沈陽(yáng)地鐵崇山站主體施工方案比選

朱統(tǒng)步

（中鐵十四局集團(tuán)有限公司）

沈陽(yáng)地鐵崇山站主體施工方案比選

朱統(tǒng)步

（中鐵十四局集團(tuán)有限公司）

論文以崇山車站實(shí)際工程為依托，通過(guò)對(duì)施工安全、施工質(zhì)量、施工進(jìn)度、工程數(shù)量的變化及經(jīng)濟(jì)效益等不同方面的比較，分析了崇山車站總體施工方案的確定，對(duì)中洞初支護(hù)扣拱施工方案做了重點(diǎn)分析。研究采用PBA 工法，選擇合理的施工分部、科學(xué)的開挖步序，減少了施工干擾，控制了地面沉降，保證了施工安全，加快了施工進(jìn)度。

地鐵車站；洞樁法；PBA工法；方案比選

地鐵車站是地鐵工程的亮點(diǎn)，同時(shí)也是一個(gè)施工難點(diǎn)。地鐵車站施工方法的選擇一方面受沿線工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件、環(huán)境條件（地面建筑物和地下構(gòu)筑物現(xiàn)狀、道路寬度、交通狀況等），地鐵的功能要求，線路的平面位置，隧道埋置深度以及開挖寬度等多種因素的制約，同時(shí)也會(huì)對(duì)施工期間的地面交通和城市居民的正常生活、工期、工程的難易程度、城市規(guī)劃的實(shí)施、地下空間的開發(fā)利用和運(yùn)營(yíng)效果等產(chǎn)生直接影響。

本文以沈陽(yáng)地鐵二號(hào)線崇山站為工程背景，對(duì)洞樁法+PBA法施工的車站工程進(jìn)行方案優(yōu)化及數(shù)值模擬，力求了解每一個(gè)施工步序?qū)χ黧w結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的影響，找出較優(yōu)的施工順序，探討洞樁法+PBA法的適應(yīng)性。

1 工程背景簡(jiǎn)介

崇山路站為六導(dǎo)洞開挖的雙柱三跨暗挖車站，車站沿北陵大街呈南北向布置，車站總長(zhǎng)度約173.2m，標(biāo)準(zhǔn)段總長(zhǎng)131.1m，結(jié)構(gòu)總寬20.7m，總高度14.16m，結(jié)構(gòu)埋深約為8.55-9.59m；車站站臺(tái)寬度12 m，長(zhǎng)118m。車站主體采用暗挖法施工，車站風(fēng)井兼作施工豎井使用，采用明挖法施工。合同工期30個(gè)月，進(jìn)場(chǎng)時(shí)間晚，工期壓力大。

車站主體主要采用暗挖洞樁法+PBA混合工法進(jìn)行施工，共設(shè)6個(gè)主體小導(dǎo)洞，布置方式為上4下2（車站主體結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)斷面圖如圖1所示）。施工期間利用風(fēng)道作為施工通道使用。車站拱頂主要處于中密或密實(shí)狀態(tài)的礫砂層，土層含水量豐富。暗挖涉及到大跨暗挖超前支護(hù)措施、多室群洞開挖步序選擇、第四系地層分次暗挖沉降控制、洞內(nèi)鉆樁機(jī)械配置、洞內(nèi)鋼管混凝土柱施工、小導(dǎo)洞內(nèi)大體積混凝土縱梁施工等技術(shù)難題。

圖1 車站主體結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)斷面圖(單位：mm)

2 地鐵車站施工方案論證分析

目前，在我國(guó)城市地鐵車站施工中，主要采用明挖法和淺埋暗挖法，崇山路站密集的市政基礎(chǔ)設(shè)施，只有采用暗挖法施工，站體在施工過(guò)程中控制減小地層的沉降與松弛，減小由于地鐵施工造成的橋梁基礎(chǔ)的承載力損失。為加快施工進(jìn)度，保障施工質(zhì)量和施工安全，在崇山站的施工中擬對(duì)施工的上部導(dǎo)洞大小進(jìn)行調(diào)整，從而引起了結(jié)構(gòu)施工的步序改變，首先分析原設(shè)計(jì)方案與優(yōu)化方案的對(duì)比并進(jìn)行選擇，確定最終的施工方案。

2.1 崇山路站主體結(jié)構(gòu)施工設(shè)計(jì)方案

車站主體選擇洞柱法＋PBA混合工法施工，為方便車站風(fēng)道進(jìn)正洞施工車站主體，并縮短工期，車站風(fēng)道標(biāo)準(zhǔn)段采用CRD法分10部開挖，其中與車站接頭挑高部分分10部開挖。

(1)施作拱部管棚，打設(shè)超前小導(dǎo)管，并預(yù)注水泥-水玻璃漿，臺(tái)階法施作頂導(dǎo)洞。

(2)打設(shè)超前小導(dǎo)管預(yù)注水泥-水玻璃漿，臺(tái)階法施作下部導(dǎo)洞。打設(shè)鎖腳錨管并預(yù)留回填注漿管，開挖5m后進(jìn)行回填注漿。

(3)施作洞內(nèi)邊樁、冠梁和中部上、下導(dǎo)洞拱部和底部?jī)?nèi)防水層、底梁、中柱和頂梁。

(4)打設(shè)超前小導(dǎo)管，開挖中跨站廳層上部土體，預(yù)埋拱背回填注漿管，施作中跨拱頂初期支護(hù)并回填注漿，并在兩頂梁之間設(shè)臨時(shí)拉桿。

(5)拆除小導(dǎo)洞部分側(cè)墻混凝土，施作中跨拱頂防水層及二襯混凝土。

(6)打設(shè)超前小導(dǎo)管，對(duì)稱開挖邊跨站廳層上部土體，預(yù)埋回填注漿管，施作邊跨拱頂初期支護(hù)并回填注漿。

(7)對(duì)稱開挖邊跨站廳層上部部分土體，拆除小導(dǎo)洞側(cè)墻部分鋼筋混凝土，對(duì)稱施作邊跨拱頂防水層及二襯混凝土。

(8)開挖站廳層中跨下部剩余土體，施作車站結(jié)構(gòu)中跨中板處混凝土。

(9)對(duì)稱開挖站廳層邊跨下部剩余土體，拆除臨時(shí)支撐，對(duì)稱開挖中跨中板處土體，施作車站結(jié)構(gòu)中板邊跨處側(cè)墻防水層及中板邊跨混凝土。

(10)施作車站結(jié)構(gòu)站廳層側(cè)墻防水層及其混凝土。

(11)拆除拉桿，開挖中跨站臺(tái)層土體，施作中跨底板防水層及混凝土。

(12)開挖邊跨站臺(tái)層土體，架設(shè)鋼支撐。

(13)開挖邊跨站臺(tái)層土體，施作邊跨底板防水層及混凝土。

(14)拆除鋼支撐，施作站臺(tái)層側(cè)墻防水層及混凝土，施作站臺(tái)板等內(nèi)部混凝土結(jié)構(gòu)。

2.2 施工步序優(yōu)化設(shè)計(jì)

為加快施工進(jìn)度，擬從如下方面設(shè)計(jì)方案進(jìn)行調(diào)整：

(1)小導(dǎo)洞的施工順序。

(2)小導(dǎo)洞的數(shù)量、大小及超前支護(hù)參數(shù)。

(3)車站中洞拱部拱形。

優(yōu)化后方案仍然采用了原方案的設(shè)計(jì)理念，但是將車站中間上下兩層的兩個(gè)小導(dǎo)洞分別合二為一，將超前大管棚改為雙排小導(dǎo)管，并調(diào)整了導(dǎo)洞的施工順序，從而實(shí)現(xiàn)施工順序的簡(jiǎn)化和施工空間的增加，并達(dá)到提高施工質(zhì)量、加快施工進(jìn)度的目的。

2.2.1 導(dǎo)洞尺寸調(diào)整情況：

調(diào)整前后導(dǎo)洞總跨度有所減小，為了能夠?qū)蓷l頂縱梁包括進(jìn)來(lái)，調(diào)整后的導(dǎo)洞的頂部有所挑高，調(diào)整以后中間上導(dǎo)洞底部提高了約1.2m。

圖3 調(diào)整前后尺寸圖（單位：mm）

2.2.2 中洞拱形調(diào)整情況

由于導(dǎo)洞的變化，招標(biāo)設(shè)計(jì)中洞拱形略顯扁平，為了更有利于初支結(jié)構(gòu)的受力和穩(wěn)定，對(duì)中洞拱形也進(jìn)行了微調(diào)如圖4：

2.2.3 超前支護(hù)參數(shù)調(diào)整

原設(shè)計(jì)中超前支護(hù)采用Φ108，t＝8mm，L=30m，@=300mm的大管棚注漿。在管棚間采用小導(dǎo)管注漿加固地層，小導(dǎo)管為Φ32的熱軋鋼管，t＝3.5mm，長(zhǎng)度2.5m，縱向每?jī)砷蛟O(shè)一環(huán)。

圖4 調(diào)整前后中洞拱部位置關(guān)系圖(單位：mm)

優(yōu)化后采用雙排超前小導(dǎo)管進(jìn)行地基加固，小導(dǎo)管采用Φ32，t＝3.5mm，L=2.5m，@=300mm的熱軋鋼管，縱向每?jī)砷蛟O(shè)一環(huán)；中間增加Φ32的t＝3.5mm，L=1.5m，@=300mm的超前小導(dǎo)管，縱向每榀格柵打設(shè)一環(huán)。

3 優(yōu)化方案比較

3.1 施工質(zhì)量比較

通過(guò)對(duì)兩施工方案比較可以看出，后者在施工質(zhì)量方面也具有明顯優(yōu)勢(shì)，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(1)結(jié)構(gòu)的整體性更強(qiáng)。

由于頂縱梁和中洞拱部一次施工完成，底縱梁和底板一次施工完成，結(jié)構(gòu)的整體性好，不容易出現(xiàn)裂縫和漏水等現(xiàn)象。

(2)接頭數(shù)量減少。

由于頂縱梁和中洞拱部一起施工，底縱梁和底板一起施工，極大的減少了鋼筋和防水板施工接頭，極大的提高了鋼筋混凝土和防水板的施工質(zhì)量

(3)施工過(guò)程避免了對(duì)防水板的破壞。

原方案中需要對(duì)上層小導(dǎo)洞兩側(cè)與中洞相接位置的初期支護(hù)進(jìn)行破除，此施工過(guò)程極易對(duì)此處預(yù)留的防水卷材造成破壞，且難以修補(bǔ)，這也是此種結(jié)構(gòu)形式的車站最容易出現(xiàn)滲漏的位置。頂縱梁和中拱一起施工，同時(shí)還能夠解決中拱和頂縱梁接縫處防水層難以保護(hù)的難題，對(duì)保證結(jié)構(gòu)防水的質(zhì)量具有重要意義。

①受力轉(zhuǎn)換過(guò)程少。

原施工方案由于施工步序多，受力轉(zhuǎn)換相對(duì)復(fù)雜，容易對(duì)鋼管柱和中洞拱部襯砌造成不良影響。新的施工方案在整個(gè)施工過(guò)程中減少了鋼管柱和拱部襯砌的受力轉(zhuǎn)換，對(duì)于控制結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)質(zhì)量有重要意義。②施工空間的增加。

由于采用一個(gè)大導(dǎo)洞代替兩個(gè)小的導(dǎo)洞，很大程度上增加的施工的空間，施工空間的增加使工人的施工更加方便、從容，從而施工質(zhì)量更容易得到控制和保證。

③中洞拱形的調(diào)整。

由于新方案中洞拱形更加隆起，使中洞拱頂受力的側(cè)向分力進(jìn)一步減小，有利于控制中洞拱部開裂。

3.3.2 施工進(jìn)度比較

根據(jù)目前國(guó)內(nèi)暗挖地鐵車站的施工經(jīng)驗(yàn)，由于暗挖車站施工受到工作面少、工序復(fù)雜、施工危險(xiǎn)性大等多種因素的影響，絕大多數(shù)暗挖地鐵車站的施工過(guò)程中總會(huì)遇到諸多不可預(yù)知的情況，導(dǎo)致施工工期難以保證，甚至影響整條線路的施工總工期。

通過(guò)對(duì)兩施工方案比較可以看出，優(yōu)化后的方案在施工進(jìn)度方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(1)開挖步序的減少：施工方案中洞共四個(gè)導(dǎo)洞，要分四次進(jìn)行開挖，更重要的是中洞拱頂還有二次初期支護(hù)施工。優(yōu)化后施工方案中洞格柵一次性施工完成，避免了中洞拱部的二次初支施工。

(2)導(dǎo)洞空間的增大：由于導(dǎo)洞施工空間的增加，為導(dǎo)洞內(nèi)挖孔樁施工、底縱梁、鋼管柱和頂縱梁等各道工序施工提供了廣闊的空間，極大的提供了施工效率。

(3)二次襯砌施工工序的減少：優(yōu)化后頂縱梁和中洞拱頂可以采用跳做法進(jìn)行一次性整體施工，底縱梁和底板也可以一次性施工完成，與原來(lái)都分別進(jìn)行施工相比較襯砌施工工序得到了簡(jiǎn)化，從而極大的節(jié)約了施工時(shí)間。

(4)施工縫的減少：優(yōu)化前后共減少的4條縱向施工縫，每條施工縫長(zhǎng)約172m，四條施工縫總長(zhǎng)度688m。每條施工縫部位的施工都包含了鋼筋的預(yù)留和焊接（或接駁器預(yù)留和連接）、防水板的預(yù)留和焊接、中埋式止水帶的固定和安裝、模板的安裝和拆除、混凝土表面的鑿毛等多道工序。由于施工縫的減少，上述施工工序得到了簡(jiǎn)化，從而極大的加快了施工進(jìn)度。

(5)施工難度的降低：優(yōu)化后的方案從一定程度上降低了施工難度，尤其是施工縫部位的鋼筋預(yù)留、連接及初支破除時(shí)防水板的保護(hù)、修補(bǔ)等暗挖車站施工的共同難題，也從很大程度上加快了施工進(jìn)度。

3.3.3 程數(shù)量變化及經(jīng)濟(jì)分析

經(jīng)過(guò)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，崇山路車站的工程數(shù)量及經(jīng)濟(jì)效益等各方面又有了顯著的變化，具體如表3-1、表3-2所示。

表3-2 優(yōu)化前后經(jīng)濟(jì)分析情況表

3.3.4 施工安全分析

根據(jù)地鐵施工的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，雖然開挖寬度為8.5m，開挖高度5.7m左右的斷面采用CD法并預(yù)留核心土進(jìn)行施工也是安全的，但是新的方案與原設(shè)計(jì)方案相比較卻存在以下缺點(diǎn)：

（1）施工過(guò)程安全風(fēng)險(xiǎn)加大。

一次性開挖成型一個(gè)大導(dǎo)洞與原來(lái)分兩次先施工小導(dǎo)洞再進(jìn)行中洞扣拱相比較，前者存在開挖面積大、施工周期長(zhǎng)、土體暴露時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)，這些特點(diǎn)無(wú)疑違背了十八字方針中的“快封閉”原則，增加了施工過(guò)程中發(fā)生塌方的可能性。

（2）地表沉降較大

無(wú)論是理論分析還是其他工程的實(shí)際施工經(jīng)驗(yàn)都表明新方案的沉降量都要比原設(shè)計(jì)方案沉降量大，采用軟件分析結(jié)果顯示新方案的地表沉降量約37mm，而原設(shè)計(jì)方案的沉降量約15mm。由于該車站覆土較淺且上方管線眾多，且有DN1000給水管線和DN800的排水管線，控制地層沉降至關(guān)重要，如果沉降控制不力極可能照成管線的滲漏，從而釀成惡性事故。

綜合以上分析，雖然新方案有諸多優(yōu)點(diǎn)，但是為了保證施工安全，降低施工風(fēng)險(xiǎn)，該車站最終采用了原設(shè)計(jì)方案。

為保證開挖安全及控制地表變形，車站兩端原設(shè)計(jì)為36 米?108 大管棚。根據(jù)地質(zhì)資料及風(fēng)道實(shí)際施工記錄，在車站拱部大管棚施工范圍為礫砂層，大管棚成孔施工困難，成孔過(guò)程擾動(dòng)周邊土體，造成實(shí)際鉆出量遠(yuǎn)大于計(jì)算量。同時(shí)，CRD 工法施工的風(fēng)道提供給大管棚的操作空間有限，管棚要進(jìn)行分段安裝，效率低，平直度降低，打設(shè)角度精度控制不理想，角度外擴(kuò)過(guò)大時(shí)，管棚下土體易坍塌；過(guò)小又有局部侵入開挖輪廓現(xiàn)象，處治風(fēng)險(xiǎn)高。

經(jīng)過(guò)專家論證，結(jié)合沈陽(yáng)其他車站管棚方案優(yōu)化經(jīng)驗(yàn)，對(duì)車站兩端超前支護(hù)方案進(jìn)行優(yōu)化，采用雙排 ?32 小導(dǎo)管，小導(dǎo)管采用Ф32×3.25 水煤氣管，間距300mm，小導(dǎo)管單根長(zhǎng)L=1.8m，外插角10～200，縱向步距50cm，與風(fēng)道交叉段采用 4.5m 長(zhǎng)導(dǎo)管預(yù)加固，小導(dǎo)管中注水泥水玻璃雙液漿，注漿壓力為 0.5～1.2MPa。

4 結(jié)論

論文對(duì)崇山站的車站主體的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案進(jìn)行了分析，通過(guò)對(duì)比方案優(yōu)化和導(dǎo)洞尺寸、導(dǎo)洞位置、中洞拱形及施工中超前支護(hù)參數(shù)的調(diào)整情況，對(duì)優(yōu)化前后車站主體的施工方案進(jìn)行了對(duì)比，最終采用了原設(shè)計(jì)方案并進(jìn)行了施工要點(diǎn)分析。針對(duì)施工中中洞初支扣拱的工程難點(diǎn)，給出了詳細(xì)的進(jìn)洞及支護(hù)方案。

[1] 施仲衡，馮愛(ài)軍.城市軌道交通技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略探討[J].都市快軌交通，2004，17(4).

[2] 王夢(mèng)恕.我國(guó)城市交通的發(fā)展方向[J].鐵道工程學(xué)報(bào)，2003，3(1):43-47.

[3] 高成雷.淺埋暗挖洞樁法應(yīng)用理論研究[D].成都:西南交通大學(xué)，2002.

[4] 李圍，何川.地鐵車站施工方法綜述[J].西部探礦工程，2004，(7):109-111.

[5] 秦曉英.城市地鐵車站 PBA工法施工力學(xué)效應(yīng)的數(shù)值模擬研究[D].重慶:重慶大學(xué)，2008.

[6] 劉國(guó)生.沈陽(yáng)某地鐵車站淺埋暗挖洞樁法三維數(shù)值模擬[D].北京：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)，2008.

Chongshan Subway station construction in Shenyang Metro

This paper is based on the practical engineering of the shallow buried metro station in Shenyang. 2D plastic finite-element model of PBA standard cross section is respectively established. Study is also done to compare different construction scheme of PBA method, and compare the construction effection of PBA method in different surrounding rock grades. Furthermore，owing to the reasonable Partition and the scientific excavation Procedures，we succeeded in reducing the constructing disturbance，controlling the ground settlement，ensuring the constructing safety and accelerating the construction speed.

metrostation, Caven-PBA Method, PBA Method, project choose

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TU75

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1007-6344（2016）03-0193-03