摘要：本文提出了城市大型地下空間結(jié)構(gòu)施工的板、墻、柱頂進(jìn)施工工法。同時(shí)指出該工法具有較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性和施工實(shí)用價(jià)值。井以地鐵五號(hào)線燈市口車站主體結(jié)構(gòu)施工為例，從施工方法、施工工序、以及工期和造價(jià)等方面介紹了板、墻、柱頂進(jìn)施工工法的過(guò)程。
關(guān)鍵詞：頂進(jìn)；箱涵；結(jié)構(gòu)地下空間；板、墻、柱工法
1、引言
隨著城市化進(jìn)程急速加快，城市人口高度集中，交通量迅猛劇增，有限的城市空間“負(fù)載累累”，城市環(huán)境問(wèn)題日益嚴(yán)重。開發(fā)地下資源，建設(shè)地下工程，向地下要空間，已成為解決城市用地嚴(yán)重不足的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。一些專家曾預(yù)言，21世紀(jì)將是地下空間大發(fā)展的世紀(jì)。盡管人們已認(rèn)識(shí)到超前規(guī)劃，合理開發(fā)地下空間資源非常重要，但受近期經(jīng)濟(jì)發(fā)展的制約，地下工程總是首先從城市繁華地區(qū)或地段開始建設(shè)。因而，開發(fā)城市地下工程暗作施工技術(shù)是加快地下工程建設(shè)的重要途徑之一，也是我們土木工程建設(shè)者的—個(gè)重要任務(wù)。目前暗作施工法一般有礦山法、頂管法、盾構(gòu)法等等，但按每個(gè)工程項(xiàng)目所在的地區(qū)與特點(diǎn)又派生出淺埋暗挖法、PBA法、鉆爆—頂管復(fù)合隧道施工法、蓋挖法等各具特色的施工方法。隨著城市地下空間的深度開發(fā)，為有效的利用地下空間資源，大深度、大斷面的地下工程不斷被設(shè)計(jì)人員所采用，并成為一種發(fā)展趨勢(shì)。對(duì)于大型地下空間的施工而言，采用上述單一工法，技術(shù)上或經(jīng)濟(jì)上總有一定局限性，應(yīng)研究在現(xiàn)有技術(shù)水平的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)技術(shù)擴(kuò)展，可進(jìn)行大型或超大型地下空間的施工方法。
日本是開發(fā)地下空間較超前的國(guó)家之一，在20世紀(jì)80年代末期，僅地下商業(yè)街的使用面積就已超過(guò)82萬(wàn)平方米，地下工程施工技術(shù)相當(dāng)發(fā)達(dá)。20世紀(jì)90年代，筆者在日就職期間參與過(guò)采用“管棚法”技術(shù)施工大斷面隧道的施工管理（該隧道開挖面積約90平方米，長(zhǎng)度近100m）。此外，還跟隨原在日本國(guó)鐵研究所工作過(guò)的著名盾構(gòu)專家植野老先生（現(xiàn)已去世），共同研究過(guò)利用小型矩形盾構(gòu)施工大型地下空間的施工技術(shù)。此項(xiàng)技術(shù)現(xiàn)經(jīng)日本其他企業(yè)研究和開發(fā)，已應(yīng)用到實(shí)際工程中。如東京高速川崎縱橫線KJ125工區(qū)（B，C）通風(fēng)道即采用該工法（Multi-MicroShieldTunnel簡(jiǎn)稱MMST工法）施工。其過(guò)程可簡(jiǎn)述為采用縱橫各一臺(tái)小型矩型多刀盤盾構(gòu)機(jī)，先施工通風(fēng)道框架結(jié)構(gòu)，再挖棄通風(fēng)道框架結(jié)構(gòu)內(nèi)土體，最后完成通風(fēng)道施工。
采用“MMST工法”可施工超大型地下空間建筑，是大型地下工程暗作施工的—個(gè)好工法，特別是節(jié)點(diǎn)處理技術(shù)構(gòu)思極為巧妙。但是該工法設(shè)備投入過(guò)多，施工占地面積大，而且地下空間結(jié)構(gòu)斷面不足夠大時(shí)，經(jīng)濟(jì)性不理想，因而目前在我國(guó)較難推廣。
筆者由日本回國(guó)后，一直沒(méi)有放棄對(duì)城市地鐵車站、地下存車場(chǎng)、地下商場(chǎng)以及地下影劇院等大型地下空間暗作施工工法的研究。一個(gè)具有生命力的地下空間結(jié)構(gòu)暗作施工工法，必須是技術(shù)超前可行，施工安全可靠，經(jīng)濟(jì)符合國(guó)情。針對(duì)北京地鐵五號(hào)線和四號(hào)線均位于城市繁華地區(qū)，掘胭難，地面交通和商業(yè)活動(dòng)干擾嚴(yán)重，而車站（隧道也如此）埋深不大，地下水位較低等特點(diǎn)，筆者提出車站暗作施工的板、墻、柱頂進(jìn)施工工法的設(shè)想。認(rèn)為采用此工法施工地鐵車站有較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性，符合我國(guó)國(guó)情。
2、板、墻、柱頂進(jìn)施工工法概要
2.1 板、墻、柱頂進(jìn)施工工法概述及工法特點(diǎn)板、墻、柱頂進(jìn)工法吸收了“管棚法”和日本“MMST工法”的原理及節(jié)點(diǎn)處理技術(shù)，利用“頂管技術(shù)”施工設(shè)備小巧靈活，操作簡(jiǎn)便的特點(diǎn)，同時(shí)引入地面建筑物結(jié)構(gòu)受力體系的一些概念與技術(shù)，拓寬了暗作法施工地下空間結(jié)構(gòu)的范圍。此外，采用鋼筋混凝土預(yù)制構(gòu)件作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)，大大提高了地下工程的施工質(zhì)量。本工法的基本原理和做法是：采用頂進(jìn)施工技術(shù)水平頂進(jìn)頂板箱涵，構(gòu)成頂板初期結(jié)構(gòu)，進(jìn)而在水平箱涵內(nèi)垂直向下頂進(jìn)箱涵（即邊墻和中柱），然后按梁板（井字梁）結(jié)構(gòu)體系完成鋼筋混凝土頂板結(jié)構(gòu)施工。頂板和邊墻、中柱均為剛結(jié)，共同組成空間結(jié)構(gòu)受力體系。在此結(jié)構(gòu)體系的支護(hù)下，挖棄結(jié)構(gòu)內(nèi)部土休和按內(nèi)部分隔空間要求進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)施工。頂進(jìn)的箱涵采用節(jié)點(diǎn)處理技術(shù)施工（包括頂板與邊墻結(jié)構(gòu)）后形成的空間結(jié)構(gòu)體系，在設(shè)計(jì)上考慮其能夠承受初期和永久荷載，因此不需要在開挖土體之后再在邊墻內(nèi)側(cè)及頂板底部施做內(nèi)襯。
奉工法具有以下特點(diǎn)：
�。�1）結(jié)構(gòu)體系受力明確，體系轉(zhuǎn)換簡(jiǎn)單；
（2）所有的頂進(jìn)施工和開挖土體均在完整結(jié)構(gòu)的保護(hù)下進(jìn)行，故施工安全可靠；
�。�3）工程質(zhì)量易于控制，結(jié)構(gòu)可靠性大大提高；
（4）可避免對(duì)地面交通的干擾和減少對(duì)周邊環(huán)境的影響；
（5）雖然最終完成地下空間結(jié)構(gòu)斷面較大，但由于采用小斷面頂進(jìn)施工，地面沉降值較小；
�。�6）施工設(shè)備投入較少，同時(shí)幾乎沒(méi)有廢棄物，具有較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性；
�。�7）適合結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度不大于300m、結(jié)構(gòu)埋深不超過(guò)30m的多層多跨地下工程施工。
2.2 本工法所適用的結(jié)構(gòu)體系如前所述，奉工法適用于多層多跨框架結(jié)構(gòu)體系的施工。
2.3 本工法應(yīng)用于實(shí)際工程的基本條件本工法是在下列幾個(gè)基本問(wèn)題均得到較好解決的基礎(chǔ)之上提出的，可在實(shí)際工程中應(yīng)用，并在實(shí)際施工中不斷完善和提高。
�。�1）整個(gè)空間框架結(jié)構(gòu)體系的結(jié)構(gòu)可靠性（含頂皈結(jié)構(gòu)、墻體結(jié)構(gòu)以及中柱結(jié)構(gòu)）得到確認(rèn)；
�。�2）工程結(jié)構(gòu)的防水陛能滿足設(shè)計(jì)要求；
（3）施工操作可行，即便于施工，施工效率高；
�。�4）有較好的經(jīng)濟(jì)效益；
�。�5）施工工期合理。
3、工程舉例為說(shuō)明本工法的技術(shù)特點(diǎn)，現(xiàn)以北京市地鐵五號(hào)線燈市口站車站主體結(jié)構(gòu)施工為例，將本工法應(yīng)用地鐵暗挖車站的施工過(guò)程介紹于后。
3.1 工程基本參數(shù)設(shè)定燈市口站位于北京市東四南大街中部，是北京有名的商業(yè)繁華地區(qū)之一。車站原設(shè)計(jì)為明挖法施工，后因商業(yè)、交通以及拆遷等原因，改為暗挖法施工。根據(jù)地鐵五號(hào)線可行性研究報(bào)告，車站的基本參數(shù)設(shè)定如下：車站為島式雙層雙跨框架結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)180m，寬20m，建筑面積為7200平方米。共設(shè)有4個(gè)出人口，2個(gè)通風(fēng)道。
3.2 車站主體結(jié)構(gòu)施工順序及施工網(wǎng)絡(luò)圖
車站主體結(jié)構(gòu)施工平面圖利用4個(gè)出人口作為工作豎井，先施工頂進(jìn)水平導(dǎo)洞，利用導(dǎo)洞水平雙向頂進(jìn)頂板箱涵，然后在箱涵內(nèi)垂直頂進(jìn)邊墻和中柱，同時(shí)在頂板箱涵內(nèi)施工鋼筋混凝土梁板結(jié)構(gòu)（井字粱），最后逆作首層樓板和底板混凝土結(jié)構(gòu)。
3.3 主要工序施工方法及簡(jiǎn)要說(shuō)明
3.3.1工作豎井施工選擇車站出入口作為工作豎井，可最大限度減少地面拆遷和對(duì)路面交通、商業(yè)的干擾。同時(shí)豎井作為頂進(jìn)頂板箱涵水平導(dǎo)洞施工和出土之用，豎井深度不超過(guò)6.0m即可滿足要求。豎井的施工方法為目前北京常用的鋼格柵噴射混凝土逆作法。
3.3.2水平導(dǎo)洞施工水平導(dǎo)洞作為水平頂進(jìn)頂板箱涵之用，必須滿足頂進(jìn)箱涵的需要（包括空間尺寸、結(jié)構(gòu)受力等）。因此在考慮采用鋼架噴射混凝土支護(hù)結(jié)構(gòu)的同時(shí)，輔以“管棚法”增強(qiáng)結(jié)構(gòu)承溯自力。水平鋼管棚施工采用水平定向鉆技術(shù)，管徑為φ159。
3.3.3頂板箱涵水平頂進(jìn)頂板箱涵作為車站主體頂扳結(jié)構(gòu)，要求滿足以下4個(gè)條件：
（1）頂板最終結(jié)構(gòu)既能承擔(dān)施工荷載，又能承擔(dān)永久荷載；
�。�2）便于頂板鋼筋混凝土井字梁的施工；
�。�3）箱涵涵體之間經(jīng)過(guò)節(jié)點(diǎn)處理之后，可確保頂扳不滲不漏，滿足防水要求；
