【摘要】北京地铁五号线东四站位于繁华闹市区,受环境条件限制,车站两端采用明挖法施工,中间采用暗挖法施工。文章侧重讨论车站暗挖段的施工方案的比选和确定,以及采用中洞法的施工步骤。
【关键词】地铁车站 暗挖段施工 施工方案
1 工况概况
1.1 车站地理位置和周围环境
地铁东四站位于朝阳门内大街与东四南大街交叉口上,处于繁华的市中心,有多路公交车经过。车站主体顺东四南大街,呈南北走向,东四南大街规划道路红线宽70 m , 现状路宽为22 m , 朝内大街已改造完,道路红线宽60 m , 两方向客流均衡,交通十分繁忙;且远期六号线顺朝内大街,呈东西走向,在此站换乘。车站用地范围内地面标高为44.40～44.70 m 。
车站位置地面建筑物及地下管线众多。朝阳门内大街与东四南大街交叉口的东北角为朝内菜市场,为三层钢筋混凝土框架结构,设一层地下室,采用筏板基础,埋深约为6 m ; 西北角为明华烧卖馆,东南角为雅戈尔等商业店面,西南角为厚珍楼饭庄。施工期间不能对交通造成影响,且朝内菜市场不能拆迁。地下管线计有上水管、雨污水管、天然气管和通讯电缆沟等。
图1 车站总平面示意图
1.2 东四站车站结构形式及规模
本车站两端为明挖段,结构形式为三层三跨框架结构;中间为暗挖段,结构形式为单层三拱两柱结构。车站有效站台中心里程为: K9 + 570 。车站总长度197 m , 暗挖段长为96.80 m , 明挖段长为100.20 m 。总宽:暗挖段为22.90 m , 明挖段为26.20 m 。暗挖段覆土厚度13 m , 明挖段覆土厚度3.6 m 。站台宽度14 m 。明挖框架结构地下一层为站厅层,地下二层为设备层, 地下三层为站台层。车站设置东南、东北、西南、西北4 个出入口和南、北2 个风道。
车站两端为现浇钢筋混凝土地下三层三跨框架结构,由侧墙、梁、板、柱等构件组成,采用明挖顺筑法施工。中间暗挖段采用单层三连拱复合衬砌结构,初期支护为钢筋格栅拱加喷射混凝土结构,二次衬砌为模筑钢筋混凝土结构,初期支护与二次衬砌之间设置防水层。
车站西南、西北两个出入口由于横穿东四南、北大街,路面车辆繁忙,地下管线密集,为不影响地面交通和避免大量的地下管线改迁,此两个出入口穿过道路地段采用暗挖法施工,其它出入口采用明挖法施工。两个风道均采用明挖法施工。
1.3 工程地质和水文地质
(1) 工程地质自上而下依次为:人工填土层(杂填土和粘质粉土素填土),厚度2.7～4.4 m ; 粘质粉土、砂质粉土,厚1.5～4.5 m ; 粉细砂层,厚6.5～8.7 m ; 圆砾层4.0～6.5 m ; 粘质粉土,厚2.0～4.3 m ; 中粗砂层,厚2.0～3.2 m ; 卵石,厚5.0～13.0 m 。
(2) 水文地质自上而下依次为:上层滞水,赋存于填土层和粘质粉土、砂质粉土层中,受管道渗漏影响; 潜水,赋存于粉细砂层、中粗砂层、圆砾层、卵石层中; 承压水,赋存于中粗砂层、卵石层孔隙中。
(3) 工程地质评价:地面以下15 m 范围内的人工填土、粘性土、粉土、砂土,15 m 以下的粘性土、粉土、砂土、碎石,自稳能力较差,易坍塌,开挖施工必须有完善的超前支护。
2 暗挖段车站结构施工方案的确定
2.1 选择暗挖段车站结构施工方案的原则
(1) 施工风险小,能有效地控制沉降,保证周边建国内外浅埋暗挖车站的施工经验,对中洞法和侧壁导筑物及地下管线的安全; 坑法进行比选(见表1) 。
表1 各种施工方法比较
比较了两种施工方法的优缺点,考虑东四站的站址环境,最终决定采用中洞法进行本车站暗挖段的施工。
3 暗挖段车站结构的施工方法及工艺
3.1 暗挖段车站结构工程的施工原则
在车站暗挖段主体结构施工过程中,本着如下原则进行施工:
(1) 地面场地内装吊存放系统与地下出碴进料运输系统配套,开挖体系、支护体系、量测体系必须紧密结合。
(2) 施工方法的选择原则是在确保安全的前提下, 快速、优质完成土建工程,压缩工期,尽量降低成本。
(3) 对不同地层采取不同的支护措施,优化施工顺序,保证洞室施工安全,减小地表沉降,最大限度减少对地表建筑、地下构筑物的影响,做到稳妥可靠,万无一失。
(4) 遵循“ 管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”的施工原则。
(5) 采取“以防为主、刚柔结合、多道防线、因地制宜、综合治理”的结构防水原则,做到不渗不漏。
(6) 施工工序及施工组织严格遵循“ 先加固、后开挖”的原则,做到加固一段,开挖一段,封闭一段。
3.2 暗挖段车站结构的施工方法
根据招标文件及设计文件,本工程暗挖段主体结构采用中洞法施工,隧道初期支护采用网、喷、钢拱架联合支护,拱顶范围内采用大管棚间插小导管对地层注浆预加固。大管棚选用<108mm 、壁厚8 mm 的热轧钢管,长度18 m , 搭接6 m , 钢管沿车站开挖轮廓倾角2°～3°设置,环向间距500 mm , 钢管内灌注水泥浆; 管棚间插<42 mm 小导管超前预注浆加固地层,小导管选用壁厚3.5 mm 的热轧钢管,长3.5 m , 搭接1.5 m ; 初期支护采用双层挂网喷射混凝土加钢拱架,纵向间距0.5～0.75 m/榀,两榀格栅钢架间设纵向连接钢筋; 喷射混凝土为C20 ; 初喷5 cm 后架设钢拱架,再分次补喷25 cm 混凝土包裹钢拱架至设计厚度。二次衬砌前,预留注浆孔补压水泥浆,使衬砌背后充填密实,二次衬砌采用整体模筑C30 防水钢筋混凝土,厚55 cm , 混凝土的抗渗指数不小于S10 。
3.3 暗挖段车站结构的施工流程(见表2)
在暗挖段具备施工条件后,即进行马头门破口,人工开挖1 部( 中洞上部) 土体, 然后初喷5 cm 厚混凝土,架格栅钢架,格栅钢架纵向间距50～75 cm , 施作锁脚锚杆,挂网喷射厚25 cm 的C20 混凝土,封闭仰拱。为防止拱脚下沉,拱脚处采用加大拱脚的方法处理。在1 部土体开挖3～5 m 后,2 部土体跟进施工,施工步骤同1 部。在1 、2 部前进3～5 m 后,继续开挖3 、4 部土体,施作初期支护及锁脚锚杆,形成封闭体。在3 、4 部施工3～5 m 后陆续跟进施工5 、6 部。至此,完成一个循环,中洞开挖支护完成。
中洞初期支护完成一个单元(即一个管棚长度,开挖长度为12 m) 后,即进行二衬结构的施工。在临时仰拱上开洞,施作中柱与底、顶纵梁;拆除临时中隔壁, 施作中洞底板及顶板二衬混凝土,封闭中洞全部二衬结构。待中洞结构混凝土达到设计强度的70 % 后,进行两侧洞施工,左右对称开挖7 、8 部,封闭方法与前部相同。在7 、8 部土体开挖3～5 m 后,陆续跟进施工9 、10 及11 、12 部。待一个单元的土体全部开挖完成后,即拆除本单元的临时仰拱及临时中隔壁,施作其余部分结构混凝土。
