汪家雷 （中鐵四局集團第五工程有限公司，江西 九江 332000）

隨著城市地下空間的不斷開發(fā)利用，地鐵建造技術(shù)在理論和施工工藝方面有了長足的發(fā)展[1～4]。在城市繁華地段由于交通不能中斷、管線無法遷改等原因，修建暗挖地鐵車站常采用淺埋暗挖法。淺埋暗挖法是我國在新奧法的基礎(chǔ)上進行改進的工法，分為洞樁/柱法、中洞法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法等多種施工工法[5-8]。

管幕洞柱法是一種新型修建超淺埋大跨度矩形地鐵車站的施工工法。該工法以單管頂進技術(shù)為基礎(chǔ)，各單管間依靠連接螺栓在鋼管側(cè)面相連澆筑混凝土過后形成預(yù)支護管幕，并作為車站開挖的初期支護，為典型城市淺埋大跨地下空間支護結(jié)構(gòu)一體化建造技術(shù)。

管幕洞柱法克服了傳統(tǒng)管幕工法橫向連接薄弱（僅鎖扣）、未能實現(xiàn)大面積挖及無法修建超淺埋平頂?shù)热秉c，國內(nèi)首次應(yīng)用于沈陽地鐵十號線東北大馬路站暗挖段工程。本文基于原設(shè)計，從以下幾個方面對管幕洞柱法施工技術(shù)進行了動態(tài)優(yōu)化與改進：

①鋼管頂進、管間清土、混凝土灌注關(guān)鍵技術(shù)動態(tài)優(yōu)化；

②側(cè)向管幕基礎(chǔ)關(guān)鍵技術(shù)動態(tài)優(yōu)化。

基于以上施工技術(shù)的動態(tài)優(yōu)化，該工程提高了施工安全性、施工效率及施工適應(yīng)性，可為類似地層的相似工程問題設(shè)計或處理提供參考。

1 工程概況

沈陽地鐵東北大馬路站總長226m、寬23m，為十號線與規(guī)劃遠期七號線的換乘車站，車站為雙層三跨平頂直墻島式站臺車站。

從車站位置、功能要求、工程造價等方面考慮，東北大馬路站兩側(cè)采用蓋挖法施工，中間43m采用國內(nèi)首次使用的管幕洞柱法施工，覆土4m。車站主要處于礫砂、中粗砂地層。

圖1 車站平面圖

管幕洞柱法施工步驟一般可以分為如下12步，見圖2。

①利用新工法暗挖段一側(cè)蓋挖基坑，隨挖隨打暗挖段頂部及側(cè)向鋼管，并挖除鋼管中土體。

②在鋼管內(nèi)安裝橫向連接螺栓與縱向架立筋，螺栓安裝完成后，在鋼管兩端安裝封堵板，通過封堵板預(yù)留灌漿孔，向鋼管內(nèi)灌注混凝土。

③采用超前預(yù)注漿加固地層，臺階法開挖底縱梁處導(dǎo)洞并施作初期支護。導(dǎo)洞初支格柵上預(yù)留節(jié)點板，便于后續(xù)導(dǎo)洞間封底格柵連接。先開挖Z1導(dǎo)洞，縱向貫穿。

④從一側(cè)蓋挖基坑臺階法開挖頂部Z2導(dǎo)洞，采用格柵支護導(dǎo)洞。

⑤分別施工導(dǎo)洞內(nèi)防水板、底縱梁及部分底板、頂縱梁、鋼管柱。

⑥重復(fù)第三～五步工序，縱向放坡開挖Z3、Z4導(dǎo)洞，導(dǎo)洞開挖過程中與相鄰的土體進行注漿加固處理，注水泥水玻璃雙液漿。分別施工導(dǎo)洞內(nèi)防水板，底縱梁、鋼管柱。

⑦破除上部導(dǎo)洞間格柵，鋪設(shè)防水層，施作中跨頂板。

⑧待頂板達到設(shè)計強度80%后，縱向分段開挖站廳層中板底以上土體，施作車站結(jié)構(gòu)邊跨處站廳層，施工中縱梁、中板及站廳層側(cè)墻。

⑨待中板及站廳層側(cè)墻達到設(shè)計強度80%后，開挖中跨土體至底板底，施作封底結(jié)構(gòu)并拆除導(dǎo)洞部分結(jié)構(gòu)，施作底板防水層及澆筑底板。

⑩待中跨底板混凝土達到設(shè)計強度80%后，開挖邊跨土體至底板底，施作封底結(jié)構(gòu)并拆除部分導(dǎo)洞結(jié)構(gòu)，施作底板防水層及澆筑底板。

施作剩余側(cè)墻及頂板防水層，澆筑側(cè)墻與頂板剩余結(jié)構(gòu)。

施作土建風(fēng)道及站臺板等車站內(nèi)部剩余結(jié)構(gòu)。

圖2 施工步序圖

2 關(guān)鍵技術(shù)動態(tài)優(yōu)化

2.1 鋼管頂進技術(shù)動態(tài)優(yōu)化

鋼管頂進效果決定管幕洞柱法中管幕預(yù)支護體系承載能力，甚至關(guān)系到整個工法應(yīng)用的成敗。針對頂管所處地層不均勻性，筆者提出從人工糾偏到半自動糾偏動態(tài)優(yōu)化過程。針對偏移的類型與偏移的成因，先試探使用人工超挖、施加墊板、補焊帽檐等形式進行糾偏，依據(jù)以上措施的糾偏效果，逐步優(yōu)化改進形成半自動糾偏設(shè)備。

該設(shè)備是在頂管前端安裝2m長工具管，工具管和頂管之間采用4個液壓千斤頂連接。頂進過程中，通過4個千斤頂分別施加不同的液壓實現(xiàn)工具管在不同方向輕微移動，實現(xiàn)鋼管糾偏，見圖3。

圖3 糾偏裝置

2.2 管間清土技術(shù)動態(tài)優(yōu)化

管間部分是管幕結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，管間殘留土的清理影效果影響后期管間混凝土能否灌注密實，并關(guān)系到管幕結(jié)構(gòu)能否達到設(shè)計的承載能力和橫向剛度。

圖4 開槽

筆者提出從簡易人工開槽清理逐漸優(yōu)化到人工側(cè)面開槽與微型水平螺旋鉆、高壓風(fēng)等措施結(jié)合的管間土清理方式。先在鋼管內(nèi)每個斷面交錯布置4個孔，尺寸為100×200@1000mm（見圖 4），先采用人工清土，如遇到不便于清理的殘土，采用微型長螺旋將管間區(qū)域土體攪拌松散，并結(jié)合高壓風(fēng)清理。

2.3 管內(nèi)（間）灌注混凝土技術(shù)動態(tài)優(yōu)化

頂進鋼管及相鄰鋼管間混凝土灌注的密實度直接影響整個管幕結(jié)構(gòu)的承載強度，筆者提出鋼管內(nèi)與鋼管間填充由普通混凝土優(yōu)化為C30超流態(tài)混凝土，結(jié)合側(cè)面開槽、管兩端封堵等技術(shù)措施進行混凝土灌注，見圖5。

圖5 混凝土灌注

3 側(cè)向管幕基礎(chǔ)關(guān)鍵技術(shù)動態(tài)優(yōu)化

側(cè)向管幕腳部需要加固處理以增加整個管幕體系的承載能力，控制整個管幕體系下沉。原設(shè)計方案是將多根鋼管并排連接在一起形成擴大基礎(chǔ)，由于底部鋼管頂進精度難以控制，如果偏差較大，相鄰鋼管的連接比較困難，則會降低管幕端部的加固效果，針對此種情況，筆者對側(cè)向管幕基礎(chǔ)施工技術(shù)進行了動態(tài)優(yōu)化，提出了側(cè)向管幕底部開挖導(dǎo)洞，洞內(nèi)施作L型基礎(chǔ)的側(cè)向管幕支撐結(jié)構(gòu)，見圖6。

圖6 改進后管幕基礎(chǔ)

4 管幕洞柱法施工技術(shù)探討

①整個管幕體系施工過程中既作為預(yù)支護體系又當(dāng)做初期支護，但現(xiàn)階段對于支護與結(jié)構(gòu)一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計理論還待完善。

②管幕體系依托單根鋼頂管頂進技術(shù)為基礎(chǔ)，各管間依靠連接螺栓在鋼管側(cè)面相連澆筑混凝土過后形成預(yù)支護管幕。單根鋼管的頂進精度直接決定整個管幕體系承載能力，尤其土體開挖過程主要是應(yīng)用管幕橫向承載力，頂管與頂管相互位置對管幕體系的受力影響較大。但是頂進過程頂管的糾偏是施工中的難點，尤其管幕結(jié)構(gòu)的鋼管是含翼緣的，鋼管頂進過程無法旋轉(zhuǎn)，給糾偏帶來一定困難，從頂進設(shè)備及頂管幾何形狀等方面還需要改進。

③管幕體系底部土體開挖過程主要是應(yīng)用管幕橫向承載力，但是管幕縱向受力效果更好，并且管幕體系與上部道路汽車行駛方向的角度影響整個管幕受力形式，所以管幕布置形式要綜合考慮施工環(huán)境、路面車流方向等因素。

④管幕洞柱法中盡管形成了管幕預(yù)支護體系，但是管幕底部還是需要向洞樁法一樣逐層開挖，對于能夠?qū)崿F(xiàn)大面積開挖，還需要一定改進。

⑤施工過程中鋼管的頂進是控制工期的主要階段，如果可以取消部分或者全部側(cè)向鋼管將大大縮短工期。側(cè)向管幕對于承受豎向力的效果遠不如樁體的承受效果，整個工法可以嘗試改進成基于水平管幕結(jié)合洞樁法及蓋挖順作的工藝的一種組合的施工方法，見圖7。

圖7 管幕結(jié)合蓋挖順作法

5 結(jié)論

本文從施工安全性、施工效率及施工適應(yīng)性等方面綜合考慮，對沈陽東北大馬路站暗挖段工程的管幕洞柱法施工技術(shù)進行了動態(tài)優(yōu)化與討論，得出如下主要結(jié)論：

①提出了鋼管頂進從人工糾偏到半自動糾偏動態(tài)優(yōu)化過程，研發(fā)了鋼頂管糾偏設(shè)備；

②提出了從簡易人工開槽清理逐漸優(yōu)化到人工側(cè)面開槽與微型水平螺旋鉆、高壓風(fēng)等措施結(jié)合的管間土清理方式；

③提出了由超流態(tài)混凝土代替普通混凝土，并結(jié)合側(cè)面開槽、管兩端封堵等技術(shù)的管內(nèi)管間混凝土灌注技術(shù)；

④改進了側(cè)向管幕基礎(chǔ)形式，提高了管幕體系承載力；

⑤對管幕洞柱法施工技術(shù)進行了探討，闡述了相關(guān)動態(tài)優(yōu)化觀點。

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