波纹板超前支护在地铁隧道初期支护中的应用

贾喜涛 孟学仲 朱 拓 李晓晶 孙守元 左 晓

(1.中铁北京工程局集团有限公司，北京 100089； 2.北京市轨道交通建设管理有限公司，北京 100068)

1 概述

本次使用的波纹钢板是北京地区首次在地铁施工过程中以马蹄形进行隧道初期支护，采用钢波纹钢板对隧道进行初期支护，支护过程中连接方式为螺栓连接，施工过程无需喷射干拌混凝土、不使用电焊机等对空气质量有影响的施工工序，采用螺栓连接的方式可方便施工，同传统的隧道初期支护的方式相比，该支护方式节约施工成本，减少施工工期及环保要求。

2 工程概况

车站为地下两层岛式站台，总长241 m，采用PBA工法施工，共设置4座施工竖井和隧道，两端接矿山法区间。1号 施工竖井和隧道位于车站北端头，临时占地于中国地质大学东门南侧绿地，水平距离地质大学4层平房14.86 m。竖井采用倒挂井壁法施工，井口净空尺寸为5.10 m×9.60 m(其中锁口圈梁尺寸为2 m×0.8 m)，深约30.46 m；隧道采用台阶法施工，净空尺寸为4.40 m×4.63 m，由波纹钢板200×55(5 mm)、槽钢c12a、型钢环腰梁□100×70、小导管组成支护体系(见图1)。

3 构配件加工

4 施工工艺

4.1 关键性技术研究

1)本工艺同传统工艺相比，减少了钢筋混凝土的使用，施工过程中减少了粉尘污染，电焊作业烟雾污染，不仅保护环境，同时减少劳务人员呼吸系统疾病的发生，总体来讲保证了传统施工行业的可持续发展性，保证绿色施工，保护环境。

2)本工艺整体上减少了工序的复杂性，同传统施工工法的土方开挖、架立格栅，喷射混凝土相比，该新型施工工艺减少了喷射混凝土这一环节，保护环境的同时减少了施工时间，提高了施工效率，对施工进度的保证有了进一步提高。

3)本工艺中的波纹板超前支护是隧道支护体系中的重点，提前加固开挖土体的稳定性，确保施工的安全性和施工生产进度有序进行。

4.2 波纹板初期支护施工流程

隧道初期支护方式为装配式，形状为马蹄形，净空尺寸为4.4 m×4.63 m，初期支护采用装配式波纹板支护，包括波纹钢板A板、B板、C板、D板，环形腰梁A梁、B梁、C梁、D梁，波纹板与环形腰梁连接，每块波纹钢板四周设置法兰和防水胶垫，波纹板与环腰梁均为横向交替架设，环向相邻、横向安装，并通过高强螺栓进行连接加固。支护体系由槽钢分别通过波纹钢板、环腰梁和预设连接板栓接，锁脚锚杆通过环腰梁、波纹板预留孔洞打设进入地层加固，以此构成一个完整的初期支护体系。

第一步：在隧道拱部打设DN32 mm，L=4 m小导管，进行超前小导管注浆，对马头门处地层进行加固处理，隧道开挖前进行超前支护。

第二步：开挖土体，采用台阶法施工，分上下台阶开挖，上下台阶开挖步距为3 m～5 m，每步开挖进尺同波纹板高度，拼装波纹板、环腰梁、纵向槽钢连接、打设锁脚锚管，首环波纹板需与竖井双拼工字钢通过连接筋进行连接，形成受力转换(见图3)。

第三步：每开挖一榀，通过环腰梁预留的注浆孔进行回填注浆，保证波纹板背后回填密实。

这里,, 为方腔流动的二维速度矢量, 为压力,,∂z) 为梯度算子. 考虑相邻双侧边盖驱动方腔流动, 即以相同的速度上壁面向右运动和左侧壁面向下运动, 如图1所示. 正方形方腔的高度作为特征长度L, 边盖驱动速度作为特征速度U, 由此可以定义控制方程的Reynolds数为Re=UL/ν, 其中ν为运动黏性系数.

第四步：待注浆完成且浆液达到设计强度后进行下一榀的土方开挖及波纹板支护。

4.3 现场质量控制要求

1)土方开挖：

根据测量放线定位严格控制土方超欠挖，允许误差在±30 mm，每一段土方开挖完成后都根据测量定位进行校核，开挖时分上下台阶开挖，上下台阶开挖步距为3 m～5 m，严禁掏核心土。

2)波纹钢板：

首先主抓生产质量，对于不满足表1所示的精度，施工现场不允许进行使用；其次就是施工过程中安装质量的把控，满足表2所示的精度。

3)每开挖1环就进行水泥砂浆背后回填，波纹钢板与背后土体之间的密实度是关键技术之一 ，其比例采用1∶1，根据现场实际情况可以按照比例添加速凝剂加快凝固时间，注浆压力采用0.1 MPa，多次注浆。

表1 生产精度

4.4 优势的存在

表2 波纹钢板安装精度

1)采用波纹板施工无需喷射混凝土和无需焊接作业，无烟尘作业环境良好，职业健康有保障。

2)施工控制研究，提出地铁施工的新型初期支护方式的施工方法，为以后类似项目提供可以借鉴的施工经验。

3)通过对外协调、施工安全质量、施工进度等方面进行研究，根据不同的施工地层，总结类似的施工经验，结合本工程施工效果及遇到问题逐步改进施工方法。

4)通过波纹板超前支护措施，提前加固开挖土体的稳定性，确保施工的安全性和施工生产进度有序进行。

经施工实践经验证明该工法有以下优点：

1)安全可靠——通过监测数据表明无收敛现象，且沉降数据正常。

2)安装快捷，减少施工工序。

3)回收性强——竖井后期回填时可分段拆除，可重复回收利用。

4)对环境影响小，环保性好——“绿色施工”。

5 结语

随着研究和应用的深入，针对本项目工程的特点，支护时间，支护成本费用，人工、机械等台班费用等进行研究，提出地铁施工的新型初期支护方式的施工方法，为以后类似项目提供可以借鉴的施工经验。

通过对外协调、施工安全质量、施工进度等方面进行研究，根据不同的施工地层，总结类似的施工经验，结合本工程施工效果及遇到问题逐步改进施工方法。

未来在北京地区不同地层进行研究装配式钢波纹板初期支护的物理力学性能，进一步分析初期支护的稳定性，以此提出更加适合北京地区地铁装配式施工方法。