【摘要】北京地鐵五號線東四站位于繁華鬧市區,受環境條件限制,車站兩端采用明挖法施工,中間采用暗挖法施工。文章側重討論車站暗挖段的施工方案的比選和確定,以及采用中洞法的施工步驟。
【關鍵詞】地鐵車站 暗挖段施工 施工方案
1 工況概況
1.1 車站地理位置和周圍環境
地鐵東四站位于朝陽門內大街與東四南大街交叉口上,處于繁華的市中心,有多路公交車經過。車站主體順東四南大街,呈南北走向,東四南大街規劃道路紅線寬70 m , 現狀路寬為22 m , 朝內大街已改造完,道路紅線寬60 m , 兩方向客流均衡,交通十分繁忙;且遠期六號線順朝內大街,呈東西走向,在此站換乘。車站用地范圍內地面標高為44.40～44.70 m 。
車站位置地面建筑物及地下管線眾多。朝陽門內大街與東四南大街交叉口的東北角為朝內菜市場,為三層鋼筋混凝土框架結構,設一層地下室,采用筏板基礎,埋深約為6 m ; 西北角為明華燒賣館,東南角為雅戈爾等商業店面,西南角為厚珍樓飯莊。施工期間不能對交通造成影響,且朝內菜市場不能拆遷。地下管線計有上水管、雨污水管、天然氣管和通訊電纜溝等。
圖1 車站總平面示意圖
1.2 東四站車站結構形式及規模
本車站兩端為明挖段,結構形式為三層三跨框架結構;中間為暗挖段,結構形式為單層三拱兩柱結構。車站有效站臺中心里程為: K9 + 570 。車站總長度197 m , 暗挖段長為96.80 m , 明挖段長為100.20 m 。總寬:暗挖段為22.90 m , 明挖段為26.20 m 。暗挖段覆土厚度13 m , 明挖段覆土厚度3.6 m 。站臺寬度14 m 。明挖框架結構地下一層為站廳層,地下二層為設備層, 地下三層為站臺層。車站設置東南、東北、西南、西北4 個出入口和南、北2 個風道。
車站兩端為現澆鋼筋混凝土地下三層三跨框架結構,由側墻、梁、板、柱等構件組成,采用明挖順筑法施工。中間暗挖段采用單層三連拱復合襯砌結構,初期支護為鋼筋格柵拱加噴射混凝土結構,二次襯砌為模筑鋼筋混凝土結構,初期支護與二次襯砌之間設置防水層。
車站西南、西北兩個出入口由于橫穿東四南、北大街,路面車輛繁忙,地下管線密集,為不影響地面交通和避免大量的地下管線改遷,此兩個出入口穿過道路地段采用暗挖法施工,其它出入口采用明挖法施工。兩個風道均采用明挖法施工。
1.3 工程地質和水文地質
(1) 工程地質自上而下依次為:人工填土層(雜填土和粘質粉土素填土),厚度2.7～4.4 m ; 粘質粉土、砂質粉土,厚1.5～4.5 m ; 粉細砂層,厚6.5～8.7 m ; 圓礫層4.0～6.5 m ; 粘質粉土,厚2.0～4.3 m ; 中粗砂層,厚2.0～3.2 m ; 卵石,厚5.0～13.0 m 。
(2) 水文地質自上而下依次為:上層滯水,賦存于填土層和粘質粉土、砂質粉土層中,受管道滲漏影響; 潛水,賦存于粉細砂層、中粗砂層、圓礫層、卵石層中; 承壓水,賦存于中粗砂層、卵石層孔隙中。
(3) 工程地質評價:地面以下15 m 范圍內的人工填土、粘性土、粉土、砂土,15 m 以下的粘性土、粉土、砂土、碎石,自穩能力較差,易坍塌,開挖施工必須有完善的超前支護。
2 暗挖段車站結構施工方案的確定
2.1 選擇暗挖段車站結構施工方案的原則
(1) 施工風險小,能有效地控制沉降,保證周邊建國內外淺埋暗挖車站的施工經驗,對中洞法和側壁導筑物及地下管線的安全; 坑法進行比選(見表1) 。
表1 各種施工方法比較
比較了兩種施工方法的優缺點,考慮東四站的站址環境,最終決定采用中洞法進行本車站暗挖段的施工。
3 暗挖段車站結構的施工方法及工藝
3.1 暗挖段車站結構工程的施工原則
在車站暗挖段主體結構施工過程中,本著如下原則進行施工:
(1) 地面場地內裝吊存放系統與地下出碴進料運輸系統配套,開挖體系、支護體系、量測體系必須緊密結合。
(2) 施工方法的選擇原則是在確保安全的前提下, 快速、優質完成土建工程,壓縮工期,盡量降低成本。
(3) 對不同地層采取不同的支護措施,優化施工順序,保證洞室施工安全,減小地表沉降,最大限度減少對地表建筑、地下構筑物的影響,做到穩妥可靠,萬無一失。
(4) 遵循“ 管超前、嚴注漿、短開挖、強支護、快封閉、勤量測”的施工原則。
(5) 采取“以防為主、剛柔結合、多道防線、因地制宜、綜合治理”的結構防水原則,做到不滲不漏。
(6) 施工工序及施工組織嚴格遵循“ 先加固、后開挖”的原則,做到加固一段,開挖一段,封閉一段。
3.2 暗挖段車站結構的施工方法
根據招標文件及設計文件,本工程暗挖段主體結構采用中洞法施工,隧道初期支護采用網、噴、鋼拱架聯合支護,拱頂范圍內采用大管棚間插小導管對地層注漿預加固。大管棚選用<108mm 、壁厚8 mm 的熱軋鋼管,長度18 m , 搭接6 m , 鋼管沿車站開挖輪廓傾角2°～3°設置,環向間距500 mm , 鋼管內灌注水泥漿; 管棚間插<42 mm 小導管超前預注漿加固地層,小導管選用壁厚3.5 mm 的熱軋鋼管,長3.5 m , 搭接1.5 m ; 初期支護采用雙層掛網噴射混凝土加鋼拱架,縱向間距0.5～0.75 m/榀,兩榀格柵鋼架間設縱向連接鋼筋; 噴射混凝土為C20 ; 初噴5 cm 后架設鋼拱架,再分次補噴25 cm 混凝土包裹鋼拱架至設計厚度。二次襯砌前,預留注漿孔補壓水泥漿,使襯砌背后充填密實,二次襯砌采用整體模筑C30 防水鋼筋混凝土,厚55 cm , 混凝土的抗滲指數不小于S10 。
3.3 暗挖段車站結構的施工流程(見表2)
在暗挖段具備施工條件后,即進行馬頭門破口,人工開挖1 部( 中洞上部) 土體, 然后初噴5 cm 厚混凝土,架格柵鋼架,格柵鋼架縱向間距50～75 cm , 施作鎖腳錨桿,掛網噴射厚25 cm 的C20 混凝土,封閉仰拱。為防止拱腳下沉,拱腳處采用加大拱腳的方法處理。在1 部土體開挖3～5 m 后,2 部土體跟進施工,施工步驟同1 部。在1 、2 部前進3～5 m 后,繼續開挖3 、4 部土體,施作初期支護及鎖腳錨桿,形成封閉體。在3 、4 部施工3～5 m 后陸續跟進施工5 、6 部。至此,完成一個循環,中洞開挖支護完成。
中洞初期支護完成一個單元(即一個管棚長度,開挖長度為12 m) 后,即進行二襯結構的施工。在臨時仰拱上開洞,施作中柱與底、頂縱梁;拆除臨時中隔壁, 施作中洞底板及頂板二襯混凝土,封閉中洞全部二襯結構。待中洞結構混凝土達到設計強度的70 % 后,進行兩側洞施工,左右對稱開挖7 、8 部,封閉方法與前部相同。在7 、8 部土體開挖3～5 m 后,陸續跟進施工9 、10 及11 、12 部。待一個單元的土體全部開挖完成后,即拆除本單元的臨時仰拱及臨時中隔壁,施作其余部分結構混凝土。
