地铁车站狭窄场地施工技术研究

王立朋

(中铁十九局集团第五工程有限公司 辽宁大连 116000)

1 引言

暗挖地铁车站通道是利用斜井、风井作为施工通道，完成主体结构的开挖支护。但在城市施工中往往受到征地拆迁限制，斜井、风井等难以实施，需要综合考虑场地条件，对施工总体方案进行优化。可通过设置临时竖井、移动风井等措施，为车站主体施工创造必要条件[1－2]。

2 工程概况

2.1 设计方案

青岛地铁1号线水清沟站位于市北区四流南路与萍乡路丁字路口，沿四流南路路中南北向布置。车站西北侧为天丰造纸厂4～7层办公楼(施工车站时需部分拆除)，西南侧为待拆迁中石化加油站，东侧为居民区，西侧紧邻深水明渠、鸿海家园酒店。四流南路为城市主干道，宽16.60 m，车流量较大。水清沟站为双层圆拱复合式衬砌结构，全包防水型断面，车站全长213.50 m，标准宽度为21.512 m，高17.917 m。主体结构以1号风道及2号风道作为施工通道，采用拱盖法施工。水清沟站共设两个出入口(A、B出入口)、两个预留出入口、两个安全出入口、两个风道(1号风道、2号风道)。

2.2 存在的问题及解决方法

车站小里程端1号风井位于废弃中石油加油站场地内，2号风井位于天丰造纸厂内，需要在征地拆迁完成后才能施工。由于征地拆迁存在困难，迟迟无法开工，将影响后续车站及附属施工。在详细研究车站站位及现场多次踏勘后，发现四流南路与金华路交界处存在一处三角形市政公共场地，面积约500 m2，靠近车站小里程端，位于车站主体结构左上方，具备竖井设置条件，且场地可以长时间占用。通过综合对比，从造价、占用时间、工效、利用率、安全、进度等方面综合考虑，选择在车站主体上方设置临时竖井。在车站主体上方设置临时竖井方案在青岛地铁建设中尚属首次，经过与设计院、业主、专家多次论证，最终确定在车站主体上方设置临时竖井方案[3－5]。

2.3 竖井及通道

临时竖井设在四流南路与金华路丁字路口绿地内，位于水清沟车站主体结构正上方。临时施工竖井为矩形断面，内净空为6.0×8.0 m，竖井深度为27.334 m，采用倒挂井壁法施工。施工前进行场地平整，旋喷桩止水。竖井开马头门处的横通道为平顶直墙断面，净宽7.0 m，净高1.183～8.821 m(随车站轮廓变化)。横通道采用门式钢架进洞，钢架内架立车站主体结构初支，初支架立完毕后破除门式钢架及部分施工竖井侧壁，施工横通道以外的车站主体结构。在横通道以外的车站主体拱盖结构完成后，再施工横通道内二衬扣拱，施作横通道内的车站二衬结构，回填竖井[6]。

在车站拱部开挖及结构施工过程中，小里程端1号风井拆迁仍未完成，为充分利用竖井，对临时竖井方案进行优化设计，延长竖井使用周期，在竖井与主体拱盖接口处设置环梁、预留接驳器，待车站主体结构下部开挖及结构完成后再对临时竖井与主体拱盖接口处结构进行封闭，并回填竖井。

竖井上部处于人工杂填土和粉质黏土、中粗砂地层，下部主要处于强风化花岗岩－中风化花岗岩－微风化花岗岩地层，横通道长度19.162 m。

2.4 水文地质情况

钻探揭示，由上至下竖井穿越地层主要为素填土、粉质黏土、中粗砂、中风化花岗岩、花岗岩(块状碎裂岩)、微风化花岗岩(碎裂岩)、花岗岩(块状碎裂岩)。其中杂填土、粉质黏土、中粗砂层厚度为7.740 m，中风化层厚度10.894 m，其余均为微风化层，地质条件较好。地下水主要以上层滞水及基岩裂隙水为主[7－9]。

3 工程特点

(1)临时竖井位于车站正上方，减少了横通道施工长度，可节约工程成本、加快施工进度。临时竖井见图1。

图1 临时竖井平顶直墙进洞

(2)竖井开马头门处横通道为平顶直墙断面，相较于传统风道与主体接口处弧形断面，降低了施工难度，见图2。

图2 风道弧形直墙进洞

(3)临时竖井位于车站靠中间部位，能同时向车站两端施工，增加了作业面，加快了施工进度。

(4)临时竖井位于主体上方，车站主体施工时材料、渣土直接从竖井吊装，减少了横通道运输转弯环节，提高了吊装效率及施工安全性。

(5)主体拱部、下部开挖及结构施工均能利用临时竖井，施工效率较高；在车站中板完成后，车站出入口暗挖施工也能利用竖井，有利于现场施工组织设计[10－11]。

4 受力分析

计算采用地层－结构模型进行，将结构与地层看作同时作用。计算采用主要地层参数以地勘报告相关内容选取，填土弹性模量根据以往工程经验取值。

施工竖井按极限状态法采用基本荷载组合进行设计，结构受力模型如图3所示。施工横通道采用地层－结构模型计算，其中土层至强风化地层采用摩尔－库伦准则，中风化及微风化地层采用D-P准则计算，地层结构模型如图4所示。

图3 临时竖井受力模型

图4 横通道受力模型

4.1 地层变形结果分析

地层变形结果见图5。根据模拟结果可以看出，拱顶沉降约为－1.386 mm，小于拱顶下沉控制值－30 mm，满足要求。

图5 地层变形计算结果

4.2 接口处初支钢架受力验算

竖井与主体接口处设计采用25号工字钢，截面处于复合受力状态，选取钢架弯矩最强截面进行验算，Mmax＝2.76 kN˙m，Vmax＝5.65 kN，F＝27.6 kN。分析结果:

最大正应力σ＝73.401 N/mm2；平均剪应力τ＝1.535 N/mm2。

Fx作用下的剪应力最大值τmax＝0.000 N/mm2；Fy作用下的剪应力最大值τmax＝4.282(N/mm2)。

σ＝73.4≤f＝215.0 N/mm2；τ＝4.3≤fv＝125.0(N/mm2)。

根据分析结果可以看出，满足要求。

5 施工技术

5.1 准备工作

施作围挡、场地平整完成，水电已接入现场；所需材料已通过进场检查，设备进行检查保养且验收完毕，人员培训考核合格[12]。

5.2 竖井及横通道施工

平整场地旋喷桩施工→锁口圈梁→倒挂井壁法开挖竖井，开挖支护至横通道上台阶→施作马头门上方超前支护，破除侧向井壁→马头门施工→施工横通道上台阶外层门型架支护(5～6 m)→暂停横通道上台阶开挖支护进行竖井剩余部分开挖支护并施工井窝→横通道上、中、下台阶开挖支护，完成外层门型架安装施工→完成内层格栅钢架支护(横通道上台阶施工时，可以进行部分内层格栅安装)及接口处钢架施工，支护体系转换完成→进行下一步主体开挖支护施工。

5.3 旋喷桩施工

临时竖井设计桩长7.14 m，旋喷桩直径800 mm，桩心距500 mm，桩间咬合300 mm，总桩数为67根。采用先引孔、后旋喷的三轴高压旋喷成桩工艺，具体施工参数见表1。

表1 旋喷桩施工参数

5.4 开挖支护

有钢架地段竖井每步开挖深度控制在1 m以内，无钢架地段控制在1.5 m以内，严控超欠挖。中间部分设临时集水坑，由潜水泵将积水及时抽出。在土质地层及强风化地段部分采用人工配合小型挖掘机和风镐进行挖掘。石质地层遇中风化和微风化岩层时采用爆破法施工。

在竖井爆破时，采用松动爆破炮孔布置方式，起爆时爆破飞石在竖井中央向上冲击，需重点防护掏槽部位飞石。在爆破时竖井内满布柔性炮被，防止爆破飞石对井壁及临时横撑造成冲击；在井口覆盖钢炮被，防止部分小飞石飞出井外，以达到安全爆破的目的。

竖井及横通道开挖支护，按设计支护方案，土方开挖每完成1个循环，及时完成初期支护，直至全部完成竖井及横通道施工。

5.5 马头门施工

临时竖井进入横通道处马头门采用L-5.0 m ϕ42×3.5 mm超前小导管支护，小导管环向间距为0.4 m，长度为5.0 m，角度15°；小导管沿门型架上方水平布置。

5.6 支护体系转换施工

主体结构与横通道为垂直交叉体系，在主体结构施工开挖前，需要完成横通道支护体系的转换。横通道采取双层支护，最外层为横通道本身支护，采取工字钢支护；内层为格栅支护，与横通道本身支护垂直相交，为车站主体自身支护。在内层支护完成后，可通过横通道向车站两端进行开挖施工。

外层门型架施工时预留与内层格栅连接的ϕ22钢筋，内层格栅与预留钢筋焊接牢固。由于内层格栅与竖井接口处为预留吊装口，内层格栅无法封闭成环，采用水平环状双拼工字钢及竖向双拼工字钢门架进行临时支护。主体采用CD法施工，在与主体拱部竖向临时支撑对应位置增加双拼工字钢门架支护。支护体系转换完成，进行下一步主体开挖支护施工，具体见图6。

图6 横通道支护体系转换

支护体系转换注意事项:

(1)初期支护尽早封闭以利安全；缩短循环作业时间，加强注浆。

(2)对已成型的支护结构定期检查，发现支护变形或损坏时立即修整加固。

(3)对地面沉降、收敛、拱顶沉降进行监测，发现问题及时处理。

6 监控量测

竖井周边环境复杂，施工过程中对暗渠、信号塔、地下水位、地表沉降、净空收敛、拱顶沉降、爆破振速等进行重点监测。拱顶沉降对比见图7、净空收敛对比见图8。

图7 拱顶沉降对比柱状图

图8 净空收敛对比柱状图

7 结束语

在竖井及车站开挖施工过程中，各项监测数据正常，均处于容许范围。采用本文施工技术，有效地加快了车站出入口施工进度，节约了工程成本，在1号线最晚开工的车站中，与其他车站同期完成了车站主体结构施工，满足业主整体工期要求，目前车站已竣工移交。