工,站體大部分位于細(xì)砂、粉細(xì)砂層上,地面是交通十字路口,交通繁忙。地下有雨水管、污水管、自來(lái)水管、電力方溝、熱力管溝等地下管線設(shè)施。站體大部分位于砂層地區(qū),砂層自穩(wěn)能力差,開(kāi)挖極易坍塌而引起地面沉陷過(guò)大,甚至造成災(zāi)難性后果。因此,該車(chē)站的施工難度、風(fēng)險(xiǎn)非常大。1 工程概況1.1結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介 磁器口車(chē)站是北京地鐵5號(hào)線與規(guī)劃北京地鐵7號(hào)線的換乘站,車(chē)站全長(zhǎng)180ｍ,寬21.87ｍ,高14.933ｍ。車(chē)站建筑面積為12244.2ｍ2,車(chē)站主體覆土深度為9.8ｍ～10.3ｍ。車(chē)站為雙層島式三拱兩柱結(jié)構(gòu),車(chē)站地下一層為站廳層,預(yù)留通道實(shí)現(xiàn)與7號(hào)線換乘,地下二層為站臺(tái)層。 車(chē)站支護(hù)采用復(fù)合式襯砌,初期支護(hù)為Ｃ20噴射混凝土,厚度30ｃｍ,二次襯砌為Ｃ30、抗?jié)B等級(jí)Ｓ10的防水混凝土,最薄處厚度50ｃｍ。立柱為Ｃ40鋼管混凝土柱,站廳板、站臺(tái)板為Ｃ30普通鋼筋混凝土。1.2地層土質(zhì) 磁器口車(chē)站地層為第四系地層,表層為人工填土,人工填土層下為粉土層、粉質(zhì)粘土層、粉細(xì)砂層,車(chē)站站廳層主要位于粉細(xì)砂層。站廳層下土層為粉質(zhì)粘土層、粉土層,車(chē)站站臺(tái)層底層主要為以粉質(zhì)粘土層、粉土層為主,結(jié)構(gòu)底板主要為卵石圓礫層。2 施工方法2.1車(chē)站主體施工方法 受規(guī)劃和周邊環(huán)境限制,磁器口車(chē)站只能采用暗挖法施作。根據(jù)地層和結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),車(chē)站主體最終選定采用中洞法進(jìn)行施作。將主體劃分成16部洞室,采用ＣＲＤ法先開(kāi)挖中部8個(gè)洞室,開(kāi)挖期間各部洞室步距控制在8ｍ～10ｍ,以控制地表沉降和減少相互的影響,施工中及時(shí)封閉成環(huán)。中洞開(kāi)挖完成后,施作中洞結(jié)構(gòu),完成中洞部位的仰拱、底縱梁、鋼管柱、中縱梁、中板、頂縱梁、頂拱,形成穩(wěn)定的中洞支撐體系,然后對(duì)稱(chēng)開(kāi)挖邊洞,施作邊跨初期支護(hù)和二次襯砌,最后完成站臺(tái)板及其他建筑設(shè)施。具體施工步驟見(jiàn)圖1。2.2 砂層開(kāi)挖支護(hù)方法2.2.1超前支護(hù) 為保證開(kāi)挖中的安全,控制砂層坍塌,保護(hù)地下管線設(shè)施,采用大、小管棚進(jìn)行超前支護(hù)。 大管棚做法:管棚采用直徑108ｍｍ、壁厚5ｍｍ的無(wú)縫鋼管,管棚長(zhǎng)18ｍ,搭接3ｍ,管身上鉆6ｍｍ～8ｍｍ的孔,梅花形布置,孔距30ｃｍ。注漿選用水泥砂漿,漿液配比1∶1∶1,注漿壓力0.2ＭＰａ～0.3ＭＰａ。 小導(dǎo)管施作方法:由于拱部土體大部分為粉細(xì)砂層,小導(dǎo)管采用特殊制作。先按常規(guī)做好注漿管,導(dǎo)管采用?32ｍｍ水煤氣管制成,先將鋼管截成長(zhǎng)2.0ｍ,一端做成尖錐形,另一端焊上?6ｍｍ鋼筋制成的箍。在距頭部1.0ｍ～1.5ｍ以下每隔8ｃｍ,交叉鉆?5ｍｍ～?8ｍｍ的孔。導(dǎo)管做成后,每個(gè)孔眼進(jìn)行特殊處理,在孔眼位置擴(kuò)孔5ｍｍ,深2ｍｍ,安設(shè)封孔片,防止在導(dǎo)管打入的過(guò)程中粉細(xì)砂堵塞孔口。 注漿時(shí),在注漿的壓力下,漿液沖開(kāi)封片,使?jié){液能注入粉細(xì)砂層中。小導(dǎo)管注漿采用“注漿一段,開(kāi)挖一段,段段推進(jìn)”方式,導(dǎo)管間距33.3ｃｍ,小導(dǎo)管長(zhǎng)2.0ｍ,搭接1.5ｍ,外插角10°～15°。注漿材料選用改性水玻璃漿,水玻璃濃度一般為35Ｂｅ′,模數(shù)2.75～3.05,ｐＨ=2～4。2.2.2 洞室開(kāi)挖1)1,3,9部洞室開(kāi)挖支護(hù)。 粉細(xì)砂雖較密實(shí),但穩(wěn)定性差,掌子面易失穩(wěn)坍落,開(kāi)挖不合理則會(huì)造成大面積塌方。施工中采用上下兩步臺(tái)階開(kāi)挖,上臺(tái)階高度1.8ｍ。根據(jù)早成環(huán)的原則,同時(shí)保證掌子面穩(wěn)定和施工安全,施工中臺(tái)階長(zhǎng)度控制在2ｍ～3ｍ,格柵支立好后及時(shí)加設(shè)水平工字鋼。上臺(tái)階預(yù)留核心土,核心土長(zhǎng)度0.8ｍ～1.0ｍ,坡度1/3左右。下臺(tái)階土體保證1∶6左右坡度。輪廓拱腰處開(kāi)挖時(shí)基面輪廓為倒坡形式,下臺(tái)階施工時(shí)先掏槽開(kāi)挖,支護(hù)該處側(cè)墻,避免塌方,保證施工安全。最后再開(kāi)挖剩余土體、支護(hù)成環(huán)。2)2,4,10部洞室開(kāi)挖支護(hù)。 車(chē)站2,4,10部洞室大部分位于細(xì)砂、中粗砂層上,砂層在降水后變得非常松散,穩(wěn)定性更差,施工中先對(duì)該地層進(jìn)行側(cè)向注漿加固然后再掏槽開(kāi)挖。導(dǎo)管采用Φ32ｍｍ水煤氣管制成,鋼管長(zhǎng)1.8ｍ,在距頭部1.0ｍ以下每隔15ｃｍ交叉鉆Φ8ｍｍ的孔,導(dǎo)管間距50ｃｍ,外插角20°～30°,與鎖腳錨桿交錯(cuò)設(shè)置。注漿材料選用水泥漿或水泥水玻璃漿,水泥漿液配比采用1∶1。雙漿液水玻璃濃度一般為35Ｂｅ′,模數(shù)2.75～3.05,水泥漿為1∶1,水泥漿與水玻璃漿液配比也為1∶1,施工中采用了以上兩種漿液,水泥漿對(duì)無(wú)水地段效果較理想,雙漿液對(duì)殘余水部位堵水效果較好。由于砂層較為松散,注漿壓力在0.3ＭＰａ～0.5ＭＰａ之間。3)回填注漿。 車(chē)站開(kāi)挖后,立即噴射混凝土作為初期支護(hù),但由于施工工藝和噴射混凝土自重等原因,往往在初期支護(hù)和砂層間存在空隙。為了消除空隙引起的地表沉降,施工中在噴射混凝土?xí)r預(yù)先埋設(shè)注漿鋼管,鋼管長(zhǎng)70ｃｍ,間隔10ｃｍ打設(shè)花眼,用膠帶封口,埋入砂層30ｃｍ。埋設(shè)部位在拱頂、拱腰、拱腳、墻中等處。待噴射混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后,向預(yù)埋管內(nèi)充填水泥砂漿或水泥水玻璃漿,進(jìn)行全斷面周邊注漿。 車(chē)站洞頂部縱向每3ｍ布設(shè)一根注漿管,環(huán)向4ｍ布設(shè)一根,開(kāi)挖3ｍ～4ｍ后進(jìn)行回填注漿,注漿機(jī)械選用低壓注漿泵,注漿壓力控制在0.1ＭＰａ～0.2ＭＰａ。注漿材料為水泥漿,孔隙較大部位注水泥砂漿,注漿順序由上向下逐次進(jìn)行。3 施工技術(shù)的改進(jìn)3.1大管棚施工 在淺埋暗挖工法中,地面有建筑物,地下有各種管線等設(shè)施,采用大管棚超前支護(hù)對(duì)保護(hù)既有建筑物、控制地表下沉有較好的效果。 本站采用18ｍ長(zhǎng)管棚,直徑108ｍｍ,搭接長(zhǎng)度3ｍ,每隔15ｍ就要重新打設(shè)下一環(huán)。目前國(guó)內(nèi)外的機(jī)械一般施作高度在60ｃｍ～80ｃｍ,考慮管棚長(zhǎng)度和機(jī)械擺放,需要施作6ｍ長(zhǎng)的工作室。施作工作室時(shí),需向上挑高,以15°角計(jì)算,挑高60ｃｍ長(zhǎng)度為2.3ｍ。砂層地區(qū)上挑開(kāi)挖難度非常大,由于小導(dǎo)管仰角已經(jīng)大于15°,支護(hù)能力明顯降低。 由于施工中不斷變化格柵形式,超挖部分需用二襯混凝土回填,造成很大的人力、材料的浪費(fèi),且耗時(shí)長(zhǎng)。開(kāi)辟工作室同時(shí)造成初支背后很多轉(zhuǎn)折點(diǎn),一方面極易形成積水槽,給結(jié)構(gòu)耐久性帶來(lái)一定的影響,另一方面初支表面轉(zhuǎn)折點(diǎn)變化多,給防水層施作帶來(lái)諸多不利因素。 目前,國(guó)內(nèi)多采用直徑150ｍｍ長(zhǎng)管棚,施作30ｍ～60ｍ長(zhǎng)管棚已有很多成功經(jīng)驗(yàn),施作150ｍ亦有成功經(jīng)驗(yàn)。因此,在今后的設(shè)計(jì)和施工中,應(yīng)盡量采用60ｍ左右長(zhǎng)大管棚,減少工作室的施作。3.2粉細(xì)砂地層加固 粉細(xì)砂土層一般較為密實(shí),但自穩(wěn)能力差,無(wú)法形成自然應(yīng)力拱,易產(chǎn)生大面積坍塌,在有水的情況下更易產(chǎn)生流砂現(xiàn)象,是施工開(kāi)挖支護(hù)控制的難點(diǎn)。對(duì)于本站粉細(xì)砂層的開(kāi)挖,施工中為了保護(hù)環(huán)境,未采用有毒的化學(xué)漿液,只采取了預(yù)注酸性水玻璃加固土層的方法。將水玻璃稀釋15Ｂｅ′,加10%～20%的稀硫酸,同時(shí)加微量碳酸鈉,ｐＨ值控制在3左右。 施工前期注漿壓力采用0.3ＭＰａ～0.5ＭＰａ,固砂效果不理想,固砂體單軸抗壓強(qiáng)度達(dá)到0.15ＭＰａ。 在后期的施工中,工作面施作了30ｃｍ～40ｃｍ厚的止?jié){墻,將注漿壓力提高到0.8ＭＰａ,通過(guò)效果檢查,固砂體單軸抗壓強(qiáng)度達(dá)到0.5ＭＰａ,基本滿(mǎn)足開(kāi)挖要求,但施工中砂層剝落至小導(dǎo)管現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生,小導(dǎo)管起到了一定的支護(hù)作用。因小導(dǎo)管注漿每隔1ｍ就要施作一環(huán),工作面還需施作較厚止?jié){墻,注漿結(jié)束后還得鑿除,嚴(yán)重制約了工程進(jìn)度。 隨著長(zhǎng)管棚技術(shù)的發(fā)展,一次施作較厚止?jié){墻,提高注漿壓力,改善漿液配比,粉細(xì)砂層加固難點(diǎn)將得到較好的解決。