淺談地鐵暗挖車站豎井馬頭門施工風(fēng)險(xiǎn)控制

侯銳

摘? 要：城市地鐵暗挖車站施工中馬頭門既是結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，也是工程施工過(guò)程中結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。馬頭門開(kāi)挖會(huì)改變?cè)Y(jié)構(gòu)受力狀態(tài)，若施工不當(dāng)可能造成原結(jié)構(gòu)變形，增大地表沉降，嚴(yán)重時(shí)甚至引起結(jié)構(gòu)破壞。本文以在建項(xiàng)目北京地鐵16號(hào)線紅蓮南里暗挖車站為例，在總結(jié)北京地鐵車站暗挖馬頭門工程施工經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，分析了該工程地質(zhì)及水文條件和周邊環(huán)境等因素對(duì)地鐵暗挖區(qū)間馬頭門工程施工風(fēng)險(xiǎn)的影響，系統(tǒng)地總結(jié)了豎井進(jìn)入橫通道馬頭門施工的一些關(guān)鍵的安全技術(shù)措施：（1）井壁密排鋼格柵、在橫通道的初期支護(hù)周邊外設(shè)置加固環(huán)，很好的實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)受力轉(zhuǎn)換;（2）打設(shè)雙排超前小導(dǎo)管，對(duì)土體進(jìn)行深孔注漿加固，防止土體失穩(wěn);（3）在馬頭門上方做加強(qiáng)腰梁，減小豎井的收斂變形;（4）破除馬頭門后，橫通道施工采取預(yù)留核心土、控制臺(tái)階長(zhǎng)度、控制格柵安裝精度等開(kāi)挖方法及支護(hù)措施。施工檢測(cè)表明：各項(xiàng)監(jiān)測(cè)值等均控制在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)。

關(guān)鍵詞：地鐵暗挖車站? 馬頭門? 腰梁? 加固環(huán)? 超前注漿加固

中圖分類號(hào)：U121? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2020）12（b）-0035-04

Abstract： Urban subway construction is not only the structure of the weak links， and also an important factor in structural transformation in the process of engineering construction of ingate excavation changed the original structure stress， such as construction undeserved cause deformation of the original structure， increase the surface subsidence， serious when even cause structural damage. Taking honglian Nanliam Excavation station of Beijing Metro Line 16 as an example， this paper summarizes the construction experience of Beijing metro station underground excavation ma Tou gate project， and analyzes the influence of engineering geological and hydrological conditions and surrounding environment on the construction risk of ma Tou gate project in underground excavation section of subway， In this paper， some key safety technical measures for the construction of horse-head door of vertical shaft entering cross passage are systematically summarized; （1） reinforcement rings are set outside the initial support perimeter of the cross passage with dense row steel grille， which can well realize the structural stress conversion; （2） Double-row leading small pipe is set to reinforce the soil with deep hole grouting to prevent the soil from instability; （3） Strengthen the waist beam above the horse's head door to reduce the convergent deformation of the shaft; （4） After the horse head door was broken， the excavation methods and support measures， such as reserving the core soil to control the step length to control the installation precision of the grid， were adopted in the construction of the cross passage. The results showed that all the monitoring values were controlled within the allowable design range.

Key Words： Underground excavation station; Matou Gate; Waist rail; Reinforcement ring; Advance grouting reinforcement

馬頭門工程的施工安全與工程地質(zhì)及水文條件、周邊環(huán)境情況和施工豎井的設(shè)置位置等因素密切相關(guān)。在馬頭門工程的設(shè)計(jì)施工過(guò)程中，需要考慮各種因素的影響，有針對(duì)性地采取綜合施工技術(shù)措施才能確保馬頭門工程的施工安全，并做到減小對(duì)周邊環(huán)境的影響，確保周邊鄰近建（構(gòu)）筑物的安全。北京地鐵16號(hào)線紅蓮南里站馬頭門施工就是在這樣復(fù)雜的環(huán)境下采取一系列措施合理控制沉降的典型實(shí)例。

紅蓮南里站（原紅蓮南路站）位于蓮花河?xùn)|側(cè)路與紅蓮南路交叉路口，沿蓮花河南北向布置。紅蓮南里站為地下雙層三跨島式車站，地下一層為站廳層、地下二層為站臺(tái)層。車站中心里程處軌面埋深26.71m，車站主體采用暗挖（PBA）法施工，標(biāo)準(zhǔn)段覆土厚度約為13m，跨路口段覆土厚度約為14m。共設(shè)置4個(gè)豎井，橫通道為多層高通道。

以1號(hào)風(fēng)道豎井開(kāi)馬頭門施工為例，該豎井采用倒掛井壁法施工，支護(hù)形式為鋼格柵+噴射混凝土+內(nèi)支撐，沿短邊方向每榀格柵架設(shè)I22a、I16內(nèi)支撐。

橫通道采用5層高通道、三心圓直墻結(jié)構(gòu)，斷面設(shè)置臨時(shí)仰拱，通道四周支護(hù)形式為鋼格柵+噴射混凝土，中間各層高4m，臨時(shí)仰拱采用I22a型鋼噴射混凝土，型鋼每榀鋼架設(shè)置，噴砼300mm。因?yàn)樨Q井穿越滲透系數(shù)較大的含水層，豎井開(kāi)挖至第三層橫通道前應(yīng)提前進(jìn)行降水。

1? 地鐵暗挖車站馬頭門施工風(fēng)險(xiǎn)分析

馬頭門工程的風(fēng)險(xiǎn)程度除了與地質(zhì)及水文條件有關(guān)外，還與周邊環(huán)境、構(gòu)筑物、地下管線情況等因素密切相關(guān)。

1.1 工程地質(zhì)及水文條件

根據(jù)地勘報(bào)告， 1號(hào)風(fēng)道豎井主要穿越的地層為：雜填土、粉質(zhì)粘土填土、圓礫卵石、卵石層。豎井穿越地層中不均勻分布有大粒徑漂石，大粒徑卵、礫石其分布規(guī)律在空間上具有隨機(jī)性，地面下25.0～30.0m范圍內(nèi)，300～500mm漂石含量多，施工前需進(jìn)行超前探測(cè)，判斷漂石位置，施工中采取措施確保開(kāi)挖安全，若施工中漂石掉落產(chǎn)生空洞，需加快支護(hù)封閉，噴射混凝土封堵。

1.2 周邊環(huán)境

1號(hào)風(fēng)道豎井結(jié)構(gòu)鄰近小紅廟南里3號(hào)樓，柱下獨(dú)立基礎(chǔ)（埋深5.95m），磚混結(jié)構(gòu)，樓房結(jié)構(gòu)（長(zhǎng)邊）與井壁水平凈距為12.5m。

豎井及橫通道周圍地下管線如表1所示。

因此，馬頭門施工若不采取有效的控制周邊土體發(fā)生變形的措施，馬頭門上方極有可能產(chǎn)生較大的不均勻沉降，危及建筑物及地下管線安全。

2? 地鐵車站暗挖馬頭門施工主要技術(shù)措施

城市地鐵暗挖車站施工中馬頭門既是結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，也是工程施工過(guò)程中結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在馬頭門工程的設(shè)計(jì)施工過(guò)程中，需要考慮各種因素的影響，有針對(duì)性地采取綜合施工技術(shù)措施才能確保馬頭門工程的施工安全。

2.1 受力特點(diǎn)

馬頭門開(kāi)挖各階段的受力狀態(tài)如圖1所示。

圖a：馬頭門尚未開(kāi)挖，豎井井筒處于周邊承受均勻土壓力的狀態(tài)。

圖b：馬頭門開(kāi)挖后，洞口處井壁臨空，不能提供土壓力，井壁偏壓。偏壓力由在馬頭門兩側(cè)土壓力而產(chǎn)生的摩擦力，洞口的支撐力以及空間效應(yīng)來(lái)平衡。所謂的空間效應(yīng)是指開(kāi)口段上下的井壁及土體拱效應(yīng)。若上述受力狀態(tài)無(wú)法達(dá)到平衡，則可能產(chǎn)生松弛和失穩(wěn)，這是馬頭門開(kāi)挖時(shí)最危險(xiǎn)的狀況。因此，需要盡快施作洞口的鋼筋格柵框架，并于洞口對(duì)側(cè)的井壁架設(shè)對(duì)撐，并施作一定長(zhǎng)度的橫通道以提供支撐力，建立新的平衡。必要時(shí)對(duì)馬頭門高度范圍的土體進(jìn)行超前注漿加固，提高拱效應(yīng)，達(dá)到圖c所示的狀態(tài)。

2.2 開(kāi)挖前采取的措施

馬頭門開(kāi)挖前應(yīng)采取一系列措施：井壁密排鋼格柵、在橫通道的初期支護(hù)周邊外設(shè)置加固環(huán)，并對(duì)豎井臨時(shí)封底;打設(shè)雙排超前小導(dǎo)管，對(duì)土體進(jìn)行深孔注漿加固，在馬頭門上方做加強(qiáng)腰梁。

（1）密排鋼格柵、設(shè)置加固環(huán)及臨時(shí)支撐。

由于空間效應(yīng)，馬頭門開(kāi)挖后，馬頭門上下方的豎井井壁受力增加，因此井壁在馬頭門開(kāi)挖上下方和有臨時(shí)仰拱位置密排3榀鋼架，在開(kāi)挖橫通道時(shí)臨時(shí)仰拱位置密排的鋼架和錨噴混凝土不應(yīng)破除，開(kāi)挖前豎井要先封底。為承受馬頭門開(kāi)挖后豎井井筒對(duì)馬頭門的側(cè)壓力，在開(kāi)挖前應(yīng)在其橫通道的初期支護(hù)周邊外施工加固環(huán)。加固環(huán)的作法：在豎井施工時(shí)在井壁內(nèi)作加固環(huán)，此種加固效果較好。

加固環(huán)由短節(jié)格柵鋼架組成，隨井壁施工，穿過(guò)井圈鋼架，并焊接在其上。

（2）深孔注漿加固及環(huán)向腰梁設(shè)置。

為防止破除井壁后土體失穩(wěn)，采用雙排小導(dǎo)管深孔注漿，其長(zhǎng)度不應(yīng)小于4m，必要時(shí)對(duì)土體進(jìn)行環(huán)向或上臺(tái)階全斷面注漿。

豎井開(kāi)馬頭門前，在馬頭門上方增加一道環(huán)向腰梁（工25a，水平放置），并在拱頂位置預(yù)先打設(shè)小導(dǎo)管（？25×2.75，L=4m），注入水泥漿，進(jìn)行超前加固，壓力控制在0.2～0.5Mpa，為確保順利打入小導(dǎo)管，豎井在卵石地層開(kāi)挖過(guò)程中打設(shè)小導(dǎo)管時(shí)選擇合適的成孔方法，并記錄相應(yīng)數(shù)據(jù)，為后期施工提供依據(jù)[2]。

2.3 馬頭門破除

1號(hào)風(fēng)道豎井橫通道馬頭門為高通道結(jié)構(gòu)形式，橫通道高19.9m，寬5.2m;拱頂覆土約10～11m，采用臺(tái)階法施工，分5層分步開(kāi)挖。橫通道第一、二層馬頭門破除順序如下，以下3層馬頭門參照即可。

第一步：放出馬頭門輪廓線，在拱頂上方架設(shè)環(huán)向腰梁及雙排小導(dǎo)管超前注漿;第二步：切割馬頭門部位豎井格柵，進(jìn)行掏挖，連立2榀架設(shè)榀架，并與豎井格柵焊接牢固，繼續(xù)預(yù)留核心土開(kāi)挖，進(jìn)尺3m后，進(jìn)行下臺(tái)階馬頭門破除;第三步：切割下臺(tái)階豎井格柵，破除井壁，架立格柵，與豎井及上臺(tái)階格柵連接牢固。

2.4 施工注意事項(xiàng)

（1）馬頭門破除后應(yīng)先觀察掌子面土質(zhì)情況，若掌子面不穩(wěn)定或處于有水狀態(tài)，應(yīng)立即復(fù)噴混凝土，采取防坍措施。（2）進(jìn)洞前拱頂打設(shè)4m長(zhǎng)超前小導(dǎo)管，并注水泥漿加固前方地層，洞口連立4榀鋼架，進(jìn)洞后每榀打設(shè)超前小導(dǎo)管，小導(dǎo)管長(zhǎng)度2m，注漿加固前方地層，單孔注漿量不小于理論注漿量。（3）馬頭門位置第一榀格柵必須與橫通道（導(dǎo)洞）格柵用“L”型連接鋼筋連接成整體，連接鋼筋必須與豎井格柵鋼筋搭接焊接，并確保焊接質(zhì)量，焊縫長(zhǎng)度單面焊10d（雙面焊操作困難）。（4）馬頭門格柵錨噴混凝土前，必須在洞口區(qū)域埋設(shè)后背回填注漿管，待噴射混凝土完閉并達(dá)到一定強(qiáng)度后回填注漿，馬頭門注漿采用單液水泥漿，注漿壓力控制在0.3～0.7Mpa。（5）馬頭門破除過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)周邊管線沉降觀測(cè)并對(duì)通道沉降觀測(cè)及收斂變形觀測(cè)，每天觀測(cè)不小于2次，并根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)分析橫通道變形情況，以便及時(shí)采取安全應(yīng)對(duì)措施。（6）各層導(dǎo)洞馬頭門施作時(shí)應(yīng)認(rèn)真打設(shè)鎖腳錨管并與格柵焊接牢固。（7）嚴(yán)格控制拱架加工質(zhì)量及現(xiàn)場(chǎng)拼裝質(zhì)量，連接板存在縫隙處幫焊與格柵主筋同直徑鋼筋，保證馬頭門結(jié)構(gòu)整體性，體現(xiàn)“18字方針”中的“強(qiáng)支護(hù)”。（8）馬頭門破除過(guò)程若土方發(fā)生較大位移，需采取臨時(shí)支撐[3]。

2.5 施工監(jiān)測(cè)

根據(jù)設(shè)計(jì)相關(guān)要求，監(jiān)測(cè)建議控制標(biāo)準(zhǔn)：地表沉降20mm;周圍建筑物沉降15mm，差異沉降8mm;熱力、上水、工業(yè)重油管沉降10mm，沉降速率2mm/d，傾斜率0.0025;凈空收斂：豎井20mm，橫通道10mm，變化率2mm/d。

根據(jù)施工監(jiān)測(cè)顯示，各項(xiàng)沉降指標(biāo)都能滿足要求。開(kāi)馬頭門期間部分監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)分析圖如圖2所示。

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