邢  民1，崔  磊2，王述紅1，樸金德2

 （1．東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院，遼寧  沈陽  110819；2．中鐵一局集團(tuán)有限公司，陜西  西安710054）

[摘要]沈陽城區(qū)土層大多數(shù)以砂土層為主，地質(zhì)條件相對較好，地鐵車站大多采用明挖施工，重點(diǎn)分析了明挖施工眾多地質(zhì)和工程影響因素中的顯著性因素。結(jié)合沈陽地鐵9號線沈蘇西路車站明挖施工，分析了該車站各影響因素，提出采用雙側(cè)臺階施工方法，該施工方法可以加快土方開挖施工速度，有利于基坑側(cè)壁的支護(hù)，減小基坑兩側(cè)的變形和蠕變。

[關(guān)鍵詞]地鐵；明挖車站；影響因素；施工技術(shù)

[中圖分類號]TU753 [文章編號]1002 -8498( 2016) 11-0065 -04

0  引言

 隨著沈陽城市的擴(kuò)建、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人口數(shù)量的提升，沈陽地鐵的建設(shè)工程項(xiàng)目也逐漸增多，地鐵車站是地鐵建設(shè)的重要一項(xiàng)，國內(nèi)外施工方法主要有明挖法、蓋挖法、暗挖法。為了能夠在最經(jīng)濟(jì)合理的條件下更好地保證地鐵車站的施工質(zhì)量，明挖法車站高效合理的施工有很大工程意義。結(jié)合沈蘇西路車站的明挖施工，提出新的明挖施工技術(shù)，即采用雙側(cè)臺階施工方法，提高開挖一次分層厚度，同時加快明挖開挖速度，對類似地區(qū)的明挖車站施工提供借鑒和參考。

1  工程概況

 沈蘇西路車站位于渾河站街與渾南西路交叉的路口西側(cè)。該車站的東北角是1棟7層住宅，車站的西北角是1個220kV高壓鐵塔，車站上方橫跨2條高壓線電纜，西南角為原四十五中學(xué)，東南角為低矮民房，四十五中學(xué)與低矮民房現(xiàn)均已拆除。車站為地下2層3跨的箱形框架結(jié)構(gòu)，島式站臺，站臺寬度為1m，車站的主體結(jié)構(gòu)總長187.55m，標(biāo)準(zhǔn)段寬度為20. 5m，車站結(jié)構(gòu)的頂板覆土層厚度約為

3. 2m，底板埋深16.8~18.3m。

 根據(jù)工程勘探結(jié)果可知，本工程的地下土層特性從上到下依次分為：雜填土、粉質(zhì)黏土、細(xì)砂、中粗砂、圓礫土、粗砂夾圓礫土。沈蘇西路車站主要位于中粗砂及圓礫土層中。

2對車站施工方法影響的因素

 大多數(shù)明挖車站的最主要問題就是基坑周邊的降水、周邊建筑物、基坑的開挖和支護(hù)、地質(zhì)地層情況。這是所有明挖車站首先應(yīng)該分析的問題，其次應(yīng)該根據(jù)現(xiàn)場情況確定其他影響因素。 對明挖車站施工的影響因素主要包括地質(zhì)因素和工程因素，影響本項(xiàng)目的主要因素具體包含以下幾種。

2.1地下水

 根據(jù)勘測結(jié)果，場地含水層巖性以礫砂、圓礫層為主，含水層32~35m。本工程地下水類型為孔隙潛水，穩(wěn)定水位埋深在8. 10~10. 80m，相當(dāng)于絕對標(biāo)高28. 320~ 33. 080m。該處的地下水通過渾河側(cè)向補(bǔ)給和大氣降水垂直入滲補(bǔ)給。主要排泄方式是地下水的人工開采和滲流排泄。該車站處的地下水總體流向是由東向西。但是，同時受到人工開采地下水的影響，局部的地下水流向會發(fā)生改變。

 由于車站位于地下水下，所以地下水對明挖車站的施工影響很大，必須采用合理的方法進(jìn)行降水。

2.2  基坑開挖與支護(hù)方法

 本工程車站現(xiàn)場開闊，周圍沒有高層建筑和特殊建筑物，故采用明挖法施工。由于主體基坑的規(guī)模比較大，明挖順作法更加適用，在施工過程中采用多種工序防護(hù)，初期打入鉆孔灌注樁，施作冠梁，同時兩側(cè)樁之間用鋼支撐支護(hù)形式保證基坑安全。由于現(xiàn)場明挖車站施工時間較長，又要經(jīng)過雨季和冬季，因此有關(guān)基坑施工的技術(shù)、深基坑支護(hù)體系的安全和穩(wěn)定是車站施工的重點(diǎn)，也是后續(xù)安全、快速施工主體車站結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵。

 所以基坑的開挖方法和支護(hù)手段對明挖車站影響很大，如果能采用一種高效合理的施工方法，那么對明挖車站的施工有很大意義。

2.3高壓線

 車站上方橫跨2條220kV高壓線電纜，根據(jù)現(xiàn)場測量，一條距地面13m，另一條距地面11m，按照高壓線相關(guān)安全規(guī)定，高壓線6m范圍內(nèi)不得有任何導(dǎo)體出現(xiàn)，極易造成人員及施工機(jī)械觸電或感應(yīng)觸電事故發(fā)生，對現(xiàn)場施工的安全影響較大，為本工程施工重點(diǎn)。可采取的措施如下。

 1)通過當(dāng)?shù)仉娏Σ块T，在高壓線下方施工區(qū)域內(nèi)搭設(shè)絕緣防護(hù)棚，具體實(shí)施方案由電力部門確定。

 2)現(xiàn)場施工位置在高壓線下，所以使用的機(jī)械設(shè)備性能必須良好，按照現(xiàn)場安全施工的要求進(jìn)行配置，同時配置其他安全設(shè)備。

 3)車站施工作業(yè)前，應(yīng)該對在高壓線下施工的作業(yè)人員進(jìn)行安全教育培訓(xùn)，增強(qiáng)作業(yè)安全意識和自我保護(hù)能力，合格后方可上崗。

 4)根據(jù)現(xiàn)場不同的施工階段和周圍天氣變化，做好安全防護(hù)，必須設(shè)立警示牌，在高壓線下施工作業(yè)人員必須佩戴安全施工用具。

 5)派專人每日對高壓線和下面的施工項(xiàng)目進(jìn)行專項(xiàng)檢查，如有風(fēng)險及時改正。

 6)如遇到下雨、大風(fēng)、打雷等惡劣天氣，停止在高壓線下項(xiàng)目施工，以防發(fā)生觸電事故。

2.4地下管線情況

 車站工區(qū)的地下管線主要有1條塑料DN600雨污合流管道、1條混凝土DN800/600雨污合流管道、2條銅DN50路燈線、1條DN600雨污合流管道、1條200mm×300mm電信管道，主要分布在車站主體及附屬結(jié)構(gòu)上部，埋深一般在0.5~2. 5m范圍，主要采取臨時拆除、改移、加固等措施。

 綜上所述，高壓線和地下管線的影響可以采取一些措施進(jìn)行合理解決，對本工程的影響不是最主要的。所以沈蘇西路明挖車站主要關(guān)注的重點(diǎn)應(yīng)是地下水降水方法、基坑開挖方法和支護(hù)手段。這也是大部分明挖法車站施工最主要的影響因素。

 則本項(xiàng)目影響明挖法的主要因素為地下水、基坑開挖與支護(hù)方法、高壓線與地下管線。

 根據(jù)現(xiàn)場施工時間、各項(xiàng)工程費(fèi)用、繁雜程度進(jìn)行權(quán)重分析，分析得出主要影響因素的影響權(quán)重（見圖1）。

 根據(jù)圖2可以看出基坑開挖與支護(hù)方法約占51%，地下水約占31%，其他兩項(xiàng)的影響不大，高壓線影響略微偏大已經(jīng)介紹了控制措施。所以主要對地下水和基坑開挖與支護(hù)方法進(jìn)行具體分析。

3  車站施工中主要的施工技術(shù)方法

3.1  降水工程

 根據(jù)地質(zhì)勘探報(bào)告提供的室內(nèi)試驗(yàn)與現(xiàn)場抽水試驗(yàn)成果，結(jié)合區(qū)域水文地質(zhì)條件確定本工程場地潛水含水層滲透系數(shù)100 m/d；以潛水非完整井模型計(jì)算其排水量；按要求潛水水位降低到結(jié)構(gòu)底以下≥1．0m,同時要考慮群井效應(yīng)。降水計(jì)算模型如圖2所示。

 以車站為例進(jìn)行基坑涌水量計(jì)算。

 1)降水影響半徑計(jì)算

影響半徑采用式(1): 

式中：R為影響半徑(m)；S為水位降深(m)；H為含水層厚度(m)；k為滲透系數(shù)(m/d)，圓礫層時k=100m/d。

 將式(1)代人參數(shù)計(jì)算結(jié)果如下：

 人工降低地下水位常用的方法可分為基坑明排和井點(diǎn)降水2類。由于本站基坑排水量大，降水設(shè)施布置及施工場地極為狹小，站體及附屬建筑均采用占用空間小、施工速度快、維護(hù)期降水管理較便利的管井降水方法。

  根據(jù)現(xiàn)場的降水及排水設(shè)計(jì)，在車站采用井類型為管井，井徑為600mm，管徑為400/50mm，井管類型為鋼筋籠濾水管，井深30m，井間距為14m，車站周圍井的個數(shù)為45個，泵量為80m3／h。

 根據(jù)現(xiàn)場地鐵車站工程特點(diǎn)和相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)排水管線的主要技術(shù)和原則如下。

  1)主排水管的尺寸和其類型應(yīng)該滿足排水要求和抗壓要求，排水管線鋪設(shè)的縱向坡度應(yīng)≥5%0。

  2)本段降水，擬將地下水抽取后排至附近的八一灌渠中。

  3)所有管線應(yīng)盡量在地面明面鋪設(shè)，對于可能產(chǎn)生對場地結(jié)構(gòu)設(shè)施和交通運(yùn)行有影響的排水管線盡量埋于地下。

  4)對于暗埋地下管線的埋置深度應(yīng)大于沈陽地區(qū)的凍土深度，為1. 2m，否則必須在冬季來臨前做好防凍措施。

  5)暗埋井的井口可作為檢查井，以便于水位觀測和水泵的檢查與維修。地下暗埋的出水管、支管以及主管之間應(yīng)采取有效措施（如之間單向閥進(jìn)行連接），防止水泵停止工作時發(fā)生水倒灌現(xiàn)象。

  6)排水口處設(shè)置排水口工作井。

 車站周圍的降水井平面布置如圖3所示。

3.2  基坑開挖與支護(hù)方法

3.2.1  雙側(cè)臺階法

  雙側(cè)臺階施工法就是土方開挖時，在中間進(jìn)行拉槽開挖，而兩側(cè)進(jìn)行臺階開挖，這樣可以增加一次開挖分層厚度，提高初次土方的開挖量，同時也可以減少中間土方拉槽開挖的側(cè)壓力，有效防止塌方發(fā)生，針對沈陽地區(qū)砂土層有良好的效果；臺階上部為后續(xù)網(wǎng)噴和第1道鋼支撐提供工作平臺。

  1)土方拉槽開挖豎向分層高度每次宜控制在2~3m，臺階高度宜控制在1~ 2m。縱向宜為20m。

  2)第1層的土方開挖至第1道鋼支撐下0.5m處，需沿著基坑的縱向拉槽進(jìn)行開挖，槽兩側(cè)頂需各留4m寬工作平臺，為后續(xù)網(wǎng)噴和第1道鋼支撐提供平臺。

  3)雙側(cè)臺階頂部可根據(jù)鋼支撐的位置進(jìn)行調(diào)整，有利于樁間噴射混凝土施工，又可利用此平臺及時進(jìn)行鋼支撐安裝，可以確保在鋼支撐施工時不影響土方開挖施工，以整體加快總施工進(jìn)度，由于兩側(cè)有土方，可以有力減小基坑兩側(cè)蠕變的速度。每層間保證平臺預(yù)留土與基坑拉槽開挖保持同步進(jìn)行，循環(huán)往復(fù)，直到開挖至距離基底標(biāo)高20cm時，需人工進(jìn)行開挖至標(biāo)高位置，保證基底土的穩(wěn)定性。土方開挖情況如圖4所示。

3.2.2基坑的垂直、水平運(yùn)輸

 基坑開挖內(nèi)部的土方采用自卸汽車經(jīng)馬道水平運(yùn)出場外。在鋼管支撐下和圍護(hù)樁附近機(jī)械難以開挖處，配合人工開挖運(yùn)土至機(jī)械可以開挖處，再由機(jī)械開挖外運(yùn)。最后馬道土方的開挖用挖掘機(jī)挖土，剩余土方配合人工開挖，再由汽車式起重機(jī)吊裝外運(yùn)。

 基坑開挖至基坑端部，基坑內(nèi)安排1臺挖掘機(jī)，基坑邊安排1臺長臂挖掘機(jī)配合出土，待施工至長臂挖掘機(jī)臂展觸及不到處，采用起重機(jī)配合吊土，吊斗體積至少為2m3，如圖5所示。

4結(jié)語

本文通過地鐵9號線沈蘇西路車站明挖法施工影響因素的論述和探討，分析了明挖車站的影響因素權(quán)重，并對重點(diǎn)的施工工藝進(jìn)行了總結(jié)，提出了新的施工方法即“雙側(cè)臺階法”。該施工方法可以加快土方開挖施工速度，增加一次開挖分層厚度，提高初次土方的開挖量，同時也可以減少中間土方拉槽開挖的側(cè)壓力，有效防止塌方發(fā)生，合理提供鋼支撐施工場地，有利于基坑側(cè)壁的支護(hù)，減小基坑兩側(cè)的變形和蠕變，為今后其他沈陽地區(qū)明挖車站的施工提供指導(dǎo)和借鑒。