复杂环境下盖挖半逆作地铁车站施工技术

成银亮

（中交第二航务工程局第三工程有限公司，江苏 镇江）

前言

近几年，我国城镇化程度持续提升，城市地下空间开发体量大幅度增加，多数城市地下空间开发逐渐朝着环境高度复杂的中心城区汇集[1]。地铁车站建设面临环境复杂、场地狭小、地表交通繁忙等困难，盖挖半逆作有利于帮助地铁车站施作突破上述难题，实现快速可靠作业。因此，探究复杂环境下盖挖半逆作技术在地铁车站施作中的应用具有非常重要的意义。

1 复杂环境下盖挖半逆作地铁车站基本情况

一地铁车站位于交叉口地块，呈东西走向。车站主体结构成楔形，长138 m，两端头与盾构区间相连，大里程端与小里程端宽度分别为44 m、22 m，车站设置3 个出入口。车站主体为地下三层结构，结构顶板厚2 m，负一层板、负二层板厚均为1 m，结构底板厚2.2 m，总深29 m。车站主体围护结构为1 200 mm厚地下连续墙，主体地连墙深50 m，出入口地连墙深40 m，顶板覆土5 m。车站不仅位于人流量较大的市区主干道交叉口位置，而且东侧为国家重点保护大剧院，距离在50 m 内。同时车站周边建筑物密集，无法为车站建设提供足够空间，施工工艺高度复杂。

地铁车站建设地属于热带海洋性气候，全年平均气温为22.1 ℃，降雨量为2 300 mm～2 500 mm。建设区域地质情况见表1。

表1 地铁车站建设区域地质情况

由表1 可知，地铁车站顶板以上少部分冲击土标准贯入值小于10，负一层到负二层残积土标准贯入值大于10，剩余为肯尼山极硬土，标准贯入值在30～50以上，内摩擦角大，地质状况良好。

2 复杂环境下盖挖半逆作地铁车站施作重点

地铁车站选择盖挖半逆作方式，即在盾构机穿越车站范围内，以中板、底板为代表的主体结构仍未建成，待盾构机出车站6 个月以上开挖底板至标高并拆除盾构管片，进行底板主体结构施作。具体施作期间涉及大尺寸矩形钢管内加钢筋混凝土组合柱设置，需要确定矩形钢管混凝土柱安装稳定性。复杂环境下盖挖半逆作地铁车站施作期间，若简单选择结构板围护支撑结构，需额外增设中间支撑柱，存在开挖不便、支撑拆装困难等问题[2]。同时考虑到案述工程工期较为紧张，宜选择大尺寸创新矩形钢管内加装钢筋混凝土组合支撑柱的方式，以更小的截面获得更大的承载能力，促使柱承担的竖向荷载顺利传递至地基，具体见图1。

图1 大尺寸矩形钢管内加钢筋混凝土组合柱结构

3 复杂环境下盖挖半逆作地铁车站施作技术内容

3.1 安装大尺寸矩形钢管内加钢筋混凝土组合柱

在大尺寸矩形钢管内加钢筋混凝土组合柱安装时，考虑到先插法易引发混合泥浆劣质混凝土涌入钢管影响整根柱承载能力，而后插法易导致柱沉降、偏位问题，技术人员可以从细化施工着手，进行柱底、柱内钢筋笼的优化。确定选择先插法后，为解决桩柱施工期间超灌部分含泥浆劣质混凝土涌入柱内问题，可以将附加铁板焊接到矩形钢管柱外侧角，角焊缝长度（即附加铁板高度）由承载力设计值推测，具体如下：

式中：τf为实际焊条抗剪强度；N 为角焊缝数量；lw为总长度；he为0.7 倍焊缝尺寸；fwf为焊条抗剪强度设计值[3]。确定焊缝长度后，技术人员可以根据国标《低合金高强度结构钢》（GB/T 1591-2018）的相关要求，选择355 钢作为焊条，将2 块封底钢板焊接到柱地面，稳固柱内钢筋笼。随后依据梅花形布置柱埋入钻孔灌注桩内栓钉，确保柱体结构（见图2）稳定性。

图2 柱体结构

3.2 土方开挖与结构变形的处理

因案述地铁车站空间狭小，土方开挖期间结构变形的控制难度较大[4]。在盖挖半逆作法地铁车站施工中，土方开挖的过程实质上是开挖面不断卸荷的过程，基坑内部土体的挖掘极易造成上部土体自重应力释放，进而引发坑底土体产生以向上为主的位移，直接造成围护结构在基坑内外土体压力差的作用下出现水平侧向位移。为了有效避免上述情况，相关施工技术人员应在土方开挖后及时安装钢支撑，并在开挖到底板设计标高后，第一时间浇筑底板，以便在最短的时间内形成地下整体结构，抑制周边土体的位移，这不仅可以确保主体结构的安全稳定性，也减小对周边地表乃至建筑的负面影响。

3.3 快速拆除车站内盾构管片

在复杂环境下，盖挖半逆作地铁车站施作需拆除车站内隧道衬砌余留楔形管片。根据案述工程工期紧张、空间狭窄的特点，传统基于脚手架的分段拆除方法无法确保一次开挖至隧道地面[5]。基于此，可以选择土压力不平衡施作方式，从初始管片破除前期着手，先借助长臂挖机向下开挖至隧道中心标高下暴露远离地下连续墙侧管片，再借助炮头机开凿管片接缝位置，促使管片逐块脱落，最后完全凿除远离地下连续墙侧管片、盾构隧道上半圆部分。需要注意的是，在地铁车站、盾构交接位置，应设置1 m 及以上高的防洪挡墙，避免车站内发生突涌危害。

3.4 施作盾构洞门环梁

盖挖半逆作法实施过程中，盾构洞口环梁施工至关重要[6]。技术人员应先检查站内最后一片管片伸入地下连续墙深度是否超出限度，若超出限度，可以借助绳锯切沿着地下连续墙边界，结合车站管片内指导切割标记与管片型号，分段将管片拆除后直接进行盾构洞口环梁施作，清除环梁阻碍。在正式施工时，技术人员可以优选钢管盘扣式支架，在洞门外成排打设，打造双排高盘口支架结构。在钢管盘扣式支架设置完毕后，技术人员可以根据设计图纸安装钢模板，模板采用大量角钢与钢板分块螺栓连接，对拉螺杆直径为16 mm，模板顶部预留混凝土振捣口。在模板支持下分2 次浇筑，2 次浇筑时均从洞口盾构环梁两侧同步下料。在严格控制洞门盾构环梁两侧混凝土下料高差的情况下，先浇筑1/2 高度，待下半部分混凝土强度达到设计强度75%进行另外1/2 高度浇筑，消除混凝土不平衡压力，避免模板支撑体系偏压失效。

3.5 柔性连接钢筋混凝土墙与梁板

钢筋混凝土墙滞后于车站建筑梁板施作，是车站盖挖半逆作法的突出特点[7]。钢筋混凝土墙、车站建筑梁板连接稳定性对车站整体结构可靠性具有直接的影响。鉴于传统利用弹性材料连接钢筋混凝土墙、车站建筑梁板的方式不够美观且限制角钢施作，可选择柔性连接钢筋混凝土墙顶、车站建筑板，具体见图3。

图3 柔性连接钢筋混凝土墙与梁板

图3 中，1 为钢筋混凝土墙；2 为车站建筑梁板；3为第一弹性材料，位于钢筋混凝土墙、车站建筑梁板之间；4 为钢套管，内径稍微大于连接钢筋直径，长度超出100 mm，埋设间距小于1.5 m。一般钢套管需竖向设置，预先埋设在车站建筑梁板底部钢筋之间空隙内；5 为连接钢筋，竖向设置，下端锚固在钢筋混凝土墙内，上端穿入钢套管内并经第二弹性材料与车站建筑梁板相接触；6 为车站建筑梁板底部钢筋；7 为第二弹性材料，位于钢套管内远离第一弹性材料一端，连接钢筋上端、车站建筑梁板之间；8 为主筋。根据图3，可以先进行车站建筑梁板钢套管预埋，再浇筑梁板。进而绑扎钢筋混凝土墙主筋、分布筋并固定。随后在车站建筑梁板底部、钢筋混凝土墙接触范围内粘固10 mm～20 mm 厚第一弹性材料（聚氨酯发泡材料、聚苯乙烯泡沫塑料板等）。利用一根连接钢筋将同等厚度同等材质的第二弹性材料插入钢套管，连接钢筋上端经钢套管伸入车站建筑梁板，下端则伸入钢筋混凝土墙绑扎钢筋区域与顶部弯折主筋绑扎固定。最终浇筑钢筋混凝土墙，形成一个完整受力体。

4 复杂环境下盖挖半逆作地铁车站施作效果

根据《钢管混凝土工程施工质量验收规范》（GB50628-2010），得出复杂环境下盖挖半逆作地铁车站施作效果见表2。

表2 盖挖半逆作地铁车站施作效果

如表2 所示，盖挖半逆作地铁车站施作效果达到钢管混凝土工程施工质量验收标准。

结束语

综上所述，复杂环境下，盖挖半逆作地铁车站施作主要是从上向下开挖施作车站结构，期间以顶板、中板为围护结构支撑，降低额外围护作业成本，同时减小对周边振动干扰以及对周围建筑物的破坏程度，满足周边存在特殊结构的地铁车站安全建设要求。因此，技术人员应正确认识盖挖半逆作在复杂环境下地铁车站建设中的优势，科学策划地铁车站盖挖半逆作方案，有序推进施工作业，为盖挖半逆作地铁车站施作质量与进度目标的顺利达成提供依据。