洞樁法施工技術(shù)在地鐵車站工程中的應(yīng)用

馬占起

中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司濟(jì)南分院，山東濟(jì)南 250022

1 工程概況

某地鐵站位于市政道路交叉口位置，車站形式為雙層、單柱雙跨式箱型框架結(jié)構(gòu)，車站總長為185.6m，總建筑面積約12 635m2，車站共設(shè)置有3個(gè)出入口、2座風(fēng)道和風(fēng)井及1個(gè)殘障電梯井和1個(gè)消防通道。受施工場地周圍環(huán)境的限制，為盡量減少與控制施工過程對地鐵站周邊市民正常生產(chǎn)和生活及市政交通的影響，該地鐵站主體結(jié)構(gòu)工程施工采用礦山法進(jìn)行全暗挖施工；同時(shí)為控制基坑結(jié)構(gòu)施工引起的周邊地面沉降變形位移，確保周邊建筑結(jié)構(gòu)和市政道路及地下管道設(shè)備的安全穩(wěn)定，該主體結(jié)構(gòu)選擇采用對地層和環(huán)境影響均較小的洞樁法進(jìn)行結(jié)構(gòu)施工。

2 洞樁法施工原理及特點(diǎn)分析

應(yīng)用洞樁法進(jìn)行地鐵車站工程的施工，即將地上框架結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)施工技術(shù)與暗挖法進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，在施工場地范圍地面上不具備直接施工基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的條件時(shí)，可在地下預(yù)先暗挖完成的導(dǎo)洞內(nèi)進(jìn)行圍護(hù)邊樁、中柱、底梁和頂梁、頂拱結(jié)構(gòu)的施工，使其共同構(gòu)成樁、梁、拱支撐的整體框架受力體系，承受基坑及主體結(jié)構(gòu)施工過程中的各類荷載；在頂拱和邊樁結(jié)構(gòu)的整體圍護(hù)下，在地下逐層向下開挖，同時(shí)對內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工，最終形成由外層圍護(hù)邊樁及頂拱初期支護(hù)與內(nèi)層結(jié)構(gòu)二次施工組合而成的永久承載體系。在地鐵站工程中采用洞樁法施工的主要特點(diǎn)如下：

1）對施工場地地面和周邊環(huán)境的影響相對較小，適用于受交通條件及周邊環(huán)境條件嚴(yán)格限制無法進(jìn)行明挖施工的地下工程施工；

2）由于施工過程中引起的地面沉降變形相對較小，對保護(hù)工程施工場地周邊的市政道路、建筑結(jié)構(gòu)和附近的地下設(shè)施（如橋樁、管道等）的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和正常運(yùn)營有利，達(dá)到安全施工的目標(biāo)；

3）與其它大跨度結(jié)構(gòu)暗挖施工技術(shù)（如中洞法、CRD法等）相比，在地鐵站工程中采用洞樁法施工，其結(jié)構(gòu)受力條件相對更好，廢棄工程量少，周邊地面沉降小，場地空間利用率高，而且其成本造價(jià)也相對較低，工程經(jīng)濟(jì)效益相對更好[1]。

3 洞樁法施工方法和步驟

施工豎井施工開挖至設(shè)計(jì)深度，完成井底封閉施工后，通過地下橫向通道按先下后上，先側(cè)邊后中間的先后順序?qū)Φ罔F站主體結(jié)構(gòu)的6個(gè)導(dǎo)洞進(jìn)行開挖施工；導(dǎo)洞施工完成后在下部邊導(dǎo)洞內(nèi)先進(jìn)行條形基礎(chǔ)施工，下部中導(dǎo)洞內(nèi)進(jìn)行底縱梁施工；下部基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)完成后，在上部邊導(dǎo)洞內(nèi)先進(jìn)行挖孔灌注樁和樁頂冠梁施工，再在中部上導(dǎo)洞內(nèi)進(jìn)行挖孔吊裝鋼管柱施工，最后進(jìn)行柱頂縱梁澆筑施工；待主體結(jié)構(gòu)的樁、柱、梁體系基本形成后，可對地鐵站主體結(jié)構(gòu)上部導(dǎo)洞間的主體拱部土體部分進(jìn)行開挖，并及時(shí)施工初期支護(hù)結(jié)構(gòu)，形成初期主體支撐頂拱；最后在樁、梁、拱框架支撐體系的圍護(hù)下，逐層向下開挖土體并同時(shí)進(jìn)行相應(yīng)結(jié)構(gòu)混凝土的澆筑施工，即按逆筑法完成整個(gè)地鐵車站主體結(jié)構(gòu)的施工[2]。

4 洞樁法施工關(guān)鍵技術(shù)

4.1 導(dǎo)洞開挖及群洞效應(yīng)的控制

該地鐵站主體工程中，6個(gè)施工導(dǎo)洞之間的設(shè)計(jì)間隔距離僅有6.8m，在導(dǎo)懂開挖過程中有效避免開挖施工的相互影響，合理設(shè)置各個(gè)導(dǎo)洞的開挖順序，避免群洞效應(yīng)所引起的較大地面沉降，確保施工場地周邊地下設(shè)施和周邊環(huán)境的穩(wěn)定和安全，是施工導(dǎo)洞開挖過程中需要解決的重點(diǎn)技術(shù)問題。實(shí)際施工中，主要采取了如下措施：

1）合理設(shè)置各個(gè)施工導(dǎo)洞的開挖順序，按先下后上，先側(cè)邊后中間的施工順序依次進(jìn)行開挖，在施工導(dǎo)洞的開挖過程中及時(shí)跟進(jìn)支護(hù)設(shè)置；

2）根據(jù)施工現(xiàn)場的工程監(jiān)測分析結(jié)果，及時(shí)反饋施工信息以指導(dǎo)施工導(dǎo)洞的設(shè)計(jì)修改和施工調(diào)整，及時(shí)調(diào)整支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)參數(shù)和施工方法，是確保安全施工的重要手段；

3）實(shí)際施工時(shí)，各施工導(dǎo)洞之間的位置在橫、縱向均再拉開擴(kuò)大一定的距離，下導(dǎo)洞超前上導(dǎo)洞10m～15m重新設(shè)置，減小施工過程中的相互干擾；

4）施工導(dǎo)洞應(yīng)分臺階快速開挖施工，以減少對場地地層的擾動；同時(shí)加強(qiáng)初期支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)置，支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)及時(shí)封閉成完整環(huán)狀結(jié)構(gòu)，可有效減小導(dǎo)洞的沉降和變形。

4.2 主體扣拱結(jié)構(gòu)施工

該地鐵站工程的主拱地層土質(zhì)較差，且含水率相對較高；單個(gè)主拱開挖跨度達(dá)11.2m，雙跨對稱同時(shí)開挖達(dá)22.4m范圍，且中間支撐結(jié)構(gòu)截面相對較窄，中、上部施工導(dǎo)洞土層受主拱開挖的影響受力復(fù)雜，該大跨扣拱結(jié)構(gòu)開挖施工的難度相對較大；同時(shí)，該地鐵站結(jié)構(gòu)頂部還設(shè)有多條雨污水管線與車站并行，距結(jié)構(gòu)頂部近且多存在滲漏現(xiàn)象，扣拱結(jié)構(gòu)施工過程中如何保證地下管線的正常使用也是該工程的一大難點(diǎn)。實(shí)際施工時(shí)，主要采取了如下施工措施：

1）扣拱部位采取分部開挖，有效減小的實(shí)際開挖跨度，階段性縮短了循環(huán)作業(yè)的時(shí)長，分部開挖面完成后及時(shí)將開挖后的地層閉合成環(huán)，解決了開挖跨度大的問題；

2）在開挖施工接近地下管線位置時(shí)，預(yù)先施打必要的水平探孔，確定施工前方的詳細(xì)水文地質(zhì)情況，地層中存留的殘留積水還可通過探孔及時(shí)排出；

3）加強(qiáng)施工過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控測量，對洞室拱頂自身沉降和管線沉降量應(yīng)重點(diǎn)監(jiān)測。當(dāng)監(jiān)測變形量和變形速率超過預(yù)先設(shè)定的警戒值時(shí)，應(yīng)立即采取相應(yīng)的應(yīng)急措施，如加強(qiáng)預(yù)加固處理、初期支護(hù)、增設(shè)臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)、調(diào)整開挖工藝或步驟等。嚴(yán)格遵循短開挖、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤監(jiān)測的原則。

4.3 逆作結(jié)構(gòu)防水技術(shù)

由于受施工場地和操作空間的限制，施工過程中結(jié)構(gòu)防水板的預(yù)留和保護(hù)都存在較大的困難，施工縫位置的防水處理質(zhì)量也難以保證；另一方面，由于混凝土凝固收縮的特性，結(jié)構(gòu)施工縫位置下部混凝土澆灌施工時(shí)，其縫隙處難于澆灌密實(shí)而存有空隙，使得采用逆作法施工的地下結(jié)構(gòu)在施工縫位置容易產(chǎn)生滲漏水的現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)可造成工程質(zhì)量缺陷甚至結(jié)構(gòu)安全隱患，影響結(jié)構(gòu)使用功能的充分發(fā)揮[1]。實(shí)際施工中采取的主要措施如下：

1）將施工縫盡量設(shè)置在結(jié)構(gòu)受剪相對較小且便于施工的部位，施工時(shí)應(yīng)留出足夠的作業(yè)空間確保下部邊墻混凝土的施工能順利進(jìn)行。為確保下部混凝土結(jié)構(gòu)澆灌密實(shí)，逆作施工縫應(yīng)留設(shè)成臺階式或斜縫形式，以便下部混凝土結(jié)構(gòu)澆灌和振搗施工的實(shí)施；

2）結(jié)構(gòu)施工縫位置應(yīng)采取多道防線、綜合防治的防水措施。實(shí)際施工時(shí)，設(shè)置了雙道遇水膨脹嵌縫膠與預(yù)埋注漿管進(jìn)行施工縫防水處理；

3）主扣拱結(jié)構(gòu)的二襯混凝土，采取對稱同步澆筑的工序進(jìn)行澆筑施工，確保中間鋼管柱頂縱梁在結(jié)構(gòu)兩側(cè)的受力平衡。

5 結(jié)論

在該地鐵車站工程中，通過應(yīng)用洞樁法進(jìn)行施工，成功解決了因工程地質(zhì)和場地水文條件，施工場地附近地面交通運(yùn)輸及周邊建筑、環(huán)境條件等狀況不允許采用明挖法進(jìn)行施工的難題，為類似工程的施工提供了一定的參考和借鑒。

[1]鄺健政，等.巖土注漿理論與工程實(shí)踐[M].北京：科學(xué)出版社，2001.

[2]朱澤民.地鐵暗挖車站洞樁法(PBA)施工技術(shù)[J].隧道建設(shè)，2006，26(5).