城市大型地下空间构造顶进施工法【摘要】本文提出了城市大型地下空间构造施工的板、墙、柱顶进施工工法。同时指出该工法具有较好的技术经济性和施工实用价值。井以地铁五号线灯市口车站主体构造施工为例，从施工方法、施工工序、以及工期和造价等方面介绍了板、墙、柱顶进施工工法的过程。【关键词】顶进箱涵构造地下空间板、墙、柱工法1引言随着城市化进程急速加快，城市人口高度集中，交通量迅猛剧增，有限的城市空间“负载累累，城市环境问题日益严重。开发地下资源，建立地下工程，向地下要空间，已成为解决城市用地严重缺乏的一个开展趋势。一些专家曾预言，21世纪将是地下空间大开展的世纪。尽管人们已认识到超前规划，合理开发地下空间资源非常重要，但受近期经济开展的制约，地下工程总是首先从城市繁华地区或地段开场建立。因此，开发城市地下工程暗作施工技术是加快地下工程建立的重要途径之一，也是我们土木工程建立者的个重要任务。目前暗作施工法一般有矿山法、顶管法、盾构法等等，但按每个工程工程所在的地区与特点又派生出浅埋暗挖法、PBA法、钻爆顶管复合隧道施工法、盖挖法等各具特色的施工方法。随着城市地下空间的深度开发，为有效的利用地下空间资源，大深度、大断面的地下工程不断被设计人员所采用，并成为一种开展趋势。对于大型地下空间的施工而言，采用上述单一工法，技术上或经济上总有一定局限性，应研究在现有技术程度的根底上，经过技术扩展，可进展大型或超大型地下空间的施工方法。日本是开发地下空间较超前的国家之一，在20世纪80年代末期，仅地下商业街的使用面积就已超过82万平方米，地下工程施工技术相当兴旺。20世纪90年代，笔者在日就职期间参与过采用“管棚法技术施工大断面隧道的施工管理(该隧道开挖面积约90平方米，长度近100。此外，还跟随原在日本国铁研究所工作过的著名盾构专家植野老先生(现已去世)，共同研究过利用小型矩形盾构施工大型地下空间的施工技术。此项技术现经日本其他企业研究和开发，已应用到实际工程中。如东京高速川崎纵横线KJ125工区(B，)通风道即采用该工法(ulti-irShieldTunnel简称ST工法)施工。其过程可简述为采用纵横各一台小型矩型多刀盘盾构机，先施工通风道框架构造，再挖弃通风道框架构造内土体，最后完成通风道施工。小型矩型多刀盘盾构机刀盘外形和“ST工法施工顺序示意图如下。采用“ST工法可施工超大型地下空间建筑，是大型地下工程暗作施工的个好工法，特别是节点处理技术构思极为巧妙。但是该工法设备投入过多，施工占地面积大，而且地下空间构造断面缺乏够大时，经济性不理想，因此目前在我国较难推广。笔者由日本回国后，一直没有放弃对城市地铁车站、地下存车尝地下商场以及地下影剧院等大型地下空间暗作施工工法的研究。一个具有生命力的地下空间构造暗作施工工法，必须是技术超前可行，施工平安可靠，经济符合国情。针对北京地铁五号线和四号线均位于城市繁华地区，掘胭难，地面交通和商业活动干扰严重，而车站(隧道也如此)埋深不大，地下水位较低等特点，笔者提出车站暗作施工的板、墙、柱顶进施工工法的设想。认为采用此工法施工地铁车站有较好的技术经济性，符合我国国情。2板、墙、柱顶进施工工法概要21板、墙、柱顶进施工工法概述及工法特点板、墙、柱顶进工法吸收了“管棚法和日本“ST工法的原理及节点处理技术，利用“顶管技术施工设备小巧灵敏，操作简便的特点，同时引入地面建筑物构造受力体系的一些概念与技术，拓宽了暗作法施工地下空间构造的范围。此外，采用钢筋混凝土预制构件作为围护构造，大大进步了地下工程的施工质量。本工法的根本原理和做法是：采用顶进施工技术程度顶进顶板箱涵，构成顶板初期构造，进而在程度箱涵内垂直向下顶进箱涵(即边墙和中柱)，然后按梁板(井字梁)构造体系完成钢筋混凝土顶板构造施工。顶板和边墙、中柱均为刚结，共同组成空间构造受力体系。在此构造体系的支护下，挖弃构造内部土休和按内局部隔空间要求进展混凝土构造施工。顶进的箱涵采用节点处理技术施工(包括顶板与边墙构造)后形成的空间构造体系，在设计上考虑其可以承受初期和永久荷载，因此不需要在开挖土体之后再在边墙内侧及顶板底部施做内衬。奉工法具有以下特点：(1)构造体系受力明确，体系转换简单；(2)所有的顶进施工和开挖土体均在完好构造的保护下进展，故施工平安可靠；(3)工程质量易于控制，构造可靠性大大进步；(4)可防止对地面交通的干扰和减少对周边环境的影响；(5)虽然最终完成地下空间构造断面较大，但由于采用小断面顶进施工，地面沉降值较小；(6)施工设备投入较少，同时几乎没有废弃物，具有较好的技术经济性；(7)合适构造长度不大于300、构造埋深不超过30的多层多跨地下工程施工。22本工法所适用的构造体系如前所述，奉工法适用于多层多跨框架构造体系的施工，其一般构造体系见图7、图8。23本工法应用于实际工程的根本条件本工法是在以下几个根本问题均得到较好解决的根底之上提出的，可在实际工程中应用，并在实际施工中不断完善和进步。(1)整个空间框架构造体系的构造可靠性(含顶皈构造、墙体构造以及中柱构造)得到确认；(2)工程构造的防水陛能满足设计要求；(3)施工操作可行，即便于施工，施工效率高；(4)有较好的经济效益；(5)施工工期合理。3工程举例为说明本工法的技术特点，现以北京市地铁五号线灯市口站车站主体构造施工为例，将本工法应用地铁暗挖车站的施工过程介绍于后。31工程根本参数设定灯市口站位于北京市东四南大街中部，是北京有名的商业繁华地区之一。车站原设计为明挖法施工，后因商业、交通以及拆迁等原因，改为暗挖法施工。根据地铁五号线可行性研究报告，车站的根本参数设定如下：车站为岛式双层双跨框架构造，长180，宽20，建筑面积为7200平方米。共设有4个出人口，2个通风道。平面布置与构造形式见图9、图10。如车站构造示意图所示，地层分布由地面向下依次为杂填土、粉质粘土、中细砂、砂卵石。进步查资料可知地下水位大致位于轨顶以上12，无承压水。32，车站主体构造施工顺序及施工网络图321车站主体构造施工平面图利用4个出人口作为工作竖井，先施工顶进程度导洞，利用导洞程度双向顶进顶板箱涵，然后在箱涵内垂直顶进边墙和中柱，同时在顶板箱涵内施工钢筋混凝土梁板构造(井字粱)，最后逆作首层楼板和底板混凝土构造。车站主体构造施工平面布置见图11。323板、墙、柱顶进施工工序示意图灯市口车站主体构造板、墙、柱顶进施工工序示意图见图13。324施工网络图灯市口车站主体构造施工工期为18个月，详见地铁五号线灯市口车站主体构造施工网络图，见图14。325施工工力方案施工总工力为33650工，详见工力需求方案图，见图15。转贴于论文联盟.ll.33主要工序施工方法及简要说明331工作竖井施工选择车站出入口作为工作竖井，可最大限度减少地面拆迁和对路面交通、商业的干扰。同时竖井作为顶进顶板箱涵程度导洞施工和出土之用，竖井深度不超过60即可满足要求。竖井的施工方法为目前北京常用的钢格栅喷射混凝土逆作法。332程度导洞施工程度导洞作为程度顶进顶板箱涵之用，必须满足顶进箱涵的需要(包括空间尺寸、构造受力等)。因此在考虑采用钢架喷射混凝土支护构造的同时，辅以“管棚法增强构造承溯自力。程度钢管棚施工采用程度定向钻技术，管径为159。333顶板箱涵程度顶进顶板箱涵作为车站主体顶扳构造，要求满足以下4个条件：(1)顶板最终构造既能承当施工荷载，又能承当永久荷载；(2)便于顶板钢筋混凝土井字梁的施工；(3)箱涵涵体之间经过节点处理之后，可确保顶扳不渗不漏，满足防水要求；(4)钢箱涵内空间足够垂直顶进边墙和中柱之用。本工法采用特为地下空间构造体顶进使用的专用顶进设备系统。该系统除设备紧凑，占用空间小之外，对涵体的制导及顶进涵体空间互相连接均有特殊的考虑和设计。顶板箱涵除边箱涵与中箱涵为钢构造外，其余箱涵均采用钢筋混凝土构造。箱涵纵向接口采用钢承口(即F型)接口形式。334垂直顶进边墙箱涵和中柱边墙箱涵与中柱均在程度钢箱涵内部垂直向下顶进。由于地下水位较低，车站构造仅有不到3的深度位于地下水位之下，故采用涵体内部降水的方法，随出土随降水。边墙构造与顶板同样要求必须不漏不渗，但其防水设计及施工要比顶板容易得多。边墙和中柱的纵向接口也采用钢承口接口形式。335首层楼板和底层底板混凝土施工首层楼板和底层底板混凝土的施工皆为普通钢筋混凝土施工，技术上没有难点，仅需在与箱涵体预留口连接时加以留心即可。336土体开挖3.3.6土体开发由于土体开挖均在混凝土框架构造内部进展，给开挖土体提供了很大自由度。实际施工时可根据施工组织需要，安排人工开挖或机械开挖均可。34车站主体构造工程造价估算经测算，灯市口车站主体构造土建总费用为5147万元，折合每延米造价286万元。板、墙、柱顶进施工工法的实用价值随着居住人口的急剧膨胀，为满足城市居民生活与工作的需要，除了轨道交通以外，北京还规划了大量的各种用处的地下工程。如“王府井地区地下空间的开发规划，已进展到设计阶段。其单项工程的构造单元一般空连续面较大，且长度不大于200，因此特别适宜采用本工法施工。此外，为最大限度地利用大型商业大厦的客流资源，一些有商业头脑的企业家已正在筹划或正在施行利用商业大厦地下空间作为汽车专卖城。如西单明珠大厦已完成地下构造的土建改造并正在招商，可望近期正式营业。此类型大空间地下工程也比拟合适采用本工法施工。可以预计，板、墙、柱顶进施工法将在以下施工领域得到广泛应用：(1)地铁车站；(2)地下交通枢纽；(3)地下存车场；(4)地下综合管廊；(5)地下商业城；(6)地下文化娱乐城；(7)地下人防工程；(8)地下物流中心。对于城市大断面地下工程暗作施工，板、墙、柱顶进施工法的提出，为地下工程技术人员增加了一种新的途径。板、墙、柱顶进施工工法的特点是采用小断面隧道施做大断面地下空间的承载构造体，通过节点处理等技术，将其组合成稳定的地下空间构造支护体系，并在此支护体系下开挖构造内土体，最终形成完好的可供使用的工程构造。该工法对于城市繁华地区地下工程的施工有较强的实用价值，必将与其他城市暗作施工法在各自适宜的范围内得到应用和开展。参考文献【1】乐贵平等，钻爆.顶管复合法隧道施工技术市政技术20024【2】徐干成等地下工程支护构造北京：中国水利出版杜2002【3】松本嘉司等.隧道设计理论(日文版)日本共立出版株式会社【4】地下工程施工技术(日文版)日外乡质工学会编，1994【5】日外乡木学会ST工法技术资料(日文版)，1995【6】陈立道等.城市地下空间规划理论与理论上海；同济大学出版社，1997【7】童林旭地下汽车库建筑设汁.北京：中国建筑出版社，1996【8】李相然等.城市地下工程实用技术.北京：中国建材工业出版社，2000【9】惠丽萍等.PBA-一种新的大型地下空间暗挖施工方法，中国土木工程学会隧道与地下工程学会地十四届学术交流会论文集，北京：中国科学出版社，2000转贴于论文联盟.ll.