地铁特大风道进主体暗挖施工转换技术

1 工程概述 北京地铁黄庄站位于海淀区中关村大街与知春路、海淀南路的十字交叉路口处,为四号线和十号线的交叉换乘车站,建筑面积25000m2,是目前国内最大的一次性暗挖车站。四号线车站主体双层暗挖段施工通过南北两端的风道进行,风道尺寸为12.96m(宽)×19.574m(高),是目前北京地铁最大断面的风道,在风道施工完成后,即转入四号线车站主体68m双层暗挖段施工。风道与四号线车站主体洞口关系见图1。 四号线车站主体双层段为暗挖的三连拱的两层三跨结构,开挖总宽度为26.4m。两侧拱采用上、下四导洞的洞桩(柱)法施工。施工导洞初期支护均为马蹄形暗挖结构,导洞开挖断面为10.82m×5.97m,车站上下施工导洞拱顶覆土厚分别为7.1m和18.0m。车站上下施工导洞地质分别为粉质黏土和卵石层。拱顶主要有Φ600承插铸铁上水管,Φ300~Φ1000雨污水管5条,地面车流量大。 2 施工风险分析及其对策 首先,由于风道高度近20m,主体导洞开口施工时,需要破除的初期支护面积比较大,在风道二次衬砌施作之前直接破除马头门,将土体侧压力等外力释放,受力转换施工是地铁浅埋暗挖施工的特殊工序,如不采取加固措施,风险极大。其次,上导洞拱顶距离地面覆土较浅,且对管线保护要求高,下导洞拱顶处于卵石层上,极易塌方,需要采取切实可行的超前支护措施。第三,由于多导洞开挖,容易产生群洞效应,对控制地表沉降不利。 鉴于以上原因,在施工中采取的对策是:第一,在风道内施作加强环梁,进行受力转换;第二,上、下导洞均打设Φ159大管棚与Φ42小导管进行超前支护,并在下导洞卵石层进行超前支护时配合注改性水玻璃浆,以杜绝塌方,保证路面和管线的安全。第三,采取科学有效的施工顺序和步距,减小沉降。第四,加强监控量测,以信息化手段指导施工。 3 风道进主体受力转换施工技术 在风道开挖封端施工完成后进行主体开口施工,通过采用超前支护及设置加强环梁等措施,确保风道在二衬结构未施作的情况下开口和受力转换的安全,四号线车站主体开口施工流程见图2。 3.1 土体超前预支护 3.1.1 超前管棚 沿主体上、下导洞初支拱部设置超前管棚,管棚选Φ159热轧钢管,t=8mm,间距400mm,上导洞采用非开挖铺管技术一次施作68m,下导洞采用螺旋钻施打18m,钢管内灌筑水泥砂浆。 3.1.2 超前小导管 管棚间采用小导管周壁预注浆,小导管选用Φ32的热轧钢管,t=3.25mm,长度2.5m,外插角5°~10°,环向间距0.4m。注浆浆液根据地层情况选用,尤其在卵石层,采用注改性水玻璃浆液,注浆压力控制在0.4~0.6MPa,具体超前支护如图3所示。 3.2 施作加强环 待车站主体Φ159管棚和超前小导管施作完成后,在风道内设置宽100cm、厚50cm的加强环梁,加强环梁的钢筋与管棚、小导管外露50cm部分连成整体,喷射混凝土以增加刚度。为加快施工进度,首先封闭下面两导洞加强环梁后,进行导洞一、二的开口转换施工;再封闭上面两导洞加强环梁,全部加强环梁施工完成后,进行上面两导洞开口转换施工。施工时分段破除风道初衬轮廓,留置钢格栅,将环梁主筋从钢格栅穿过并锚固在一起,喷射混凝土进行封闭,依次破除初衬另一段轮廓直到整个马头门轮廓完成,加强环结构见图4。通过马头门加强环的施作,将导洞一与导洞二、导洞三与导洞四连为一体,各个导洞变为一个受力整体。从图4可以看出,上、下导洞通过格栅锚筋与风道、主体进洞拱部加强环梁联结为一个整体,从而保证了破除马头门时结构的整体性和稳定性。 4 车站主体开口转换施工 四号线主体先开挖下导洞后开挖上导洞,主体开口待风道管棚及正洞加强环梁施作结束后进行。上导洞采用CRD法施工,下导洞采用双侧壁导洞法施工,上、下导洞均以台阶法施工为基础进行。主体开挖断面为10.820m×7.972m,上导洞分4部、下导洞分3部进行施工,如图5所示。 4.1 主体开挖轮廓定位放样 由测量班准确定位主体导洞开挖轮廓线。 4.2 拆除风道初支面 首先注浆加固地层,破除风道靠主体侧边墙格栅部位的支护结构,破除宽度按50cm进行,安装主体第一榀格栅及锁脚锚管并喷混凝土支护,再拆除该部位主体掌子面其余支护结构。 4.3 主体第一榀格栅施工 第一榀格栅安装时应与风道预埋主筋焊接,确保焊接长度,格栅安装完毕后及时喷射混凝土支护。 4.4 确保掌子面土体稳定 在掌子面支护结构破除后,第二榀钢格栅开挖安装前,掌子面部位土体先采用素喷混凝土封闭,确保土层稳定。 4.5 开挖工法 一、二导洞采用双侧壁导坑法施工。Ⅰ~Ⅲ部采用上下台阶法施工,台阶宽度2~3m,高度为格栅节点高度。由于导洞开挖高度近6m,为保证上台阶作业,上台阶采用预留核心土法施工,核心土尺寸:宽度×高度=1m×1.5m,先开挖周边土体安装拱部格栅,开挖进尺按每榀50cm,格栅安装完毕,及时喷射混凝土支护封闭,根据地层情况进行小导管注浆作业。三、四导洞采用CRD工法施工,施工中按照编号1~4的顺序施工。 4.6 施工顺序 以四号线导洞开挖断面(图3)为例作一介绍。 第一步:初期支护及地层加固后,先后开挖1、2号导洞土体,施作初期支护及锁脚锚杆。 第二步:继续开挖3、4号导洞土体并进行初期支护。1、3导洞,2、4导洞,3、4导洞之间纵向步距12~18m。再先后开挖5、6导洞,施作初期支护,完成下导洞施工。3、5导洞,4、6导洞纵向步距错开12~18m。 第三步:上导洞开挖按照7~14的顺序施工(见图3),施工纵向步距类似下导洞,原则是上、下,左、右导洞的步距控制在12~18m。 5 监控量测 监控量测是保证施工安全的重要环节,通过监控量测数据可以分析确认围岩的稳定性,监测风道和导洞初期支护结构受力变形情况,通过监测数据的反馈信息及时调整支护参数和施工方案,控制并减少沉降,避免造成地面塌陷和管线损坏,保证施工安全又可科学地加快施工进度。下面以风道监测为例说明(见图6)。 5.1 量测项目 (1)地表下沉;(2)拱顶下沉;(3)净空水平收敛;(4)格栅钢筋应力应变;(5)围岩接触压力;(6)格栅支撑轴力;(7)管线的沉降。 5.2 监测仪器 精密水准仪,收敛计,钢筋计,轴力计,压力盒等量测仪器。 5.3 监测地表沉降基准值(见表1) 6 施工中质量安全控制要点 (1)加强结构受力转换时的监测,及时反馈信息,由监测反馈信息指导施工,做到信息正常,严密监测;信息反常,即刻采取应对措施。 (2)严格遵循浅埋暗挖“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”十八字方针。 (3)严格控制各导洞开挖步距及各部工作面间隔距离,避免出现群洞效应。如果导洞间工作面齐头并进,会造成多个导洞的应力和沉降叠加,加大地表沉降,危及地面管线安全。根据施工中的经验,各导洞间工作面的合理距离应控制在12~18m。 (4)为了减小地面沉降,导洞暗挖施工中,重点采取及时打设锁脚锚杆,格栅底部铺木板增加受力面,及时进行拱背回填注浆等加强措施。 (5)格栅结点板处是初支结构受力的薄弱环节,连接筋的焊接质量应严格控制。 (6)针对浅埋暗挖风险比较大的特点,施工中应制定防坍塌及管线保护措施以及详细的应急预案。配备抢险应急物资,如编织袋、方木、小导管等,放在掌子面位置,以便发生险情时立即到位。 (7)如掌子面出现土体含水量增多、土体坍塌、管线渗漏、遇中雨以上的降雨天气等特殊情况,应停止开挖,封闭掌子面,并采取相应措施。 7 结束语 由于风道的加强措施得力,主体开口施工过程中,保证了风道结构自身的安全;在施工中严格按照浅埋暗挖的十八字方针,超前支护到位,杜绝了地面坍塌事故;控制了地表沉降,保证了各种管线的安全,在类似的工程施工中,具有很好的借鉴作用。 信息来源于：中国城市轨道交通网