中铁十四局 250000
摘要：随着城市轨道交通建设的发展，以及轨道交通线路结合城市规划的优化，地铁施工受周边环境的影响日益增大。在有限的地域条件下，多种工法相结合施工成为地铁车站必不可少的施工工法。明挖顺做法结合暗挖PBA法即为常见的明暗挖车站施工工法。如何保证施工过程中基坑及导洞的稳定是施工组织的重点及难点。交接处围护结构受力复杂、施工工序繁转换等问题是明暗挖车站开挖施工必然遇到的问题。如何处理这些问题是保证施工安全、工程质量的关键。
1.工程概述
前门站两端采用明挖法施工，基坑深度为32m。中部下穿前门东路,采用PBA暗挖法施工，拱顶覆土约8m。与既有2号线前门站通过箭楼东侧广场换乘综合大厅形成平行换乘。
图2-1明暗挖接口平面图
明挖段基坑采用顺做法施工。主体范围基坑宽25.95，深31.893m，围护结构均采用1000@1400mm的围护桩+800x20mm的钢支撑体系，竖向主要为5道支撑+1道倒撑。
主体结构暗挖段采用8导洞PBA工法逆筑法施工。小导洞为拱顶直墙断面，拱顶覆土约9m左右。PBA工法主体结构边桩采用灌注桩（φ1000@1500），此桩起支护作用兼做竖向受力桩基，承受暗挖逆筑法顶拱拱脚竖向压力；灌注桩与结构内衬墙组成复合墙结构，两者间设置防水层。
3.不同阶段隔离桩受力分析及风险预控
3.1明挖基坑开挖完成暗挖小导洞未开挖
明挖基坑完成小导洞未开挖时，隔离桩完全起围护明挖基坑稳定的作用，与常规围护桩受力情况相同，只存在背土侧主动土压力与基坑内支撑轴力二力平衡。
3.2暗挖小导洞封端明挖结构未封顶
小导洞开挖时，明挖基坑正进行底板结构施工。小导洞范围内土方开挖完成后土压力消除。此时隔离桩受基坑内支撑轴力与小导洞拱顶上土方和小导洞仰拱下土方土压力，开挖完成后，暗挖侧土压力变小，可能出现两种情况：
（1）钢支撑轴力不能变小，因此在轴力作用下，桩体会发生位移，通过该位移，释放了钢支撑轴力，隔离桩达到受力平衡，若桩位移过大，会导致基坑失稳，钢支撑坠落风险。此时应加强轴力监测，及时补充轴力。轴力补充后，暗挖侧形成了小导洞支护+桩后土压力与支撑轴力平衡；
（2）暗挖小导洞支护+桩后土压力构成的受力体系有足够的承载力，隔离桩未发生位移，暗挖初支与土压力能平衡钢支撑轴力。此时，小导洞范围原土方的土压力全部转换为小导洞格栅初支水平作用在围护桩上的力。可能存在的风险是小导洞初支结构开裂，受力体系失稳，暗挖地表隆起，明挖基坑钢支撑脱落。
以上两种情况，隔离桩最终达到的状态是小导洞范围土压力全部转换为小导洞初支向围护桩的作用力，加上原有的土压力，与钢支撑轴力达到平衡，如图3-3，因此加强小导洞的承载力，是保证该施工阶段的有效措施，本工程采取了增加上层小导洞横撑和对小导洞范围深孔注浆。
图2-2明暗挖接口剖面图
3.3下层小导洞范围隔离桩破除明挖结构未封顶
下层小导洞开挖完成后，主体暗挖段进行底纵梁及角部二衬施工。为便于与明挖段衔接，需破除下层小导洞范围围护桩。此时明挖正进行负一层楼板施。为增强隔离桩的稳定性，下层小导洞范围围护桩破除待明挖负一层楼板浇筑完成后，强度达到75%后进行。
隔离桩断开后，深入下方土体部分失去意义，此时隔离桩受暗挖段土压力+初支结构作用力与明挖段三层钢支撑的轴力+明挖结构的作用力达成受力平衡，见图3-4，存在的风险为：上层小导洞和下层小导洞之间土方对隔离桩的土压力与明挖结构对隔离桩的作用力达不到平衡，截断后的隔离桩低端产生向明挖基坑侧的位移，对桩体产生破坏，造成隔离桩在第三层钢支撑位置断裂，断裂后的隔离桩存在压塌下导洞格栅的风险，因此，加强轴力监测、围护桩位移监测以及密室回填明挖结构与围护结构之间空隙是安全保证的有效措施。
3.4上层小导洞范围围护桩破除时明挖结构已封顶
根据工筹，上层小导洞范围围护桩破除时明挖结构已封顶，即暗挖主体内顶纵梁、冠梁施工期间。小导洞范围围护桩破除而小导洞范围之外围护桩未破除，明挖段第一、二层钢支撑未拆除，见图3-5。未破除的隔离桩受暗挖段从上到下土方的土压力与明挖段第一二层钢支撑以及明挖结构的作用力达到平衡，存在失稳的风险较小。
此时中间段桩体最大的风险是下层导洞格栅能否承受桩身重量，存在下层导洞初支结构被桩身压开裂的风险；上端桩体暗挖段是连续荷载的土压力，明挖段是支点荷载的钢支撑轴力，见图3-6存在桩身失稳的风险，可能导致该段桩体发生倾斜，冠梁位移导致第一层钢支撑脱落。
图3-4下层小导洞范围隔离桩破除结构示意图
4.采取的措施
4.1加强监测
为避免由于轴力过大对钢支撑和钢围檩及暗挖初支和中间土体产生稳定性的破坏，以及轴力过小引起的钢支撑脱落，基坑或暗挖初支变形。加强对轴力的监测并根据监测数值及时采取措施。由于受力体系引起土压力变化后可能会导致地表的沉降，地表的沉降实际上是土压力变化引起的土体的形变。加强地表沉降监测，并根据监测数据，结合钢支撑轴力，及时采取补救措施。
监测项重点包括：钢支撑轴力监测、地表沉降、围护桩的测斜、小导洞拱顶沉降等监测项目。这些监测项目能直接体现隔离桩的受力状态与变化动态。
4.2暗挖小导洞增加横撑
为增加暗挖初支结构的承载力，根据现场条件，暗挖小导洞向明挖方向开挖时，邻近西侧明挖段纵向5m范围每榀格栅设置I22a，竖向距离导洞内皮2450mm。
4.3暗挖小导洞断面注浆
小导洞深孔注浆同样能增加暗挖受理体系的承载能力，注浆分两部分进行，一部分是拱顶深孔注浆，一部分是全断面深孔注浆。为增加暗挖段导洞间土体的稳定性和承载力，初支扣拱范围的深孔注浆在小导洞开挖前施做。
图3-6下层小导洞范围隔离桩破除剖面示意图
导洞开挖初期支护封闭成环5米后，应按图示要求及时对初期支护背后回填注浆，并根据监测进行多次注浆。施工过程中加强监控量测。初期支护结构封闭、初期支护背后注浆后，如地面及拱部沉降量超过警戒值，应及时采取加撑措施，并进行径向补偿注浆，浆液同超前小导管注浆浆液。施工过程要密切关注周围建（构）筑物、地下管线等变化情况，如有异常应及时采取措施，拱顶深孔注浆加固效果不好或出现盲区等情况时，局部采用超前小导管进行注浆补强。
4.4钢支撑轴力补偿
轴力计数值超过钢支撑轴力极限值的85%时，应立即停止施工，采取补撑等补救措施；轴力计数值比预加轴力值小于50KN时，应对钢支撑进行补压，补压原则为数值不超过设计值。地表沉降与钢支撑轴力变化息息相关，当沉降失常时，土压力相应的减小，从而对明挖基坑和暗挖初支形成的受力体系也会产生相应的变化。这一过程在钢支撑轴力上的反映为轴力先增加再减小或先减小再增加。如果轴力的变化均匀缓慢，待轴力稳定后分析是否再加压或卸压。
4.5回填主体结构与围护结构之间空隙
为保证隔离桩周边形成平衡的受力体系，减小桩体位于，增加桩体位移约束，更好的传递明暗挖结构之间相互作用力，主体结构和围护结构之间的空隙用同结构标号混凝土密实回填。
论文作者:陈晓峰
论文发表刊物:《防护工程》2019年8期
论文发表时间:2019/7/24
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