地铁车站工程中一次扣拱暗挖逆作法施工工艺

 地铁车站工程中一次扣拱暗挖逆作法施工工艺

邵业勤

广东华隧建设集团股份有限公司

摘要:一次扣拱暗挖逆作法（简称为一次扣拱法）避免了传统暗挖效率较低、要反复调换且安全性很差等问题。本文以某地铁工程为例,分析了一次扣拱法操作流程,详细探讨了超前小导管、大管棚操作内容。

关键词:地铁工程;一次扣拱法;超前小导管;大管棚

1、引言

地铁是地下建筑结构的代表，建造时既要考虑地质条件,也要保障市民日常生活及生产秩序，特别是地铁车站建设时，大断面挖掘、项目量大、实践长、施工困难，由此对修建方法提出较高要求。

2、工程概况
    某市地铁车站市岛式站台,标准站台宽14米,是规范的两层、三跨拱顶直墙构造。选择一次扣拱法操作,暗挖主体结构总长197.1m ,净宽20.3米，车站由西朝东设置2%下坡,车站覆土是8.9~9.1米,车站底板深度是23.9~24.1米。

    在风道内建立超前管棚与首组超前小导管，先固定地层，根据先1号后2号的顺序挖掘洞室土体，若要密封掌子面，要事先考虑场地施工状况。施工顺序见图1所示。

图1 施工顺序

    挖掘3、4号洞室之前,先采取小导管注浆稳固地层,再初期支护。两邻近洞室的间距最短是15m,即2号-3号的间距、3号-4号的间距。挖掘完5、6号洞室,然后处理下导洞。两邻近洞室的间距最短为15m,即4号-5号的间距、5号-6号的间距。

注浆稳固地层后,立即挖掘7、8号洞室,设置锁脚锚管,且上述两洞室的最短距离为15m。挖掘完9、10号洞室,处理下导洞。两邻近洞室的最短间距为15米,即8号-9号的间距、9号-10号的间距。
    针对下导洞,以逐段形式清理中隔壁,且间距要小于7m,降底板抗渗层建立在下导洞内,处理底纵梁、桩下拉梁与一些底板。针对上导洞,以逐段形式清理中隔壁,且间距小于7m,然后在拱部处建立抗渗层,做好二次衬砌，其强度合格后就能挖掘中跨顶部土体。处理中跨拱位置的小导管,并加固地层。
    针对上导洞，以逐段形式完成早期支护和二次衬砌,待其强度合格后挖掘底部土体。基坑内部上导管其余地方要先清理做好临时早期支护,且标高地底一层楼板底,侧墙位置建立抗渗层[1]。当中楼板强度合格后就进一步挖掘，挖掘下方土体,并清理所有临时支撑,刷抹抗渗层。开挖主要采取机械与人工方法,例如小体积翻斗车、手推车等,且依靠竖井中的提升装置吊出后借助小型汽车运出。
3、大管棚处理
    超前支护一般会选择小导管与通长大管棚,完成该工序后挖掘车站主体,顺着车站方向建立大管棚自风道体系,大管棚连接长度为3m。

3.1管棚钻孔

先对钻入与管棚方向相同的地方钻孔,便于保障钻入方位精准。穿越初支构造的工具通常是合金钻头,洞口管为φ18cm，唯有保障钻具倾角、方位角等参数准确稳定方可钻进。因钻机质量将干扰水平钻入,即钻机前方因重力影响出现下垂，且钻机旋转时会产生右旋力,所以会出现偏斜。
    总之，要根据测试孔成果与实践经验设置钻孔角度。若要移动孔位,要重新设置回归角度,避免直接设置导向钻头纠偏水平，要整体分析实践经验,科学设置钻孔倾角、方位等纠偏水平。最后就能向机台提交通知，通常是书面形式。
    整体分析风道与主体坡度然后计量倾角，具体方法是:打孔方位=风道方向+打孔放射角平横分量+水平纠偏角；打孔仰角=打孔放射角垂直分量+钻入纠偏垂直角。针对打孔方位，不管是在施工过程或者施工完成后均要检查并及时修改。当打孔验收合格后，立即用泥浆密封管口与孔口的缝隙。
3.2管棚钻入与导向
    （1）管棚钻入
    采取跟管钻入方式时,机械入尺与钢管安装同时展开。所选钻头直径尺寸与楔型钻头直径尺寸相同,钻管半径要比楔板回转半径小,将Φ8~10mm水眼设置于钻头前方[2]。选择钻机方位、倾角再钻入，重新仔细检查孔口,保证无误方可试钻。
    先启动泵,唯有冲洗液可以顺利流通方可钻进，期间要严格把控泵压（0.4-0.8MPa）、泵量（20-50L/min）。钻入时尽可能匀速并在中低压力状态下展开，特殊时刻会采取保压方法,防止产生下沉与水土流失。钻入时要保障入水量≥回水量，钻入持续深入后要分配专门员工检查探头角度,若偏高超过0.3°，及时纠偏。若不能纠偏或是探头角度误差>0.6°无法再钻入，要向项目经理报告这些问题并等最后结果。仔细记录钻机每次增管尺寸与前端大小。若孔中有水流出,不得随意调整泵量与泵压,尽可能保证孔内压力平衡，如果冲洗液不能顺利流通就要立即停钻。

（2）钻具纠偏

若由于特殊原因阻碍钻头，使之偏离已设计好的轨迹，要及时纠偏，主要是朝偏斜部位调节钻头楔面[3]。钻头后方设备的导向探头将测量钻头方向、偏斜部位,导线穿透钻管与钻具作业台显示屏衔接起来,便于技术人员修改钻入方向。当采取以上方法后孔最终误差会控制在5%以内。
钻头内带由15V直流电配电的传感仪，钻头面向角与倾角均会真实体现在显示屏上。若钻头打设角度未控制好,存在偏下,主要以向上方向修改导向板,使之直接顶入。

若加上一个朝上的力,钻头转动轨迹将朝上发展。若朝6点钟方向修改,轨迹方向将朝下发展。若要朝左、右方向修改,对导向板以9点钟、3点钟方向修改就行[4]。如果角度合适且匀速钻入，最后出现的钻杆轨迹同样处于平直状态。所以,上下纠偏的核心是调节导向钻头，借助传感器尾部发光器,根据设备参数就可以完成对钻头左、右调整误差。

3.3管棚注浆
    选择水泥封堵孔口周围和钢管口,不得都密封，留下一个孔用于通气,注浆时,令空气顺利从通气口内排出,直至该孔流出浆液方可暂停注浆。注浆主要在多孔情况下展开,“单”号孔注浆结束且初凝后,方可注入“双”号孔。注浆过程需掌握如下参数,即初压0.8~1.0MPa,终压2.0~2.5MPa以及水灰比1:1。当注浆材料是1:1泥浆时,管棚灌浆效果最好,其中水灰比是1:1。
    管棚注浆过程选择BW250型灌浆泵,注浆质量一般取决于注浆压力。一般涌水压力、泥浆性质和含量、粗糙程度和裂缝大小均会干扰注浆压力。所以，设置注浆压力时,一般凭借涌水压力和岩层裂纹,结合其同注浆压力的联系计算。当浆液足够时,能够提高堵水效果,加速固结。但若浆液过量既会增多施工费用,引起浪费,还会阻碍开挖。
3.4超前小导管
3.4.1钻眼布管
    注浆小导管选择尺寸是Φ32mmx2.5m的热轧钢管。借助风镐和钻机将之送往设计部位,把孔口误差保持在50mm之内,导管长度要比孔口长度大。
3.4.2封孔注浆
    孔口处要有止浆塞,操作压力控制在0.4~0.6MPa以内，配置水泥浆时需考虑土层特征，由上至下注浆,搅拌时能选择搅拌筒。若出现跑浆问题,立刻采取间隔一孔或多孔注浆方式。
4、结束语
    总之，一次扣拱暗法具备效率高、工序简、稳定性高等优点。文章根据工程实例,分析了一次扣拱法工作流程,围绕大管棚与超前小导管进行详细分析,以期为类似项目提供借鉴依据。

参考文献：

[1]李磊.地铁车站工程中的一次扣拱暗挖逆作法施工工艺[J].工程机械与维修,2022(03):227-229.

[2]贾丹阳. 基于CPS的地铁车站工程施工安全风险管理系统[D].华中科技大学,2018.

[3]黄小芳,贾志绚,张念.一次扣拱暗挖逆作法在地铁车站施工中的应用[J].土工基础,2017,31(02):154-156+171.

[4]胡永利,解庆贺,徐磊.一次扣拱暗挖逆作法施工技术在北京大望路地铁车站中的应用[J].施工技术,2016,45(09):102-105.