復雜環(huán)境條件下淺埋富水大跨度地鐵車站綜合施工技術研究一、引言隨著城市化進程的加速，城市人口急劇增長，交通擁堵問題日益嚴重。地鐵作為一種高效、快捷、環(huán)保的城市軌道交通方式，在緩解城市交通壓力方面發(fā)揮著至關重要的作用。在地鐵建設中，地鐵車站作為重要的節(jié)點工程，其施工技術的合理性和可靠性直接關系到整個地鐵項目的順利實施。在一些城市的地鐵建設中，常常會遇到淺埋富水大跨度的地鐵車站施工情況。這種復雜環(huán)境條件給施工帶來了諸多挑戰(zhàn)，如地下水豐富導致的涌水、流沙等問題，淺埋條件下對周邊建筑物和地下管線的影響，以及大跨度結構帶來的施工難度等。因此，深入研究復雜環(huán)境條件下淺埋富水大跨度地鐵車站的綜合施工技術具有重要的現(xiàn)實意義。二、工程概況2.1工程環(huán)境以大連地鐵1號線松江路車站為例，該車站位于城市主干道下方，周邊建筑物密集，交通流量大。車站附近有商業(yè)建筑、居民樓等多種類型的建筑物，地下管線錯綜復雜，包括供水、供電、供氣、通信等多種管線。這些因素使得施工場地狹窄，施工干擾大，對施工安全和環(huán)境保護提出了極高的要求。2.2地質(zhì)與水文條件松江路車站所在區(qū)域的地質(zhì)條件較為復雜。地層從上至下依次為雜填土、粉土層、粘土層、粉細砂、中粗砂、細砂和粉質(zhì)粘土等。車站拱部結構位于粉細砂層，該層具有顆粒小、易透水、不可塑等特點，超前注漿可注性差，臨空面暴露后極易發(fā)生流沙現(xiàn)象。粉土層和粉質(zhì)粘土層為富水層，滲透系數(shù)小，但臨空面暴露時間過長也極易發(fā)生坍方。在水文條件方面，該地區(qū)地下水豐富。第一層上層滯水在結構頂部，水量不大；第二層潛水在上層導洞的拱腳位置，含水層巖性為中粗砂、粉細砂層，透水性好，水量較大，施工中易發(fā)生涌水、流砂、涌土等現(xiàn)象；第三層層間潛水賦存于粉土層，遇擾動易液化，該層水分布在車站的中下部，疏干難度大，對施工影響很大；第四層水（弱承壓水）水位高，低于結構底一定距離。三、施工難點分析3.1地下水控制難題富水地區(qū)地下水的位移和脫水是地鐵車站施工中最重要的困難之一。由于地下水位較高，且含水層透水性好，在施工過程中若不能有效控制地下水，容易引發(fā)涌水、流砂等事故，不僅會影響施工進度，還可能對周邊環(huán)境造成嚴重破壞。同時，降水過程中可能會引起地面沉降，對周邊建筑物和地下管線的安全構成威脅。3.2地質(zhì)災害風險在淺埋富水大跨度的條件下，尤其是對于巖溶地區(qū)和地下水位較高的地區(qū)，地質(zhì)條件復雜，施工過程中可能會遇到地下水突涌、地表塌陷等地質(zhì)災害問題。此外，大跨度結構對圍巖的穩(wěn)定性要求更高，而復雜的地質(zhì)條件增加了圍巖失穩(wěn)的風險。3.3對周邊環(huán)境影響大地鐵車站通常位于城市的繁忙區(qū)域，施工過程中產(chǎn)生的噪音、振動、顆粒物等環(huán)境污染問題會對周邊居民和商業(yè)活動產(chǎn)生不良影響。同時，由于車站周邊建筑物和地下管線眾多，施工過程中的地層變形可能會導致建筑物開裂、地下管線破裂等問題，嚴重影響周邊環(huán)境的安全和正常運行。四、施工技術方案4.1地下水控制技術4.1.1井點降水采用封閉式管井降水方法，沿結構外沿約5米布井。由于粉土潛水層滲透系數(shù)小，布井間距按加密設置，風道及出入口布井間距為6-8米，車站主體布井間距為8-10米。管井深度以進入層卵石或?qū)诱承酝?.0米為準，并控制在一定深度范圍內(nèi)，采用合適流量的潛水泵進行抽水。降水井按一抽一滲設置，將抽出的水排入市政雨水、污水管道。通過井點降水，可以有效降低施工現(xiàn)場周圍地下水位，為施工創(chuàng)造有利條件。4.1.2擋水層建設在車站結構周邊設置擋水層，如采用地下連續(xù)墻、咬合樁等方式，減少地下水的滲流。地下連續(xù)墻具有較好的擋水和支護性能，能夠有效阻擋地下水進入施工區(qū)域。在施工地下連續(xù)墻時，要嚴格控制墻體的垂直度和接頭質(zhì)量，確保擋水效果。4.2地層加固技術4.2.1超前預支護采用大管棚與小導管超前支護技術。大管棚一般采用直徑較大的鋼管，通過鉆孔將其打入隧道拱部上方的地層中，形成一個棚架結構，對隧道開挖起到超前支護作用。在富水砂卵石地層中，大管棚施工精度控制要求高，可采用“孔外遠程自動精確測試偏斜、特殊鉆頭糾偏，全孔一次性長距離鉆進”的技術，將大管棚施工精度控制在一定范圍內(nèi)，從而改善長管棚的聯(lián)合作用效果，提高地層的剛度，有效地防止隧道坍塌。小導管超前支護則是在隧道開挖前，沿隧道拱部周邊打入小直徑的鋼管，并向管內(nèi)注入水泥漿或其他漿液，使鋼管與周圍地層形成一個整體，增強地層的穩(wěn)定性。超前小導管采用合適的管徑和長度，環(huán)向間距根據(jù)地層情況合理設置，每榀打設，注改性水玻璃漿液或其他合適的漿液。在松散粉細砂地層中，環(huán)向間距應適當加密或采用雙排小導管。4.2.2注漿加固針對富水軟弱的砂層和流塑性粘土層，采用分段后退式注漿（即TSS管）和小導管分段反復注漿技術。TSS管注漿可以根據(jù)地層情況，在不同位置分段注漿，提高注漿效果。在施工過程中，研制了相應的注漿裝置，制訂了合理的參數(shù)和工藝，如注漿壓力、注漿量、注漿時間等。通過注漿加固，能夠改善地層的物理力學性質(zhì)，提高地層的自穩(wěn)能力，保證施工安全和質(zhì)量。4.3開挖施工技術4.3.1施工方法選擇大跨地鐵車站開挖常用施工方法有雙側(cè)壁導坑法、中洞法、CRD法、PBA法等。對于大連地鐵松江路站，經(jīng)過多方論證，綜合考慮地質(zhì)條件、周邊環(huán)境、施工安全和工期等因素，確定采用PBA法（樁Pile、梁Beam、拱Arc三個英文單詞的首位字母組合）進行施工。PBA法施工時，首先施工上層導洞，接著在導洞內(nèi)完成承載結構和傳力結構，包括圍護樁、底縱梁、鋼管柱、頂縱梁等，然后由上至下逆筑車站結構，包括三跨頂拱的初期支護和二次襯砌、站廳層、站臺層等。該方法可以有效控制沉降，確保周邊環(huán)境及施工過程安全。4.3.2導洞施工要點導洞尺寸根據(jù)施工需要合理選擇，如4.0m×4.5m型導洞內(nèi)主要從事洞內(nèi)鉆孔樁施工，樁中心與導洞邊墻的凈距不得小于1.3m；3.5m×4.25m型導洞主要用于人工挖孔樁施工、條基施工、底縱梁施工和車站主體鋼管柱安裝等。多導洞開挖考慮群洞效應和二次擾動對沉降的影響，優(yōu)化開挖順序。原本考慮先施工下導洞，后施工上導洞，但在實際施工中，根據(jù)現(xiàn)場情況進行了調(diào)整。例如，當東北豎井開挖支護至上橫通道底板以下1.5m處時，降水不能滿足施工要求，先進行上橫通道及主體上層導洞開挖支護施工。在施工下導洞之初，若上層導洞內(nèi)鉆孔也在施工，出現(xiàn)下導洞內(nèi)滲水量大而且沉降速率較大的情況，則暫停下導洞施工，先完成主體圍護樁，通過沉降分析可知，先完成主體圍護樁發(fā)揮隔離樁作用對控制沉降是非常有效的。在軟弱地層中，小導洞開挖應遵循“管超前、嚴注漿、短開挖、強支護、快封閉、勤量測”的原則組織施工。導洞開挖采用臺階法開挖，上臺階留核心土，臺階長度控制在4-5m，每層臺階高度不宜超過2.5m，當臺階超過3層時應增設臨時仰拱。在砂性地層中，開挖步距以0.5m為宜，粘性土無水狀態(tài)下開挖步距可擴大到0.75m。超前支護采用32超前小導管，支護采用格柵鋼架，噴砼厚度30cm。導洞開挖時，上層中導洞拱頂應注意預埋三聯(lián)拱初支扣拱的節(jié)點板，要求施工精度高，嚴格控制好中線及標高。4.4結構施工技術4.4.1洞內(nèi)鉆孔樁施工洞內(nèi)鉆孔樁施工受導洞空間的限制，需要解決設備選型和文明施工環(huán)境兩個方面的問題。在細顆粒地層為主的情況下，選用ZWY50A型自行式反循環(huán)鉆機，其工作高度3.8m適應導洞空間要求。因存在粉細砂層，必須采用膨潤土造漿護壁，否則在灌注砼時易坍孔埋導管。洞內(nèi)縱向采用磚砌矮墻隔離出運輸通道，墻高以泥漿不濺出為宜。在孔樁鉆進過程中，泥漿循環(huán)利用，邊鉆進邊及時清理泥渣，用手推車拉至豎井垂直運輸至地面棄土場。洞樁鋼筋籠分節(jié)預制、吊裝，節(jié)間采用直螺紋機械連接，以提高成樁質(zhì)量。4.4.2結構逆作法施工在完成導洞內(nèi)的承載結構和傳力結構施工后，進行結構逆作法施工。先施工三跨頂拱的初期支護和二次襯砌，然后依次施工站廳層、站臺層等結構。在逆作法施工過程中，要注意各施工環(huán)節(jié)的銜接和質(zhì)量控制，確保結構的整體性和穩(wěn)定性。同時，要做好節(jié)點防水處理，防止地下水滲漏。五、施工監(jiān)測5.1監(jiān)測內(nèi)容施工監(jiān)測內(nèi)容主要包括地層變形監(jiān)測、周邊建筑物和地下管線變形監(jiān)測、支護結構內(nèi)力監(jiān)測等。地層變形監(jiān)測包括地表沉降、拱頂下沉、周邊收斂等；周邊建筑物變形監(jiān)測包括建筑物的沉降、傾斜、裂縫等；地下管線變形監(jiān)測包括管線的沉降、位移等；支護結構內(nèi)力監(jiān)測包括圍護樁、鋼支撐、襯砌結構等的內(nèi)力變化。5.2監(jiān)測方法與頻率采用水準儀、全站儀、測斜儀、鋼筋應力計等監(jiān)測儀器進行監(jiān)測。監(jiān)測頻率根據(jù)施工進度和變形情況進行調(diào)整，在施工初期和變形較大時，加密監(jiān)測頻率；在施工后期和變形趨于穩(wěn)定時，適當降低監(jiān)測頻率。例如，在導洞開挖和結構施工階段，每天監(jiān)測1-2次；在施工完成后，每周監(jiān)測1-2次，直至變形穩(wěn)定。5.3監(jiān)測數(shù)據(jù)處理與反饋對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行及時整理和分析，繪制變形曲線和內(nèi)力變化曲線。當監(jiān)測數(shù)據(jù)超過預警值時，及時采取相應的措施進行處理，如調(diào)整施工參數(shù)、加強支護等。同時，將監(jiān)測結果反饋給設計和施工單位，為施工決策提供依據(jù)，確保施工安全和周邊環(huán)境的穩(wěn)定。六、結論與展望6.1結論通過對復雜環(huán)境條件下淺埋富水大跨度地鐵車站綜合施工技術的研究，以大連地鐵松江路車站為例，得出以下結論：采用合理的地下水控制技術，如井點降水和擋水層建設，能夠有效降低地下水位，減少地下水對施工的影響。通過地層加固技術，如大管棚與小導管超前支護、注漿加固等，可以提高地層的穩(wěn)定性，降低地質(zhì)災害的發(fā)生概率。選擇合適的開挖施工方法，如PBA法，并嚴格按照施工要點進行導洞施工和結構施工，能夠有效控制沉降，確保施工安全和周邊環(huán)境的穩(wěn)定。加強施工監(jiān)測，及時掌握地層變形、周邊建筑物和地下管線變形以及支護結構內(nèi)力變化情況，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)處理與反饋，指導施工，能夠保證施工過程的順利進行。6.2展望