地铁工程施工竖井装配式支护方案探讨

杨成蛟

(辽宁省交通规划设计院有限责任公司，辽宁 沈阳 110166)

1 引 言

随着我国经济的快速发展，各大城市为了缓解交通拥堵问题，都开始大规模的修建地铁。但在市区范围的地铁建设环境较差，主要表现为城市道路宽度不足，但交通量却很大，同时地下管线密布，造成常规明、盖挖法不能满足地面交通疏解和管线迁改的要求，故很多车站、区间都采用浅埋暗挖法施工，以避免影响地面交通和市政管线。而作为浅埋暗挖法施工通道的竖井都采用倒挂井壁法施工，竖井侧壁支护结构则采用格栅钢架+喷射混凝土方案，该支护方案较为成熟，应用广，具有凝固时间短、早期强度高、结构刚度大的优点，但也存在施工能耗高、工效低、环境污染大、造价高等缺点。而装配式结构具有效率高、环保、经济等优点，无疑是规避常规竖井支护方案缺点一个好办法，同时也符合我国大力推广装配式建筑的政策要求。

因竖井结构较简单，目前基本没有针对独立竖井进行研究的相关文献，而对装配式竖井支护方案也仅有有少量的研究。关成立基于圆形竖井拼装式钢结构设计理念，研发了一套直径8.0 m内，深度10 m内圆形竖井拼装式钢结构主动预紧支护结构，并利用数值模拟对支护结构参数进行优化，最后通过现场加载试验和施工应用对拼装式钢结构的理论分析和设计进行了验证。郭瑞对内径12 m圆形盾构隧道接收井装配式内衬结构选型、拼装方式对衬砌管片受力及变形影响进行分析，确定管片的选型设计方案。徐金亮以学院桥站1#施工竖井项目为依托，对初支外轮廓尺寸5.38 m×9.88 m椭圆形波纹板装配式支护结构进行了力学分析，并对比现场实际监测数据，得到了新型装配式支护结构受力变形特点。上述学者都是对非常规竖井的装配式钢结构支护结构或装配式内衬结构进行研究，且装配式支护结构都需要针对性定制。本文立足于沈阳地区地铁工程常规尺寸竖井，对竖井的装配式钢筋混凝土初支进行探讨，以期形成一套新的结构方案。

2 标准竖井支护方案探讨

2.1 传统常规竖井支护方案及优化

地铁暗挖工程的施工竖井基本均采用倒挂井壁法施工，井深一般不超过30 m。目前沈阳地铁的常规竖井尺寸均为4.6 m×6 m矩形结构(见图1)，该尺寸为结合竖井结构受力和施工操作要求确定，支护方案为350 mm初支(格栅钢架+喷混)，四周侧壁打设锚管。因本地区地质主要为中粗砂、砾砂等，竖井的侧向压力较大，为满足侧壁受力要求，一般竖井内仍需在四角设钢支撑以减小侧壁结构弯矩。

该方案竖井净面积27.6 m2，但因为角撑的存在致使角部面积无法利用，实际可利用的施工作业面仅约为23.1 m2，而竖井角部结构也形成了一定浪费。为解决这一问题， 考虑将竖井采用圆形结构，闭合的圆形结构形成拱效应，在周围荷载均匀分布时使外部的土压力转化为结构内的轴力，可充分利用混凝土抗压强度高的材料特性。即使因地层不均匀使竖井周圈土压力分布不均匀，其产生的弯矩也可通过增加初支配筋解决而不用增设内部支撑，这样就可以大幅提高竖井的可利用面积。

图1 常规竖井平面图/mm

2.2 标准竖井装配式支护方案及分析

经上述优化后，针对标准竖井为满足施工作业要求，竖井净面积仍应能保证不小于23.1 m2，即圆形竖井内径不应小于5.42 m。现阶段盾构区间管片标准环内径5.5 m，管片壁厚350 mm，每环划分为6块，刚好满足上述结构受力及施工作业要求，故竖井的装配式支护结构可直接采用区间盾构管片(见图2)。

图2 装配式竖井平面及分块图/mm

优化后的装配式竖井施工仍采用倒挂井壁法，第一步先施工井口的锁口圈梁，然后向下挖土，拼装第一环井壁管片，打设侧壁锚管，再开挖第二环管片空间，拼装第二环井壁管片并打设侧壁锚管，如此循环直至完成竖井结构。其中侧壁锚管可利用管片的注浆孔打设，不必破坏管片结构，管片竖向利用螺栓连接代替纵向连接筋，增加竖井整体性，拼装完每环管片后应及时进行管片背后注浆确保井壁背后密实。在竖井侧壁开横通道马头门时与常规竖井马头门工序相同。该装配式竖井支护结构方案相对常规竖井具有如下优点。

(1)圆形结构方案受力更为合理，能充分发挥混凝土的受压特性，结构安全性更高；

(2)盾构管片均为C50高强混凝土，相对原方案喷射混凝土(C25)的强度等级高很多，能承受更大的土压力，可应用于更深的竖井；

(3)竖井内不需要设置支撑，能提供更大的施工作业面；

(4)装配式结构施工速度快，质量好，利于节省工期；

(5)支护结构直接利用盾构管片，不需要特殊设计、制造，技术成熟，标准化程度高，还可利用正线盾构区间拆除下来的负环管片，进一步降低工程造价；

(6)取消了喷射混凝土作业，减少环境污染，改善了施工作业环境，利于保护工人健康；

(7)地面下3 m范围的竖井结构一般需要拆除，而装配式结构拆除更为安全方便；

(8)应用限制条件低，可推广至国内大部分地区。

3 结 语

竖井是暗挖工程不可或缺的结构，作为施工通道承担着暗挖工程的出土、进料等重要责任。本文探讨研究的装配式竖井支护结构是对传统竖井结构的一次优化与创新，较传统竖井结构具备更多的优点，可作为今后竖井发展的一个方向。