城市雙線隧道車站施工工藝優(yōu)化淺析

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摘要：針對城市雙線隧道施工過程中的地表沉降、基坑坍塌等安全問題，本文對重慶軌道九號線中央公園城車站分段分層開挖工法進(jìn)行了優(yōu)化，充分利用其土體抗力保證圍護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，并在支模體系中采用盤扣滿堂支架體系，局部中板、頂板（28～32軸）采用碗扣滿堂支架體系，并對主體結(jié)構(gòu)模板支架搭設(shè)參數(shù)進(jìn)行了分析。最后應(yīng)用Revit軟件對中央公園城東站外部主體、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和乘車大廳進(jìn)行了BIM建模，并進(jìn)行了整體車站的虛擬漫游，可視化的指導(dǎo)了全過程施工，節(jié)約了成本，為其它工程提供了思路。

關(guān)鍵詞：城市隧道；基坑開挖；支模體系；BIM建模

1工程概況及特點

1.1項目簡介

重慶軌道九號線中央公園東站位于重慶市渝北區(qū)空港新城同茂大道與和慶路交叉口，處于重慶市北向發(fā)展的熱點區(qū)域，東抵江北機(jī)場、兩路城區(qū)，西達(dá)悅來、國博片區(qū)。車站沿和慶路南北向敷設(shè)，與10號線中央公園東站十字交叉，采用通道換乘。同茂大道現(xiàn)狀道路寬約20m，地面交通繁忙；和慶路寬約15m，地面交通疏松。中央公園東站為明挖地下三層（局部兩層）雙跨島式車站，南北走向。車站起終點里程YDK35+899.863～YDK36+166.863，車站總長267m。標(biāo)準(zhǔn)段寬21.66m，車站設(shè)計縱坡為0.2％。車站縱向第1～12軸為兩層結(jié)構(gòu)（負(fù)一層凈高8.65m，負(fù)二層凈高6.49m），第12～32軸為三層結(jié)構(gòu)（負(fù)一層凈高6m，負(fù)二層凈高6.25m，負(fù)三層凈高6.49）。車站底板、頂板、側(cè)墻厚度為900mm，中板厚度為400mm。

1.2車站基坑施工難點

①控制標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格。地下車站對防水、結(jié)構(gòu)內(nèi)凈空、工程質(zhì)量要求高，要求使用年限為100年。②工程協(xié)調(diào)量大。地鐵參建單位包括建設(shè)、勘察設(shè)計、施工、監(jiān)理、監(jiān)測、檢測、和材料設(shè)備供應(yīng)等單位，專業(yè)多、項目多、環(huán)節(jié)多、接口多，作業(yè)時交叉，組織協(xié)調(diào)量大。同時，工程與周邊社區(qū)居民、與工程周邊環(huán)境的權(quán)屬與管理單位的利益攸關(guān)、關(guān)系密切，溝通協(xié)調(diào)難度大。③安全風(fēng)險大。車站主體結(jié)構(gòu)施工都在深基坑內(nèi)作業(yè)且交叉施工作業(yè)時多，不按施工方案實施，易發(fā)生安全事故[1-6]。

2城市雙線地鐵車站基坑施工安全管理

基坑開挖以保證周圍環(huán)境安全及節(jié)點工期為原則。土方開挖的順序方法遵循豎向分層，臺階式、快速開挖、快速支撐、中部拉槽、隨挖隨撐、嚴(yán)禁超挖、確保工程安全質(zhì)量前提下快速施工的原則。基坑開挖必須在開挖影響范圍內(nèi)的冠梁及樁體達(dá)到設(shè)計強度后方可進(jìn)行。基坑開挖時，其縱橫向邊坡放坡應(yīng)根據(jù)地質(zhì)、環(huán)境條件采取安全坡度，邊挖邊運，嚴(yán)禁在基坑頂邊緣堆土。縱向放坡開挖時，應(yīng)在坡頂外設(shè)置截水溝或擋水土堤，防止地表水沖刷坡面?；娱_挖后，應(yīng)及時設(shè)置坑內(nèi)排水溝和集水井，防止坑底積水。挖土機(jī)械和車輛不得直接在支撐上行走操作，嚴(yán)禁挖土機(jī)械碰撞支撐、立柱、圍護(hù)樁，鋼支撐頂面嚴(yán)禁堆放雜物?？乇^(qū)內(nèi)土石方開挖采取“機(jī)械切割、炮機(jī)破碎、挖機(jī)裝載、渣土外運”的方式施工；控制保護(hù)區(qū)域外開挖采取控制性爆破方式，最大限度減小對十號線結(jié)構(gòu)的影響。機(jī)械挖土?xí)r，坑底應(yīng)保留30cm厚土層用人工挖除整平，防止坑底土擾動。

2.1地鐵車站基坑開挖準(zhǔn)備

①土方開挖前，場內(nèi)管線及周邊調(diào)查清楚，處置妥當(dāng)。②土方開挖施工前，保證鉆孔樁及冠梁達(dá)到設(shè)計要求的強度，保證基坑穩(wěn)定安全。③基坑圍護(hù)已經(jīng)封閉，且已經(jīng)達(dá)到設(shè)計強度。④備足排除基坑積水的抽水設(shè)備，地面排水系統(tǒng)完善。⑤開挖前棄土場地已落實好。⑥各種應(yīng)急物資準(zhǔn)備齊全。⑦各種監(jiān)控量測初始值采集完成。⑧各上崗操作人員經(jīng)過培訓(xùn)合格。⑨各機(jī)械設(shè)備進(jìn)行了報驗。⑩鋼支撐、鋼圍檁經(jīng)驗合格，并運到施工現(xiàn)場。11基坑周邊防護(hù)欄桿安裝完畢，防護(hù)網(wǎng)到位并驗收合格。

2.2地鐵車站基坑開挖方法優(yōu)化

采用反鏟挖掘機(jī)配合自卸汽車運輸，開挖自上而下，分層分段開挖，如圖1所示。土層臺階高度或厚度不宜大于2.0m，其綜合縱坡土層不能陡于1:3；巖層縱坡不得大于1:0.5，開挖臺階高度或厚度不宜大于8m。第一層土方平挖至混凝土支撐下底處，在基坑橫向中間拉槽開挖，每層縱向拉槽的長度不大于基坑寬度（23.66-27.96m），沿圍護(hù)樁兩側(cè)各留3.0m寬平臺，槽底至平臺坡度為1：0.75，保證施工第一道混凝土支撐安全順利完成，每道支撐均按照設(shè)計圖紙進(jìn)行架設(shè)。為充分利用其土體抗力保證圍護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，可利用此平臺及時進(jìn)行封堵圍護(hù)結(jié)構(gòu)的滲漏水和進(jìn)行鋼支撐及鋼圍檁的安裝，可以確保在鋼支撐施工時土方開挖照常進(jìn)行，以加快施工進(jìn)度。在進(jìn)行下面一層土方開挖前分兩次再挖除預(yù)留平臺部位的土方，保證與拉槽開挖同步，如圖2所示。開外到第一道鋼支撐下方0.5m時，施工第一道鋼圍檁、安裝鋼支撐；樁間掛網(wǎng)噴混凝土；開挖至第二道鋼支撐下方0.5m時，施工第二道鋼圍檁、安裝鋼支撐，以此類推開挖至距基底標(biāo)高30cm時，采用人工清底?；油潦綇能囌敬罄锍潭讼蛐±锍潭碎_挖，馬道按照14%的坡度放坡，渣土直接裝車外運，開挖至南端基坑收口時采用吊車或塔吊垂直提升至地面?；娱_挖在距基底面標(biāo)高以上0.3m時停止開挖，剩余土石方采用人工挖除，挖至設(shè)計標(biāo)高后檢驗基底暴露面，疏干坑內(nèi)積水，并及時澆筑墊層封閉基坑。

2.3車站基坑支模施工安全管理

根據(jù)整個車站施工的特點，針對不同的施工部位采用對應(yīng)的模板支架形式，側(cè)墻采用單側(cè)鋼模加斜三角支撐體系，中板、頂板（1～28軸）采用盤扣滿堂支架體系，局部中板、頂板（28～32軸）采用碗扣滿堂支架體系。中柱采用鋼模加三角支撐體系。主體結(jié)構(gòu)模板支架參數(shù)如表1所示。結(jié)構(gòu)部位主要分為主次楞材料和主次楞間距，主楞材料主要為方鋼100×50×3和10#工字架，主楞和次楞間距分別為1200mm和250mm。支架參數(shù)主要分為立桿橫向（盤扣式頂板梁600mm、頂板1500mm；碗扣式頂板梁300mm、900mm）、立桿縱向（盤扣式頂板梁120mm、頂板1200mm；碗扣式頂板梁600mm、600mm）和支架步距（盤扣式頂板梁1500mm、頂板1500mm；碗扣式頂板梁1200mm、1200mm）。標(biāo)準(zhǔn)段側(cè)墻采用P1215鋼模板，可移動式三角支架作為模板支撐體系，擴(kuò)大段端墻及側(cè)墻利用碗扣支架同時加普管形成側(cè)墻面橫縱向間距為600，步距為900的對撐支架體系，立柱使用定制鋼模施工[7-8]。

2.4地鐵車站基坑開挖和支模體系總結(jié)

①基坑臨近高層建筑小區(qū)以時，基坑環(huán)境條件復(fù)雜，控保區(qū)域以外采用爆破開挖時，應(yīng)采用適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施，確保不對周邊人員、設(shè)備、建筑物、支護(hù)結(jié)構(gòu)等造成危害；若常規(guī)爆破效果差，可采用靜態(tài)爆破。②基坑開挖必須與掛網(wǎng)錨噴連接緊密，當(dāng)開挖至鋼支撐底面以下50cm時，按照設(shè)計圖紙，及時施工鋼支撐，保證標(biāo)高及位置準(zhǔn)確。③基坑開挖過程中，如果發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場地質(zhì)情況與設(shè)計圖紙不符，及時報駐地監(jiān)理、業(yè)主確認(rèn)并做好記錄，當(dāng)基底持力層與設(shè)計不符時，及時通知設(shè)計、監(jiān)理協(xié)商解決。④土方開挖過程中，應(yīng)加強觀察和監(jiān)控量測工作，以便發(fā)現(xiàn)施工安全隱患，并通過監(jiān)測反饋及時調(diào)整開挖程序，尤其加強對基坑附近管線的監(jiān)測，確保安全。⑤基坑開挖過程中，必須加強對基坑支護(hù)措施的保護(hù)。挖掘機(jī)、吊車等作業(yè)時，不得碰撞鋼支撐，以防影響支護(hù)質(zhì)量。⑥基坑開挖至設(shè)計底標(biāo)高后，及時進(jìn)行釬探、驗槽、墊層澆筑封閉基坑，減少基坑暴露時間并盡快完成底板澆筑。⑦基坑開挖至底部時，須留30cm人工清底以防擾動基底土質(zhì)，嚴(yán)禁超挖，如發(fā)生超挖，應(yīng)按照設(shè)計規(guī)定處理。⑧基坑開挖完成后，應(yīng)有監(jiān)理會同勘察、設(shè)計部門、建設(shè)單位及施工單位進(jìn)行基底驗槽，并做好驗槽記錄，當(dāng)基底土質(zhì)與設(shè)計不符時，要根據(jù)設(shè)計部門意見進(jìn)行基底處理。

3城市雙線隧道車站BIM建模及渲染

3.1BIM實施方案

本城市雙線地鐵車站工程BIM應(yīng)用，使用BIM正向設(shè)計建模，通過中央公園城3D建模、4D施工過程模擬和5D成本控制，實現(xiàn)全過程項目平臺管理，進(jìn)行地鐵項目數(shù)字化、信息化、智能化進(jìn)行的探索[9-14]。

3.2地鐵車站建模及渲染

①車站外部主體結(jié)構(gòu)及渲染。本項目的根據(jù)CAD圖紙，對重慶軌道九號線權(quán)限進(jìn)行三維建模，對地鐵車站外部及主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行BIM建模，并進(jìn)行碰撞檢測和適應(yīng)性檢查，同時通過可視化編程設(shè)計對參數(shù)構(gòu)件進(jìn)行驅(qū)動優(yōu)化，在計算后立即更新模型，實現(xiàn)最優(yōu)設(shè)計結(jié)果。并進(jìn)行渲染和漫游，宏觀指導(dǎo)設(shè)計及施工，提高施工效率和安全穩(wěn)定性。②車站內(nèi)部主體結(jié)構(gòu)及渲染。在全過程項目管理平臺中，定位車站入口位置，并可視化化展示，同時對中央公園城東站閘口處進(jìn)行可視化安全檢查展示，并進(jìn)行了渲染及漫游。③乘車大廳結(jié)構(gòu)及渲染。乘車大廳結(jié)構(gòu)進(jìn)行BIM建模及渲染、漫游，可視化展示了乘車大廳的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，軌道交通列車入口處護(hù)欄、大廳柱子、大廳頂板裝飾及空間大小。右邊圖展示了乘車大廳軌道列車模型，并進(jìn)行了渲染及漫游展示。

3.3車站BIM技術(shù)應(yīng)用總結(jié)

①項目前期：在重慶軌道九號線中央公園車東站整體規(guī)劃時，把BIM技術(shù)設(shè)計概念、成本控制、經(jīng)濟(jì)效益分析等結(jié)合起來，實現(xiàn)BIM“三同時”管理：同時設(shè)計、同時應(yīng)用和同時管理。②設(shè)計階段：根據(jù)前期規(guī)劃、地勘報告等中央公園車東站主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行CAD圖紙設(shè)計，把設(shè)計結(jié)果再進(jìn)行BIM翻模及工程量對比，最后實現(xiàn)CAD圖紙和BIM模型成果交付。③施工階段：從“人、機(jī)、料、法、環(huán)”五個方面對應(yīng)BIM施工設(shè)計及管理，指導(dǎo)中央公園車東站施工組織及設(shè)計，實現(xiàn)施工BIM全過程管控及成本管理。④運維階段：基于構(gòu)建的項目全過程管理平臺，運維階段實現(xiàn)空間管理、運行管理、安全管理和應(yīng)急管理，提高經(jīng)濟(jì)效益和提高運行階段穩(wěn)定性。

4總結(jié)

針對城市雙線隧道施工過程中的地表沉降、基坑施工及支模等安全問題，創(chuàng)新點如下：①對城市雙線隧道車站分段分層開挖工法進(jìn)行了優(yōu)化，充分利用了土體抗力保證圍護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。②對城市雙線隧道車站支模中采用了盤扣滿堂支架體系，局部中板、頂板采用了碗扣滿堂支架體系，并對主體結(jié)構(gòu)模板支架搭設(shè)參數(shù)進(jìn)行了計算，提高了支模體系的穩(wěn)定性。③通過參數(shù)化構(gòu)件和Revit二次開發(fā)正向設(shè)計，并充分考慮了場地環(huán)境和地下空間布局，對中央公園城東站外部主體、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和乘車大廳進(jìn)行了BIM建模，并進(jìn)行了整體車站的虛擬漫游。施工過程模擬動畫，對施工方、設(shè)計方、監(jiān)理和業(yè)主之間的溝通提供了渠道和平臺，節(jié)約了時間成本。

作者:王賀 單位:重慶鐵路投資集團(tuán)有限公司