城市雙線隧道車站施工工藝優化淺析

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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行了優化，充分利用其土體抗力保證圍護結構的穩定，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，并對主體結構模板支架搭設參數進行了分析。最后應用Revit軟件對中央公園城東站外部主體、內部結構和乘車大廳進行了BIM建模，并進行了整體車站的虛擬漫游，可視化的指導了全過程施工，節約了成本，為其它工程提供了思路。

關鍵詞：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空港新城同茂大道與和慶路交叉口，處于重慶市北向發展的熱點區域，東抵江北機場、兩路城區，西達悅來、國博片區。車站沿和慶路南北向敷設，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。標準段寬21.66m，車站設計縱坡為0.2％。車站縱向第1～12軸為兩層結構（負一層凈高8.65m，負二層凈高6.49m），第12～32軸為三層結構（負一層凈高6m，負二層凈高6.25m，負三層凈高6.49）。車站底板、頂板、側墻厚度為900mm，中板厚度為400mm。

1.2車站基坑施工難點

①控制標準嚴格。地下車站對防水、結構內凈空、工程質量要求高，要求使用年限為100年。②工程協調量大。地鐵參建單位包括建設、勘察設計、施工、監理、監測、檢測、和材料設備供應等單位，專業多、項目多、環節多、接口多，作業時交叉，組織協調量大。同時，工程與周邊社區居民、與工程周邊環境的權屬與管理單位的利益攸關、關系密切，溝通協調難度大。③安全風險大。車站主體結構施工都在深基坑內作業且交叉施工作業時多，不按施工方案實施，易發生安全事故[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境安全及節點工期為原則。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、嚴禁超挖、確保工程安全質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的冠梁及樁體達到設計強度后方可進行。基坑開挖時，其縱橫向邊坡放坡應根據地質、環境條件采取安全坡度，邊挖邊運，嚴禁在基坑頂邊緣堆土。縱向放坡開挖時，應在坡頂外設置截水溝或擋水土堤，防止地表水沖刷坡面。基坑開挖后，應及時設置坑內排水溝和集水井，防止坑底積水。挖土機械和車輛不得直接在支撐上行走操作，嚴禁挖土機械碰撞支撐、立柱、圍護樁，鋼支撐頂面嚴禁堆放雜物。控保區內土石方開挖采取“機械切割、炮機破碎、挖機裝載、渣土外運”的方式施工；控制保護區域外開挖采取控制性爆破方式，最大限度減小對十號線結構的影響。機械挖土時，坑底應保留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備

①土方開挖前，場內管線及周邊調查清楚，處置妥當。②土方開挖施工前，保證鉆孔樁及冠梁達到設計要求的強度，保證基坑穩定安全。③基坑圍護已經封閉，且已經達到設計強度。④備足排除基坑積水的抽水設備，地面排水系統完善。⑤開挖前棄土場地已落實好。⑥各種應急物資準備齊全。⑦各種監控量測初始值采集完成。⑧各上崗操作人員經過培訓合格。⑨各機械設備進行了報驗。⑩鋼支撐、鋼圍檁經驗合格，并運到施工現場。11基坑周邊防護欄桿安裝完畢，防護網到位并驗收合格。

2.2地鐵車站基坑開挖方法優化

采用反鏟挖掘機配合自卸汽車運輸，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），沿圍護樁兩側各留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，每道支撐均按照設計圖紙進行架設。為充分利用其土體抗力保證圍護結構的穩定，可利用此平臺及時進行封堵圍護結構的滲漏水和進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行，以加快施工進度。在進行下面一層土方開挖前分兩次再挖除預留平臺部位的土方，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高30cm時，采用人工清底。基坑土石方從車站大里程端向小里程端開挖，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。基坑開挖在距基底面標高以上0.3m時停止開挖，剩余土石方采用人工挖除，挖至設計標高后檢驗基底暴露面，疏干坑內積水，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

根據整個車站施工的特點，針對不同的施工部位采用對應的模板支架形式，側墻采用單側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。主體結構模板支架參數如表1所示。結構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）。標準段側墻采用P1215鋼模板，可移動式三角支架作為模板支撐體系，擴大段端墻及側墻利用碗扣支架同時加普管形成側墻面橫縱向間距為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

①基坑臨近高層建筑小區以時，基坑環境條件復雜，控保區域以外采用爆破開挖時，應采用適當的保護措施，確保不對周邊人員、設備、建筑物、支護結構等造成危害；若常規爆破效果差，可采用靜態爆破。②基坑開挖必須與掛網錨噴連接緊密，當開挖至鋼支撐底面以下50cm時，按照設計圖紙，及時施工鋼支撐，保證標高及位置準確。③基坑開挖過程中，如果發現現場地質情況與設計圖紙不符，及時報駐地監理、業主確認并做好記錄，當基底持力層與設計不符時，及時通知設計、監理協商解決。④土方開挖過程中，應加強觀察和監控量測工作，以便發現施工安全隱患，并通過監測反饋及時調整開挖程序，尤其加強對基坑附近管線的監測，確保安全。⑤基坑開挖過程中，必須加強對基坑支護措施的保護。挖掘機、吊車等作業時，不得碰撞鋼支撐，以防影響支護質量。⑥基坑開挖至設計底標高后，及時進行釬探、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，嚴禁超挖，如發生超挖，應按照設計規定處理。⑧基坑開挖完成后，應有監理會同勘察、設計部門、建設單位及施工單位進行基底驗槽，并做好驗槽記錄，當基底土質與設計不符時，要根據設計部門意見進行基底處理。

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應用，使用BIM正向設計建模，通過中央公園城3D建模、4D施工過程模擬和5D成本控制，實現全過程項目平臺管理，進行地鐵項目數字化、信息化、智能化進行的探索[9-14]。

3.2地鐵車站建模及渲染

①車站外部主體結構及渲染。本項目的根據CAD圖紙，對重慶軌道九號線權限進行三維建模，對地鐵車站外部及主體結構進行BIM建模，并進行碰撞檢測和適應性檢查，同時通過可視化編程設計對參數構件進行驅動優化，在計算后立即更新模型，實現最優設計結果。并進行渲染和漫游，宏觀指導設計及施工，提高施工效率和安全穩定性。②車站內部主體結構及渲染。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行可視化安全檢查展示，并進行了渲染及漫游。③乘車大廳結構及渲染。乘車大廳結構進行BIM建模及渲染、漫游，可視化展示了乘車大廳的內部結構，軌道交通列車入口處護欄、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，并進行了渲染及漫游展示。

3.3車站BIM技術應用總結

①項目前期：在重慶軌道九號線中央公園車東站整體規劃時，把BIM技術設計概念、成本控制、經濟效益分析等結合起來，實現BIM“三同時”管理：同時設計、同時應用和同時管理。②設計階段：根據前期規劃、地勘報告等中央公園車東站主體結構進行CAD圖紙設計，把設計結果再進行BIM翻模及工程量對比，最后實現CAD圖紙和BIM模型成果交付。③施工階段：從“人、機、料、法、環”五個方面對應BIM施工設計及管理，指導中央公園車東站施工組織及設計，實現施工BIM全過程管控及成本管理。④運維階段：基于構建的項目全過程管理平臺，運維階段實現空間管理、運行管理、安全管理和應急管理，提高經濟效益和提高運行階段穩定性。

4總結

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，創新點如下：①對城市雙線隧道車站分段分層開挖工法進行了優化，充分利用了土體抗力保證圍護結構的穩定。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，并對主體結構模板支架搭設參數進行了計算，提高了支模體系的穩定性。③通過參數化構件和Revit二次開發正向設計，并充分考慮了場地環境和地下空間布局，對中央公園城東站外部主體、內部結構和乘車大廳進行了BIM建模，并進行了整體車站的虛擬漫游。施工過程模擬動畫，對施工方、設計方、監理和業主之間的溝通提供了渠道和平臺，節約了時間成本。

作者:王賀 單位:重慶鐵路投資集團有限公司