沈阳地铁崇山站主体施工方案比选

朱统步

（中铁十四局集团有限公司）

沈阳地铁崇山站主体施工方案比选

朱统步

（中铁十四局集团有限公司）

论文以崇山车站实际工程为依托，通过对施工安全、施工质量、施工进度、工程数量的变化及经济效益等不同方面的比较，分析了崇山车站总体施工方案的确定，对中洞初支护扣拱施工方案做了重点分析。研究采用PBA 工法，选择合理的施工分部、科学的开挖步序，减少了施工干扰，控制了地面沉降，保证了施工安全，加快了施工进度。

地铁车站；洞桩法；PBA工法；方案比选

地铁车站是地铁工程的亮点，同时也是一个施工难点。地铁车站施工方法的选择一方面受沿线工程地质和水文地质条件、环境条件（地面建筑物和地下构筑物现状、道路宽度、交通状况等），地铁的功能要求，线路的平面位置，隧道埋置深度以及开挖宽度等多种因素的制约，同时也会对施工期间的地面交通和城市居民的正常生活、工期、工程的难易程度、城市规划的实施、地下空间的开发利用和运营效果等产生直接影响。

本文以沈阳地铁二号线崇山站为工程背景，对洞桩法+PBA法施工的车站工程进行方案优化及数值模拟，力求了解每一个施工步序对主体结构力学性能的影响，找出较优的施工顺序，探讨洞桩法+PBA法的适应性。

1 工程背景简介

崇山路站为六导洞开挖的双柱三跨暗挖车站，车站沿北陵大街呈南北向布置，车站总长度约173.2m，标准段总长131.1m，结构总宽20.7m，总高度14.16m，结构埋深约为8.55-9.59m；车站站台宽度12 m，长118m。车站主体采用暗挖法施工，车站风井兼作施工竖井使用，采用明挖法施工。合同工期30个月，进场时间晚，工期压力大。

车站主体主要采用暗挖洞桩法+PBA混合工法进行施工，共设6个主体小导洞，布置方式为上4下2（车站主体结构标准断面图如图1所示）。施工期间利用风道作为施工通道使用。车站拱顶主要处于中密或密实状态的砾砂层，土层含水量丰富。暗挖涉及到大跨暗挖超前支护措施、多室群洞开挖步序选择、第四系地层分次暗挖沉降控制、洞内钻桩机械配置、洞内钢管混凝土柱施工、小导洞内大体积混凝土纵梁施工等技术难题。

图1 车站主体结构标准断面图(单位：mm)

2 地铁车站施工方案论证分析

目前，在我国城市地铁车站施工中，主要采用明挖法和浅埋暗挖法，崇山路站密集的市政基础设施，只有采用暗挖法施工，站体在施工过程中控制减小地层的沉降与松弛，减小由于地铁施工造成的桥梁基础的承载力损失。为加快施工进度，保障施工质量和施工安全，在崇山站的施工中拟对施工的上部导洞大小进行调整，从而引起了结构施工的步序改变，首先分析原设计方案与优化方案的对比并进行选择，确定最终的施工方案。

2.1 崇山路站主体结构施工设计方案

车站主体选择洞柱法＋PBA混合工法施工，为方便车站风道进正洞施工车站主体，并缩短工期，车站风道标准段采用CRD法分10部开挖，其中与车站接头挑高部分分10部开挖。

(1)施作拱部管棚，打设超前小导管，并预注水泥-水玻璃浆，台阶法施作顶导洞。

(2)打设超前小导管预注水泥-水玻璃浆，台阶法施作下部导洞。打设锁脚锚管并预留回填注浆管，开挖5m后进行回填注浆。

(3)施作洞内边桩、冠梁和中部上、下导洞拱部和底部内防水层、底梁、中柱和顶梁。

(4)打设超前小导管，开挖中跨站厅层上部土体，预埋拱背回填注浆管，施作中跨拱顶初期支护并回填注浆，并在两顶梁之间设临时拉杆。

(5)拆除小导洞部分侧墙混凝土，施作中跨拱顶防水层及二衬混凝土。

(6)打设超前小导管，对称开挖边跨站厅层上部土体，预埋回填注浆管，施作边跨拱顶初期支护并回填注浆。

(7)对称开挖边跨站厅层上部部分土体，拆除小导洞侧墙部分钢筋混凝土，对称施作边跨拱顶防水层及二衬混凝土。

(8)开挖站厅层中跨下部剩余土体，施作车站结构中跨中板处混凝土。

(9)对称开挖站厅层边跨下部剩余土体，拆除临时支撑，对称开挖中跨中板处土体，施作车站结构中板边跨处侧墙防水层及中板边跨混凝土。

(10)施作车站结构站厅层侧墙防水层及其混凝土。

(11)拆除拉杆，开挖中跨站台层土体，施作中跨底板防水层及混凝土。

(12)开挖边跨站台层土体，架设钢支撑。

(13)开挖边跨站台层土体，施作边跨底板防水层及混凝土。

(14)拆除钢支撑，施作站台层侧墙防水层及混凝土，施作站台板等内部混凝土结构。

2.2 施工步序优化设计

为加快施工进度，拟从如下方面设计方案进行调整：

(1)小导洞的施工顺序。

(2)小导洞的数量、大小及超前支护参数。

(3)车站中洞拱部拱形。

优化后方案仍然采用了原方案的设计理念，但是将车站中间上下两层的两个小导洞分别合二为一，将超前大管棚改为双排小导管，并调整了导洞的施工顺序，从而实现施工顺序的简化和施工空间的增加，并达到提高施工质量、加快施工进度的目的。

2.2.1 导洞尺寸调整情况：

调整前后导洞总跨度有所减小，为了能够将两条顶纵梁包括进来，调整后的导洞的顶部有所挑高，调整以后中间上导洞底部提高了约1.2m。

图3 调整前后尺寸图（单位：mm）

2.2.2 中洞拱形调整情况

由于导洞的变化，招标设计中洞拱形略显扁平，为了更有利于初支结构的受力和稳定，对中洞拱形也进行了微调如图4：

2.2.3 超前支护参数调整

原设计中超前支护采用Φ108，t＝8mm，L=30m，@=300mm的大管棚注浆。在管棚间采用小导管注浆加固地层，小导管为Φ32的热轧钢管，t＝3.5mm，长度2.5m，纵向每两榀打设一环。

图4 调整前后中洞拱部位置关系图(单位：mm)

优化后采用双排超前小导管进行地基加固，小导管采用Φ32，t＝3.5mm，L=2.5m，@=300mm的热轧钢管，纵向每两榀打设一环；中间增加Φ32的t＝3.5mm，L=1.5m，@=300mm的超前小导管，纵向每榀格栅打设一环。

3 优化方案比较

3.1 施工质量比较

通过对两施工方案比较可以看出，后者在施工质量方面也具有明显优势，主要体现在以下几个方面：

(1)结构的整体性更强。

由于顶纵梁和中洞拱部一次施工完成，底纵梁和底板一次施工完成，结构的整体性好，不容易出现裂缝和漏水等现象。

(2)接头数量减少。

由于顶纵梁和中洞拱部一起施工，底纵梁和底板一起施工，极大的减少了钢筋和防水板施工接头，极大的提高了钢筋混凝土和防水板的施工质量

(3)施工过程避免了对防水板的破坏。

原方案中需要对上层小导洞两侧与中洞相接位置的初期支护进行破除，此施工过程极易对此处预留的防水卷材造成破坏，且难以修补，这也是此种结构形式的车站最容易出现渗漏的位置。顶纵梁和中拱一起施工，同时还能够解决中拱和顶纵梁接缝处防水层难以保护的难题，对保证结构防水的质量具有重要意义。

①受力转换过程少。

原施工方案由于施工步序多，受力转换相对复杂，容易对钢管柱和中洞拱部衬砌造成不良影响。新的施工方案在整个施工过程中减少了钢管柱和拱部衬砌的受力转换，对于控制结构整体的稳定性和结构质量有重要意义。②施工空间的增加。

由于采用一个大导洞代替两个小的导洞，很大程度上增加的施工的空间，施工空间的增加使工人的施工更加方便、从容，从而施工质量更容易得到控制和保证。

③中洞拱形的调整。

由于新方案中洞拱形更加隆起，使中洞拱顶受力的侧向分力进一步减小，有利于控制中洞拱部开裂。

3.3.2 施工进度比较

根据目前国内暗挖地铁车站的施工经验，由于暗挖车站施工受到工作面少、工序复杂、施工危险性大等多种因素的影响，绝大多数暗挖地铁车站的施工过程中总会遇到诸多不可预知的情况，导致施工工期难以保证，甚至影响整条线路的施工总工期。

通过对两施工方案比较可以看出，优化后的方案在施工进度方面具有明显优势，主要体现在以下几个方面：

(1)开挖步序的减少：施工方案中洞共四个导洞，要分四次进行开挖，更重要的是中洞拱顶还有二次初期支护施工。优化后施工方案中洞格栅一次性施工完成，避免了中洞拱部的二次初支施工。

(2)导洞空间的增大：由于导洞施工空间的增加，为导洞内挖孔桩施工、底纵梁、钢管柱和顶纵梁等各道工序施工提供了广阔的空间，极大的提供了施工效率。

(3)二次衬砌施工工序的减少：优化后顶纵梁和中洞拱顶可以采用跳做法进行一次性整体施工，底纵梁和底板也可以一次性施工完成，与原来都分别进行施工相比较衬砌施工工序得到了简化，从而极大的节约了施工时间。

(4)施工缝的减少：优化前后共减少的4条纵向施工缝，每条施工缝长约172m，四条施工缝总长度688m。每条施工缝部位的施工都包含了钢筋的预留和焊接（或接驳器预留和连接）、防水板的预留和焊接、中埋式止水带的固定和安装、模板的安装和拆除、混凝土表面的凿毛等多道工序。由于施工缝的减少，上述施工工序得到了简化，从而极大的加快了施工进度。

(5)施工难度的降低：优化后的方案从一定程度上降低了施工难度，尤其是施工缝部位的钢筋预留、连接及初支破除时防水板的保护、修补等暗挖车站施工的共同难题，也从很大程度上加快了施工进度。

3.3.3 程数量变化及经济分析

经过进行结构优化后，崇山路车站的工程数量及经济效益等各方面又有了显著的变化，具体如表3-1、表3-2所示。

表3-2 优化前后经济分析情况表

3.3.4 施工安全分析

根据地铁施工的实际经验，虽然开挖宽度为8.5m，开挖高度5.7m左右的断面采用CD法并预留核心土进行施工也是安全的，但是新的方案与原设计方案相比较却存在以下缺点：

（1）施工过程安全风险加大。

一次性开挖成型一个大导洞与原来分两次先施工小导洞再进行中洞扣拱相比较，前者存在开挖面积大、施工周期长、土体暴露时间长等特点，这些特点无疑违背了十八字方针中的“快封闭”原则，增加了施工过程中发生塌方的可能性。

（2）地表沉降较大

无论是理论分析还是其他工程的实际施工经验都表明新方案的沉降量都要比原设计方案沉降量大，采用软件分析结果显示新方案的地表沉降量约37mm，而原设计方案的沉降量约15mm。由于该车站覆土较浅且上方管线众多，且有DN1000给水管线和DN800的排水管线，控制地层沉降至关重要，如果沉降控制不力极可能照成管线的渗漏，从而酿成恶性事故。

综合以上分析，虽然新方案有诸多优点，但是为了保证施工安全，降低施工风险，该车站最终采用了原设计方案。

为保证开挖安全及控制地表变形，车站两端原设计为36 米Ø108 大管棚。根据地质资料及风道实际施工记录，在车站拱部大管棚施工范围为砾砂层，大管棚成孔施工困难，成孔过程扰动周边土体，造成实际钻出量远大于计算量。同时，CRD 工法施工的风道提供给大管棚的操作空间有限，管棚要进行分段安装，效率低，平直度降低，打设角度精度控制不理想，角度外扩过大时，管棚下土体易坍塌；过小又有局部侵入开挖轮廓现象，处治风险高。

经过专家论证，结合沈阳其他车站管棚方案优化经验，对车站两端超前支护方案进行优化，采用双排 Ø32 小导管，小导管采用Ф32×3.25 水煤气管，间距300mm，小导管单根长L=1.8m，外插角10～200，纵向步距50cm，与风道交叉段采用 4.5m 长导管预加固，小导管中注水泥水玻璃双液浆，注浆压力为 0.5～1.2MPa。

4 结论

论文对崇山站的车站主体的结构优化方案进行了分析，通过对比方案优化和导洞尺寸、导洞位置、中洞拱形及施工中超前支护参数的调整情况，对优化前后车站主体的施工方案进行了对比，最终采用了原设计方案并进行了施工要点分析。针对施工中中洞初支扣拱的工程难点，给出了详细的进洞及支护方案。

[1] 施仲衡，冯爱军.城市轨道交通技术发展战略探讨[J].都市快轨交通，2004，17(4).

[2] 王梦恕.我国城市交通的发展方向[J].铁道工程学报，2003，3(1):43-47.

[3] 高成雷.浅埋暗挖洞桩法应用理论研究[D].成都:西南交通大学，2002.

[4] 李围，何川.地铁车站施工方法综述[J].西部探矿工程，2004，(7):109-111.

[5] 秦晓英.城市地铁车站 PBA工法施工力学效应的数值模拟研究[D].重庆:重庆大学，2008.

[6] 刘国生.沈阳某地铁车站浅埋暗挖洞桩法三维数值模拟[D].北京：中国地质大学(北京)，2008.

Chongshan Subway station construction in Shenyang Metro

This paper is based on the practical engineering of the shallow buried metro station in Shenyang. 2D plastic finite-element model of PBA standard cross section is respectively established. Study is also done to compare different construction scheme of PBA method, and compare the construction effection of PBA method in different surrounding rock grades. Furthermore，owing to the reasonable Partition and the scientific excavation Procedures，we succeeded in reducing the constructing disturbance，controlling the ground settlement，ensuring the constructing safety and accelerating the construction speed.

metrostation, Caven-PBA Method, PBA Method, project choose

?

TU75

B

1007-6344（2016）03-0193-03