地鐵特大風(fēng)道進(jìn)主體暗挖施工轉(zhuǎn)換技術(shù)摘要北京地鐵黃莊站是目前國內(nèi)最大的一次性暗挖車站,車站南北端風(fēng)道是北京地鐵中最大的風(fēng)道。由風(fēng)道進(jìn)入車站主體施工,受力轉(zhuǎn)換工序是關(guān)系結(jié)構(gòu)安全、質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。詳細(xì)介紹了黃莊站特大風(fēng)道進(jìn)主體暗挖施工時(shí)采取增加結(jié)構(gòu)整體性和開口加強(qiáng)的措施、受力轉(zhuǎn)換技術(shù),提出了施工中質(zhì)量、安全控制要點(diǎn)。關(guān)鍵詞地鐵風(fēng)道主體導(dǎo)洞加強(qiáng)環(huán)梁受力轉(zhuǎn)換1 工程概述 北京地鐵黃莊站位于海淀區(qū)中關(guān)村大街與知春路、海淀南路的十字交叉路口處,為四號(hào)線和十號(hào)線的交叉換乘車站,建筑面積25000m2,是目前國內(nèi)最大的一次性暗挖車站。四號(hào)線車站主體雙層暗挖段施工通過南北兩端的風(fēng)道進(jìn)行,風(fēng)道尺寸為12.96m(寬)19.574m(高),是目前北京地鐵最大斷面的風(fēng)道,在風(fēng)道施工完成后,即轉(zhuǎn)入四號(hào)線車站主體68m雙層暗挖段施工。風(fēng)道與四號(hào)線車站主體洞口關(guān)系見圖1。 四號(hào)線車站主體雙層段為暗挖的三連拱的兩層三跨結(jié)構(gòu),開挖總寬度為26.4m。兩側(cè)拱采用上、下四導(dǎo)洞的洞樁(柱)法施工。施工導(dǎo)洞初期支護(hù)均為馬蹄形暗挖結(jié)構(gòu),導(dǎo)洞開挖斷面為10.82m5.97m,車站上下施工導(dǎo)洞拱頂覆土厚分別為7.1m和18.0m。車站上下施工導(dǎo)洞地質(zhì)分別為粉質(zhì)黏土和卵石層。拱頂主要有600承插鑄鐵上水管,3001000雨污水管5條,地面車流量大。2 施工風(fēng)險(xiǎn)分析及其對(duì)策 首先,由于風(fēng)道高度近20m,主體導(dǎo)洞開口施工時(shí),需要破除的初期支護(hù)面積比較大,在風(fēng)道二次襯砌施作之前直接破除馬頭門,將土體側(cè)壓力等外力釋放,受力轉(zhuǎn)換施工是地鐵淺埋暗挖施工的特殊工序,如不采取加固措施,風(fēng)險(xiǎn)極大。其次,上導(dǎo)洞拱頂距離地面覆土較淺,且對(duì)管線保護(hù)要求高,下導(dǎo)洞拱頂處于卵石層上,極易塌方,需要采取切實(shí)可行的超前支護(hù)措施。第三,由于多導(dǎo)洞開挖,容易產(chǎn)生群洞效應(yīng),對(duì)控制地表沉降不利。 鑒于以上原因,在施工中采取的對(duì)策是:第一,在風(fēng)道內(nèi)施作加強(qiáng)環(huán)梁,進(jìn)行受力轉(zhuǎn)換;第二,上、下導(dǎo)洞均打設(shè)159大管棚與42小導(dǎo)管進(jìn)行超前支護(hù),并在下導(dǎo)洞卵石層進(jìn)行超前支護(hù)時(shí)配合注改性水玻璃漿,以杜絕塌方,保證路面和管線的安全。第三,采取科學(xué)有效的施工順序和步距,減小沉降。第四,加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè),以信息化手段指導(dǎo)施工。3 風(fēng)道進(jìn)主體受力轉(zhuǎn)換施工技術(shù) 在風(fēng)道開挖封端施工完成后進(jìn)行主體開口施工,通過采用超前支護(hù)及設(shè)置加強(qiáng)環(huán)梁等措施,確保風(fēng)道在二襯結(jié)構(gòu)未施作的情況下開口和受力轉(zhuǎn)換的安全,四號(hào)線車站主體開口施工流程見圖2。3.1 土體超前預(yù)支護(hù)3.1.1 超前管棚 沿主體上、下導(dǎo)洞初支拱部設(shè)置超前管棚,管棚選159熱軋鋼管,t=8mm,間距400mm,上導(dǎo)洞采用非開挖鋪管技術(shù)一次施作68m,下導(dǎo)洞采用螺旋鉆施打18m,鋼管內(nèi)灌筑水泥砂漿。3.1.2 超前小導(dǎo)管 管棚間采用小導(dǎo)管周壁預(yù)注漿,小導(dǎo)管選用32的熱軋鋼管,t=3.25mm,長度2.5m,外插角510,環(huán)向間距0.4m。注漿漿液根據(jù)地層情況選用,尤其在卵石層,采用注改性水玻璃漿液,注漿壓力控制在0.40.6MPa,具體超前支護(hù)如圖3所示。3.2 施作加強(qiáng)環(huán) 待車站主體159管棚和超前小導(dǎo)管施作完成后,在風(fēng)道內(nèi)設(shè)置寬100cm、厚50cm的加強(qiáng)環(huán)梁,加強(qiáng)環(huán)梁的鋼筋與管棚、小導(dǎo)管外露50cm部分連成整體,噴射混凝土以增加剛度。為加快施工進(jìn)度,首先封閉下面兩導(dǎo)洞加強(qiáng)環(huán)梁后,進(jìn)行導(dǎo)洞一、二的開口轉(zhuǎn)換施工;再封閉上面兩導(dǎo)洞加強(qiáng)環(huán)梁,全部加強(qiáng)環(huán)梁施工完成后,進(jìn)行上面兩導(dǎo)洞開口轉(zhuǎn)換施工。施工時(shí)分段破除風(fēng)道初襯輪廓,留置鋼格柵,將環(huán)梁主筋從鋼格柵穿過并錨固在一起,噴射混凝土進(jìn)行封閉,依次破除初襯另一段輪廓直到整個(gè)馬頭門輪廓完成,加強(qiáng)環(huán)結(jié)構(gòu)見圖4。通過馬頭門加強(qiáng)環(huán)的施作,將導(dǎo)洞一與導(dǎo)洞二、導(dǎo)洞三與導(dǎo)洞四連為一體,各個(gè)導(dǎo)洞變?yōu)橐粋€(gè)受力整體。從圖4可以看出,上、下導(dǎo)洞通過格柵錨筋與風(fēng)道、主體進(jìn)洞拱部加強(qiáng)環(huán)梁聯(lián)結(jié)為一個(gè)整體,從而保證了破除馬頭門時(shí)結(jié)構(gòu)的整體性和穩(wěn)定性。4 車站主體開口轉(zhuǎn)換施工 四號(hào)線主體先開挖下導(dǎo)洞后開挖上導(dǎo)洞,主體開口待風(fēng)道管棚及正洞加強(qiáng)環(huán)梁施作結(jié)束后進(jìn)行。上導(dǎo)洞采用CRD法施工,下導(dǎo)洞采用雙側(cè)壁導(dǎo)洞法施工,上、下導(dǎo)洞均以臺(tái)階法施工為基礎(chǔ)進(jìn)行。主體開挖斷面為10.820m7.972m,上導(dǎo)洞分4部、下導(dǎo)洞分3部進(jìn)行施工,如圖5所示。4.1 主體開挖輪廓定位放樣 由測(cè)量班準(zhǔn)確定位主體導(dǎo)洞開挖輪廓線。4.2 拆除風(fēng)道初支面 首先注漿加固地層,破除風(fēng)道靠主體側(cè)邊墻格柵部位的支護(hù)結(jié)構(gòu),破除寬度按50cm進(jìn)行,安裝主體第一榀格柵及鎖腳錨管并噴混凝土支護(hù),再拆除該部位主體掌子面其余支護(hù)結(jié)構(gòu)。4.3 主體第一榀格柵施工 第一榀格柵安裝時(shí)應(yīng)與風(fēng)道預(yù)埋主筋焊接,確保焊接長度,格柵安裝完畢后及時(shí)噴射混凝土支護(hù)。4.4 確保掌子面土體穩(wěn)定 在掌子面支護(hù)結(jié)構(gòu)破除后,第二榀鋼格柵開挖安裝前,掌子面部位土體先采用素噴混凝土封閉,確保土層穩(wěn)定。4.5 開挖工法 一、二導(dǎo)洞采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工。部采用上下臺(tái)階法施工,臺(tái)階寬度23m,高度為格柵節(jié)點(diǎn)高度。由于導(dǎo)洞開挖高度近6m,為保證上臺(tái)階作業(yè),上臺(tái)階采用預(yù)留核心土法施工,核心土尺寸:寬度高度=1m1.5m,先開挖周邊土體安裝拱部格柵,開挖進(jìn)尺按每榀50cm,格柵安裝完畢,及時(shí)噴射混凝土支護(hù)封閉,根據(jù)地層情況進(jìn)行小導(dǎo)管注漿作業(yè)。三、四導(dǎo)洞采用CRD工法施工,施工中按照編號(hào)14的順序施工。4.6 施工順序 以四號(hào)線導(dǎo)洞開挖斷面(圖3)為例作一介紹。 第一步:初期支護(hù)及地層加固后,先后開挖1、2號(hào)導(dǎo)洞土體,施作初期支護(hù)及鎖腳錨桿。 第二步:繼續(xù)開挖3、4號(hào)導(dǎo)洞土體并進(jìn)行初期支護(hù)。1、3導(dǎo)洞,2、4導(dǎo)洞,3、4導(dǎo)洞之間縱向步距1218m。再先后開挖5、6導(dǎo)洞,施作初期支護(hù),完成下導(dǎo)洞施工。3、5導(dǎo)洞,4、6導(dǎo)洞縱向步距錯(cuò)開1218m。 第三步:上導(dǎo)洞開挖按照714的順序施工(見圖3),施工縱向步距類似下導(dǎo)洞,原則是上、下,左、右導(dǎo)洞的步距控制在1218m。5 監(jiān)控量測(cè) 監(jiān)控量測(cè)是保證施工安全的重要環(huán)節(jié),通過監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)可以分析確認(rèn)圍巖的穩(wěn)定性,監(jiān)測(cè)風(fēng)道和導(dǎo)洞初期支護(hù)結(jié)構(gòu)受力變形情況,通過監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的反饋信息及時(shí)調(diào)整支護(hù)參數(shù)和施工方案,控制并減少沉降,避免造成地面塌陷和管線損壞,保證施工安全又可科學(xué)地加快施工進(jìn)度。下面以風(fēng)道監(jiān)測(cè)為例說明(見圖6)。5.1 量測(cè)項(xiàng)目 (1)地表下沉;(2)拱頂下沉;(3)凈空水平收斂;(4)格柵鋼筋應(yīng)力應(yīng)變;(5)圍巖接觸壓力;(6)格柵支撐軸力;(7)管線的沉降。5.2 監(jiān)測(cè)儀器 精密水準(zhǔn)儀,收斂計(jì),鋼筋計(jì),軸力計(jì),壓力盒等量測(cè)儀器。5.3 監(jiān)測(cè)地表沉降基準(zhǔn)值(見表1)6 施工中質(zhì)量安全控制要點(diǎn) (1)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)受力轉(zhuǎn)換時(shí)的監(jiān)測(cè),及時(shí)反饋信息,由監(jiān)測(cè)反饋信息指導(dǎo)施工,做到信息正常,嚴(yán)密監(jiān)測(cè);信息反常,即刻采取應(yīng)對(duì)措施。 (2)嚴(yán)格遵循淺埋暗挖“管超前、嚴(yán)注漿、短開挖、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測(cè)”十八字方針。 (3)嚴(yán)格控制各導(dǎo)洞開挖步距及各部工作面間隔距離,避免出現(xiàn)群洞效應(yīng)。如果導(dǎo)洞間工作面齊頭并進(jìn),會(huì)造成多個(gè)導(dǎo)洞的應(yīng)力和沉降疊加,加大地表沉降,危及地面管線安全。根據(jù)施工中的經(jīng)驗(yàn),各導(dǎo)洞間工作面的合理距離應(yīng)控制在1218m。 (4)為了減小地面沉降,導(dǎo)洞暗挖施工中,重點(diǎn)采取及時(shí)打設(shè)鎖腳錨桿,格柵底部鋪木板增加受力面,及時(shí)進(jìn)行拱背回填注漿等加強(qiáng)措施。 (5)格柵結(jié)點(diǎn)板處是初支結(jié)構(gòu)受力的薄弱環(huán)節(jié),連接筋的焊接質(zhì)量應(yīng)嚴(yán)格控制。 (6)針對(duì)淺埋暗挖風(fēng)險(xiǎn)比較大的特點(diǎn),施工中應(yīng)制定防坍塌及管線保護(hù)措施以及詳細(xì)的應(yīng)急預(yù)案。配備搶險(xiǎn)應(yīng)急物資,如編織袋、方木、小導(dǎo)管等,放在掌子面位置,以便發(fā)生險(xiǎn)情時(shí)立即到位。 (7)如掌子面出現(xiàn)土體含水量