超浅埋大跨暗挖地铁车站的施工技术

摘 要:重点介绍城市大跨车站隧道的开挖和衬砌的施工技术,以及牛腿与衬砌整体浇筑的技术,保证了隧道混凝土的整体受力能力,提高了车站的防水性能,保证了施工安全和施工质量,对浅埋暗挖、大跨隧道的类似工程施工有一定的参考价值。 关键词:超浅埋,开挖,衬砌,技术

1 工程概况

小龙坎车站是重庆市朝天门—沙坪坝线的一个地铁车站。小龙坎是沙坪坝区工厂和居民较为集中的地区,周围高层密布,周边多条交通要道在此交汇,交通繁忙。小龙坎车站为暗挖双层岛式车站,站台宽度12 m,结构形式为单拱双层形式,车站长178.6 m。主体结构内净空宽×高约为20.4 m×15.9 m,初期支护为喷锚支护,拱、墙设25中空注浆锚杆,支护为350 mm厚的C25网喷混凝土与型钢钢架组成联合支护。钢架间距为0.5 m,钢架间用25纵向连接钢筋焊接为整体。车站拱顶埋深为14 m~16 m,为超浅埋隧道。车站主体所处岩层为Ⅳ级砂质泥岩。具体结构见图1。

2 工程难点及特点分析

1)车站的跨度大、高度高。地质条件差,主要为砂质泥岩,遇水容易变软,强度会大幅度的降低。车站开挖必须采用复杂的分部开挖方法,较强的支护措施。2)采用双侧比导坑开挖,工序转换多,平行作业干扰大。3)车站断面大,必须在确保施工安全的前提下,选择更优的衬砌方案,采用全断面衬砌或先墙后拱衬砌。 3 施工方法

针对重庆轻轨小龙坎车站隧道超浅埋围岩特点和确保地表建筑物的安全,采用双侧壁导坑法开挖,全断面衬砌的方式。这样才能最大限度地减少地面沉降,有效地控制围岩变形和保护围岩的天然承载力。 3.1 双侧壁导坑开挖 3.1.1 工艺特点

1)以岩体力学为基础,新奥法为指导,充分发挥围岩自承能力及支护能力,确保围岩稳定。2)采用多工序平行交叉作业,避免施工相互干扰。3)施工中各工序安排合理,加强洞内施工管理和围岩监控量测,当变形速率有增大趋势时,应立即采取有效措施,保证围岩和衬砌处于稳定状态。 3.1.2 隧道双侧壁施工方法

将车站分成左右侧壁导坑和核心土三个部分,每部分又分成三个台阶。施工步骤如下:

1)左右侧壁导坑上、中、下台阶依次开挖、支护、临时支护,左右侧壁相互错开一定的安全距离,以10 m~15 m为宜;2)核心土上、中、下台阶依次开挖、支护、临时支护;3)临时支撑拆除,仰拱防水层、钢筋混凝土浇筑;4)拱墙防水层、钢筋混凝土浇筑。

3.1.3 隧道双侧壁施工方法的要点

1)根据设计施工分部开挖的方法,结合施工机械开挖、出渣等要求,在确保安全的前提条件下,灵活的调整侧壁导坑、核心土的宽度。2)核心土开挖时,顶部采用环形开挖,留一合适的作业高度。开挖后该处的支护尤为重要,由于两侧壁导坑在开挖施工时,钢架在里程和高程上存在一定的误差,所以核心土的钢架必须根据实际的左右侧壁钢架位置进行加工、安装,并在连接处设锁脚锚杆。3)加强侧壁导坑的监控量测工作。特别是在核心土开挖和历史支护拆除时,加强拱顶下沉和钢架内应力的观测。出现异常情况立刻采取加强支护措施。4)在衬砌形成之前,核心土和临时支护为主要的支撑结构,所以核心土开挖和临时支护的拆除不能超前衬砌太长距离,以15 m~20 m为宜。拆除时间还应根据监控量测数据分析来确定:当初期钢拱架的应力趋于稳定状态、隧道收敛变形速度趋于稳定且水平收敛(拱脚附近)速度小于0.2 mm/d及拱顶位移速度小于0.15 mm/d时方可拆除临时支撑。 3.2 车站衬砌

从安全、质量、经济和进度各个方面进行了研究分析和对比,本工程决定采用混凝土拱墙整体浇筑的施工方法。

3.2.1 分步开挖拱墙整体衬砌方案优点

1)减少防水层接缝及混凝土施工缝,有利于隧道结构防水;

2)拱墙混凝土整体浇筑施工,有利于结构整体受力;3)施工工序减少,施工效率提高,工期得到保证;4)受力复杂段二次衬砌紧跟初期支护,能有效控制拱顶下沉及收敛变形,确保施工安全。 3.2.2 牛腿施工

车站牛腿在起拱线位置。牛腿作为车站中隔板的主要承力结构,与衬砌必须要有较好的连接,应采用拱部衬砌和牛腿进行整体浇筑。这样可以提高牛腿与衬砌混凝土的整体性和承载能力,避免分次浇筑出现开裂或达不到承载能力的情况发生。但整体浇筑将给车站拱部衬砌模板安装和拆除带来难度。经过研究,采用如下方法能达到理想的效果,即在在牛腿顶面设计一块可分离的异型模板,安装模板时,将该面板与拱部钢架和边墙模板钢架采用螺栓连接,然后进行模板台车的定位工作。混凝土浇筑完成以后,先拆除螺栓,将模板分离后脱离,然后再将拱部和边墙模板脱离。 3.2.3 施工要点

1)钢筋绑扎:大跨度的车站一般钢架直径大,小龙坎衬砌主筋为Φ28,间距为12.5 cm,双层布设。全断面绑扎钢筋时,钢筋的自重相当的大。衬砌时可在钢筋中间架设刚拱架作为钢筋的承重结构,与钢筋一起浇筑在混凝土内。2)临时工字钢支撑的拆除:由于开挖核心土和拆除临时支撑离衬砌只有15 m~20 m,所以爆破一定采用控制爆破,并且要已铺的防水层,防止被破坏。

3)模板台车定位及支撑加固:定位时预留3 cm~5 cm的变形量和施工误差。台车高度和跨度较大,而模板台车的长度较小,防止台车沿线路方向失稳倾倒。模板台车加固是要对拱脚及受力较大的部位增设工字钢临时支撑,防止浇筑混凝土时因侧压力过大而发生跑模现象。4)模筑混凝土浇筑:采用两台输送泵左右两侧同时浇筑混凝土,浇混凝土时拱顶以下部位从留仓口插管浇筑并采用A50插入式振动棒振捣,拱部混凝土由拱顶接管浇筑;混凝土浇灌速度控制在每侧4 m3/h以内,同时应不小于2.5 m3/h。混凝土坍落度应随浇筑部位的不同进行调整,墙部控制在14 cm~17 cm范围内,拱腰以上控制在18 cm~21 cm,坍落度小于14 cm的混凝土不允许使用;两侧对称浇灌,分层振捣密实,左右两侧混凝土面高度不大于0.5 m。 4 结语

小龙坎车站隧道采用暗挖喷锚构筑法施工,并加强初期支护及临时支护体系,但由于其地理位置特殊且有浅埋、大跨、断面大、地表建筑物覆盖率高、管线布置多等特点,使得控制隧道拱顶和地面沉降尤为重要。采用双侧壁导坑开挖,中间预留核心土为拱部主要的支撑结构,拆除核心土后加强监控量测,包括地面沉降、拱顶下沉和周边收敛的观测以及钢架应力的监测等。全断面衬砌及以上等措施既安全又经济的解决了沉降问题。采用拱墙混凝土和牛腿混凝土的整体衬砌,保证了隧道混凝土的整体受力能力,也提高了车站的防水性能,保证了施工安全和施工质量。小龙坎车站隧道全断面二次衬砌的成功施工经验为我国在浅埋特大高跨隧道开挖、衬砌施工技术方面提供了可借鉴的经验。

参考文献:

[1]施仲衡.地下铁道设计与施工[M].西安:陕西科学技术出版社,1997.