Research on Risk Analysis and Countermeasures of Buckling Arch Construction in Metro Station
雷勇祥 LEI Yong-xiang
（中铁五局集团有限公司，沈阳110000）
（China Railway No.5 Engineering Group Co.，Ltd.，Shenyang 110000，China）
摘要：本文针对地铁车站扣拱施工工程，以沈阳市皇姑屯地铁车站工程为例，对扣拱施工中实际存在风险进行分析，并就存在的施工风险从车站初支参数设计、不良地层调查与处理、径向注浆加固、超前支护加强、掌子面注浆加固、超前地质探测及异常情况处理、DN1200/800排水引排等技术提出相应的应对措施，对提高地铁车站施工过程中的安全和质量保障具有重要意义，为以后类似工程施工提供借鉴。
Abstract: This paper analyzes the actual risk existing in the construction of the buckle arch of the subway station buckle arch project, taking the Huanggutun subway station project in Shenyang as an example, and puts forward corresponding countermeasures for the existing construction risks from the initial design of the station parameters, investigation and treatment of bad formations, radial grouting reinforcement, reinforcement of advanced support, grouting reinforcement of the face, advanced geological exploration and abnormal conditions, DN1200/800 drainage and other technologies, which is of great significance to the safety and quality assurance of subway station construction and provides reference for similar engineering construction in the future.
关键词：地铁车站；扣拱施工；风险分析；应对措施
Key words: subway station；buckle arch construction；risk analysis；countermeasure
中图分类号：U231.3 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2019）25-0021-03
1 工程概况
皇姑屯车站位于皇姑区景山路与淮河街交叉口处，沿淮河街方向呈南北布置。皇姑屯车站是一个地下双层双跨地下结构，采用PBA孔桩法。车站总长177.3m。车站标准段总宽度为19.7m，底板埋深24.1m左右，顶板覆土8.2m左右。车站设3座竖井，1、2号竖井兼做风亭、3号竖井为临时施工竖井；共4个出入口（第3号出入口预留备用）。
2 扣拱施工风险分析
①根据导洞开挖揭示地层情况及开挖过程来看，车站拱部地层松散及埋深较浅，难以自稳，施工极易引起塌方等安全事故，同时导洞塌方还可能引起地表沉陷、管线较大的差异沉降，造成极严重的后果。
②根据导洞开挖过程中砂层含水情况及已完成导洞初支渗漏水情况来看，排水管线多处位置有渗漏水情况，可能对扣拱的开挖施工造成较大的安全隐患。
③根据监测数据显示（如表1所示），经过开挖扰动，车站地面最大累计沉降45.78mm，管线最大累计沉降45.23mm；四周建筑最大累计沉降2.28mm。根据监测数据分析，地表沉降及管线沉降速率较大部位为中导洞掌子面附近，开挖期间日沉降速率最大达到2~3mm。
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④DN1200/800排水管道为车站一级环境风险源，位于车站中导洞正上方且距离车站拱部较近，排水管道内水量较大，如若出现渗漏，后果不可想象。
3 拟采取措施
3.1 车站初支设计参数
原设计车站扣拱初始支护采用格栅钢架+钢筋网+喷射砼+小导管支护体系，拱形部分的小导管应采用φ32，t=3.25mm，L=1.8m/3m，纵向间距同格栅钢架，环向间距300 mm（第一排L=2m，环向间距0.3m，每1榀1打，第二行是 L=3m，周向间距是0.3m，每2榀1打），预注浆液；格栅钢架间距500mm/榀（马门头处加密），网喷砼采用C25砼，厚度350mm。
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3.2 不良地层调查与处理
施工前对车站扣拱上方进行地质雷达探测，提前预知地层及地表地质情况，发现空洞、脱空区及过度松散地层地段，可提前做注浆加固或开挖回填处理。（图1）
3.3 径向注浆加固措施
建议在边导洞、中导洞、二步扣拱处对扣拱各连接节点处土体进行径向注浆加固，径向注浆加固使用φ32/42*3.25钢管两排，单根管长3m、4m，水平间隔0.3m，注水泥浆水玻璃浆液，注浆加固半径不小0.3m。加固主要起到如下作用：
①对开挖部位上方土层进行加固，降低开挖坍塌风险及减小坍塌影响；②对扣拱连接节点处起到补强作用，减小拆撑时的初支变形；③减小排水管道渗漏对扣拱开挖的影响。
3.3.1 小导管制作
小导管为φ32×3.25mm（φ42×3.25mm）焊接钢管，一端为尖状，一端固定上铁箍，在离铁箍端部0.5m的位置打孔，并沿管壁以150mm的间隔梅花形设置，孔的直径定为10mm。
3.3.2 导管安装
在导洞初始支护面上使用红油漆按照预定位置做好孔位标识，采用风钻钻出直径约7~8cm孔洞，遇钢格栅适当调整孔位。之后采用风枪钻孔，孔径要比导管直径多10mm，孔深2~3m，倾角按照覆盖扣拱超前加固范围以上进行计算。成孔后将小导管从孔内送入，剩余长度使用风镐顶入。导管尾部露出20cm，并采用水泥砂浆将钻孔进行封堵。
3.3.3 注浆参数
超前小导管注浆——水：P.O42.5水泥：水玻璃=1：0.750：0.650。
3.3.4 注浆压力
注浆的压力0.50-1.00MPa，单管注浆加固半径不小于30cm。
3.4 超前支护加强措施
调整车站扣拱超前支护参数。第一排小导管L=1.8m，环形方向间隔宜为0.2m，纵向与格栅间距相同，倾角15°，第二排小导管L等于3m，环形方向间隔宜为0.3m，纵向同格栅间隔，倾角宜为25°。
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3.5 掌子面注浆加固
在进行扣拱开挖时，掌子面加设超前小导管注浆加固，小导管长L=3m，间距1.0m，水平梅花形打设，每2m一个循环，搭接1m。每循环注浆作业前，在注浆端部设置10cm厚止浆墙，使用C25喷砼，设单层φ6.5钢筋网片。灌浆宜为水泥-水玻璃两重浆液，灌浆的压力应处于0.5至1.0兆帕之间。注浆加固半径不小于30cm。
为保证中隔壁外侧土方开挖稳定，在中隔壁外侧打设超前导管，小导管实长L=2m，间隔0.3m，每榀打设，注浆与拱顶相同。
3.6 超前地质探测及异常情况处理
工程扣拱开挖工作之前在掌子面拱顶、拱部的两侧与两边墙位置布置超前探管（Φ32×3.25，L=6m，纵向间隔3m）。根据各种外在检测条件，采取以下措施：①水囊：原则意义上排放，以先进的勘探管灌浆；②空腔：以水泥砂浆补筑，初建后迅速回填灌浆；③泥浆涌砂：采用密封法抑制损失，然后注入泥浆。
3.7 DN1200/800排水引排措施
在车站主体结构施工期间，对车站范围内Φ1200/800排水管道内的污水进行引排，保证管道内处于无水状态或者处于极少水状态，从而降低管道的渗漏风险及排水管道渗漏善生的影响。主要采取以下措施：
①车站施工降水采用布置在车站结构线以外的两侧Φ600管道进行引排，排至Φ1200/800排水管下游车站结构北侧60m外的检修井内（减小回流）；
②将车站范围四个检修井污水井内两侧主污水管临时封堵（高于下游管底20cm），形成积水池，在四个检修井内设置自动控制的污水泵进行抽水，将由排水支管汇集到检修井内的生活污水抽至降水积水管道内，引至下游检修井内。
根据位于车站范围内排水井（4个）在井下游管口处砌筑挡水墙，墙顶高出下游管底20cm，使排水井形成积水池，在井内设置水位自动控制水泵，将井内污水通过引排管道排注入下游集水井内。
位于车站北端范围外排水井在井上游管口处砌筑挡水墙，墙顶砌至上游管径中部位置，防止引排汇入的水回流。在挡墙上游井中安装水位自动控制水泵，将上游汇集的污水抽至挡墙下游。（图3-图4）
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根据现场调查DN1200/800排水管道内水深，水流速度约0.6m/s，排水量为0.322m3×0.6m/s×3600=696m3/h，在车站范围内4个及车站下游1个排水检修井内各设置两台250 QJ125/1 A（9.2kW）水泵可以满足排水要求。
3.8 其他措施
3.8.1 加强暗挖施工控制
①必须依照设计尺寸把控每榀的开挖进尺，每榀进尺不大于50cm，确保核心土留设质量，减小土体临空面。放缓施工进度，延长循环间隔时间，待加固水泥浆满足强度要求后才能接着向前开挖，确保前方土体稳定。
②严格把控锁脚锚杆作业质量，拱脚部位垫实，减小初支沉降。开挖中拱脚部位严禁多挖，格栅钢架设置时应清除拱脚部位浮土。锁脚锚杆每个台阶拱脚打设2根，严格控制注浆量，确保早期强度。
③加强回填注浆控制，及时跟进回填注浆，回填注浆处离开挖面间隔应小于等于10m，有效减小地面沉降，杜绝管线开裂渗漏。
3.8.2 加强监控量测
加强地表沉降、管线沉降等监控量测工作，加强管线周边、断面变化处、排水支管处、检查井处的监测点埋设。如发现监测数据异常至警戒值时应及时采用应急措施，停止开挖并及时注浆和补注浆，提高监测频率，适时分析监测结果，根据监测结果调整施工参数。
3.8.3 应急措施
制定管线渗漏应急预案，特别是排水、燃气管线，每天派专人进行现场巡查，并与排水、燃气单位保持长期联系沟通。建立迅速反应抢险领导小组，以项目经理为负责人，配备应急物资及设备，并建立应急上报程序。
4 结语
在地铁车站扣拱施工作业中，加强扣拱施工风险分析及应对措施的研究，能够推动扣拱施工技术的迅速发展及应用，进而从根本上来保障地铁车站工程的安全和质量，同时对提升地铁车站工程整体施工水平也具有深远意义。
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