地铁暗挖车站“PBA”洞桩法三联拱扣拱施工技术

地铁暗挖车站“PBA”洞桩法三联拱扣拱施工技术

摘 要介绍了沈阳地铁二号线沈阳北站站下穿北站路暗挖段“PBA”洞桩法暗挖施工中的关键技术之一的扣拱施工,包括扣拱施工的难点、施工方法及施工注意事项,可为类似工程施工提供一定借鉴和参考。

关键词暗挖车站;洞桩法;扣拱

1工程概况

沈阳地铁二号线沈阳北站位于铁路沈阳北站站前广场下方,下穿北站路,位于广场部分采用明挖法施工,地下三层,结构埋深22m,下穿北站路部分采用“PBA”洞桩法暗挖施工,地下两层,结构埋深22m。暗挖段长37.1m,拱顶覆土6.4m,为双层三跨三联拱结构,采用钻孔灌注桩围护,内设钢管支撑,坑外降水方案。从车站明挖段向暗挖段推进施工。

拱顶地层从上至下依次为:沥青路面、4m厚的回填层、粉细砂层。北站路下方各类既有管线密集,主要为雨污水管、自来水管、燃气管、电力排管等,道路双向八车道,交通繁忙,车站周边为高层商业区和金融区。

在围护桩、钢管柱和顶纵梁体系完成后,需进行拱的施工,将桩和梁连接起来,也称扣拱施工。本工程为三跨三联拱结构,浅埋暗挖,跨度大,受力复杂,顶部扣拱是暗挖段施工成败的关键。

2施工方案

在主体明挖段基坑开挖的过程中施工主体暗挖段的上层四个小导洞和边导洞内的围护桩,在明挖段端头井的结构完成后施工暗挖段的下层两个中导洞、底纵梁,以及钢管柱和顶纵梁,为暗挖段的扣拱施工做好准备。

暗挖段设计为双柱双层三跨拱形结构,拱部初支厚350mm,边桩为φ1000@1200mm钻孔灌注桩,拱部二层厚600mm,中柱为φ1000mm钢管混凝土柱,暗挖段基坑宽度26.7m,开挖高度16.9m,覆土厚6.4m。对暗挖段的扣拱施工认真研究、科学组织、精心施工,防止开挖坍塌以及结构变形,确保扣拱施工的安全和施工质量。

3扣拱施工难点及应对措施

根据现场的地质条件、施工环境和结构力学分析,扣拱施工存在以下难点:

3.1大跨度暗挖施工风险大

一是中跨开挖线弧长5.3m,边跨开挖线弧长7.5m,且开挖面半径大,拱顶较平,

都增加了开挖的难度。二是拱顶覆土浅,掌子面为细砂,自稳性较差,开挖后易坍塌,工程地质条件差。三是拱顶存在多条含水管线,是施工中的一大隐患。四是受地面的交通动载扰动,开挖过程中易引起砂层塌落。

应对措施:在大跨度断面开挖前,先从主体明挖段方向在开挖拱顶上方施工φ180@300的管棚,用于承担地面荷载,防止地面的大面积坍塌破坏。在开挖过程中逐环打设超前小导管注浆加固砂层,注浆采用加固砂层效果较好的液态固砂剂,防止拱顶漏砂和掌子面坍塌。

3.2扣拱施工结构受力复杂

“PBA”工法施工过程中需经过多次受力转换,其中最主要的受力转换发生在扣拱阶段。扣拱过程中,先由大断面初支将拱顶覆土的竖向荷载转换为水平荷载,将力传递到围护桩和小导洞以及顶纵梁、钢管柱上,使得围护桩、顶纵梁、钢管柱既要承受竖向压力,又要承受水平推力,且还要保持水平推理的平衡,拱顶二衬的施工进一步将拱顶压力彻底转换到围护结构和框架结构上。维持受力平衡,保证受力转换顺利完成是扣拱施工的关键。

应对措施:合理安排施工工序,先施工中跨的初支和二衬,完成中跨的结构,然后对称施工边跨的初支和二衬,使得顶纵梁和钢管柱受力均匀。在两顶纵梁之间设置即能受拉又能受压的φ108@1000的钢管,以维护两顶纵梁的位置相对固定。同时对顶纵梁的水平位移密切监测,稍有变形立即停止施工,在采取可靠措施后再施工。

3.3初支和二衬的施工节点多

首先是初支的连接节点多,中跨的格栅连接在两中导洞的拱部格栅上,通过中导洞的初支落于中纵梁上,边跨的格栅一侧落在桩顶冠梁上,一侧落在中导洞的另一侧的拱部格栅上,分别将初支落在围护桩和中纵梁上,三联拱初支共有8处纵向通长的连接带。其次是二衬分别与桩顶冠梁和中纵梁共有6处纵向通长的连接带。如何处理好数量众多的初支和二衬的施工节点是确保结构工程施工质量的关键。

应对措施:根据施工工艺,上述的施工节点都是不可避免的,关键是如何保证节点的施工质量。1)要做好节点处的预留,上道工序为下工序的施工预留好接茬。2)要设计好结构受力传递的力学构造,由于拱承受着巨大的围岩和结构荷载,并将其传递到围护桩和梁柱结构上,在施工过程中节点处的受力构造非常重要,处理不慎就会造成结构破坏,造成施工危险。

3.4施工作业面狭小,施工组织困难

扣拱施工在已经完成的主体明挖段结构内进行,开挖施工的出土、安装格栅、喷混,二衬施工需要分段拆除小导洞,铺防水板、安装拱部钢筋、搭设拱架并浇筑混凝土,由于施工作业面狭小,科学、合理的进行施工组织是保证施工顺利进行、

提高施工效率的重要措施。

应对措施:为解决场地小的困难,将格栅制作、存放以及喷混料拌制场地设置在地面,使用时临时搬运到作业面,设置一台龙门吊专门用来吊装出土,利用结构中板作为中转场地。二衬施工前,将三跨之间设置一处横向通道,是的中边跨和四个小导洞之间完全连通,增加了施工通道,方便了材料的搬运,为流水作业创造了条件。

4施工方法

沈阳北站站主体暗挖段的扣拱施工共分五步,具体做法如下:

1)在主体明挖段施工暗挖段的大管棚。管棚施工要注意定位和施工精度,减少对开挖施工的干扰。

2)先施工中跨的初支,将中跨初支连接在小导洞的格栅上。

3)在中跨初支完成后,对称开挖两边跨初支,边跨开挖面较大,分成两幅开挖。边导洞内的初支部分在施工桩顶冠梁时已完成。

4)在边跨初支完成后,施工中跨的二衬。为保持结构的受力稳定,拱顶二衬施工分段进行,每段长7.0m,拆除一段小导洞侧壁施工一段二衬,然后再拆除、施工下一步。严禁同时拆除多段。

5)在中跨二衬施工完成后在对称施工两边跨的二衬,施工工序同中跨相似。

5施工注意事项

1)扣拱施工的关键在于控制施工工序,根据结构的特性安排施工,减少施工的不利影响和额外干扰。

2)两边跨施工需对称同时进行,防止两边不同步对顶纵梁产生不均匀推力而发生位移和破坏。

3)在施工中应加强测量工作,及时发现问题。

4)扣拱施工工序复杂,应用的比较少,在施工前需要对管理者和操作人员进行培训学习,明确各步的施工含义、要求和注意事项,提高协作作业能力。

参考文献

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[2]关宝树.隧道工程施工要点集[M].北京:人民教育出版社,2003

[3]郭永军.地铁暗挖车站扣拱施工技术[J].科技情报开发与经济,2006,01.