1 工程概况

　　重庆轨道环线四公里站为环线中间车站，车站中心里程CK35+561.984，主体为高架岛式车站，车站规模148m×21.9m×22.4m(长×宽×高)，总建筑面积8 658.4m²。车站与重庆长途客运站、轨道交通3号线四公里站(高架)形成换乘关系，站址位于山坡和几条交会的道路及路边绿化地上，车站与山坡、车站与主要道路斜交，周边地形复杂，地势高差大。其地理位置及周边环境如图1所示。

　　四公里站跨四海大道为高架部分，跨过四海大道后车站主体部分埋置于江南大道下方，所处江南大道、四海大道施工路段车辆通行繁忙、流量很大。所处地理位置的边坡高差达28m，且坡体上、下均有较为繁忙的车行道，坡顶距坡下车道净距约25m，坡体上、下车道间净距约30m;环线四公里站盖挖段距运营的轨道3号线墩位最近处约5m，范围内各种管线数量众多，北面紧邻2座加油站。做好施工交通组织和各类管线迁改，保证既有道路正常通行，确保周边建(构)筑物安全，优化设计方案、盖挖施工工艺，是确保本工程顺利实施的关键，如图2所示。

　　

　　图1 重庆轨道环线四公里站地理位置及周边环境示意  

　　 

　　因此，为了解决山地城市复杂地区城市轨道车站盖挖施工技术难题，尤其是像依托工程重庆轨道环线四公里站这样上、下均有繁忙城市主干道的工程，新型盖挖法研究成为当务之急。

　　

　　图2 盖挖区域地理位置示意  

　　 

　　2 技术原理及优势

　　2.1 基本原理

　　本技术是在总结了以往施工经验并结合现场实际情况的基础上改进形成的一种道改隐形桥梁式新型盖挖施工技术，是盖挖法与道改桥的混合应用。其主要工艺原理是，在四周围护结构施工完成后，将中间支撑桩作为隐形桥墩，待桩身混凝土达到一定强度后凿除路面沥青混凝土层，浇筑桩冠梁，再盖挖施工盖板，并在盖板混凝土达到规定强度后施工路面层结构，将原有路面改造为桥面后即可在下部进行暗挖施工作业。

　　2.2 技术参数

　　四公里站大里程端伸入山体，埋置于江南大道道路下方，主体结构占据原南七路1条车道，基坑开挖后在该车道原路面处施作盖挖顶板，同时兼做车站半埋段结构顶板。盖挖顶板厚700mm，采用820钢管柱支承，钢管柱插入底部6.5m长人工挖孔灌注桩内，插入深度2.5m，插入灌注桩内钢管外边缘设置抗剪件。盖板一侧连接基坑支护冠梁，另一侧由5根钢管柱支承。同时，预留后续盖板水平向结构顶板钢筋接驳器及竖向结构外墙钢筋接驳器。本技术为先施作中间支撑桩+盖挖顶板用于交通疏导，同时兼做结构顶板，由此改造为桥面后在下部进行暗挖施工作业，与传统盖挖半逆作法相比减少了水平支撑体系。

　　3 施工工艺流程及实施步骤

　　3.1 施工工艺流程

　　根据本工程特点，归纳总结道改隐形桥梁式新型盖挖技术施工工艺流程为:场地准备与交通组织导改→四周围护结构(人工挖孔桩基、冠梁)施工→中间支撑桩(临时钢管柱)施工，将围护桩与支撑桩(临时钢管柱)作为支撑桥墩→施工盖挖区顶板，恢复沥青路面层，原有路面结构改造为桥梁式结构→基坑开挖、支护(基坑内盖挖区土石方分级开挖及挡板、锚索分级支护施工(及时施作支撑桩(临时钢管柱)间连系支撑))。

　　其施工步骤如图3所示。

　　

　　图3 道改隐形桥梁式新型盖挖法施工步骤示意  

　　 

　　3.2 具体实施步骤

　　3.2.1 场地准备

　　除了为正式施工准备相应的资源外，主要进行交通组织导改，按经相关交通与市政道路管理部门批准的交通组织疏解方案进行道路改造，并将毗邻盖挖区域围护结构桩基用施工围挡封闭，在道路改造前先迁改地下原有市政管线。

　　由于盖板与基坑桩板锚索挡墙支护分别占据南七路2条通往南坪向车道，在施作基坑支护与盖挖顶板时需对交通组织进行疏导，为满足交通道路通行需求，交通疏导期间还需对原有部分道路拓宽。

　　1)一期按基坑支护体系总体施工布置，首先施工盖挖顶板范围以外桩基冠梁，交通疏导如图4a所示。

　　2)二期待盖挖顶板以外桩基冠梁施工完成后，施工盖挖顶板周边桩基冠梁、中间支撑桩及盖挖顶板，交通疏导如图4b所示。

　　3)三期盖挖顶板混凝土强度达到设计要求强度后，车辆改为从盖挖顶板上方通行，此时的交通路线恢复为盖挖顶板施工前的通行道路，即图4c所示路线。

　　3.2.2 围护结构桩基、冠梁施工

　　1)围护桩基施工根据桩位坐标及结构内皮坐标放样，施工四周围护结构，采用桩锚挡墙进行支护，桩径为2.0m×3.0m，桩间距为4.0m，受地形及周边环境限制影响，无法在现基坑支护工程区域内实施机械成孔作业，围护桩基成孔均为人工挖孔。

　　2)桩冠梁施工待桩身混凝土达到一定强度后凿除路面沥青混凝土层，浇筑桩冠梁。人工挖孔桩浇筑后，由原地面开挖至冠梁底标高，开挖时严禁破坏桩头。凿除超灌桩头部分，并清理干净;保证桩纵向主筋锚入压顶梁满足锚固长度要求且不小于规范要求。

　　3.2.3 中间支撑桩施工

　　中间支撑桩采用临时钢管柱施工，钢管规格为820×13，桩间距为6.0m，施工完成后，将桩用作隐形桥墩。其施工工艺流程为:人工开挖桩孔→安放钢管笼→浇筑桩基混凝土至定位器底板以下→清理桩头、找平→安装定位器→钢管安装，并与定位器焊接、固定→二次浇筑混凝土至钢管底以上2.5m→回填砂→浇筑盖板→分层开挖基坑→连系支撑安装→基坑开挖至基底后施作结构→拆除临时钢管柱。

　　

　　图4 一、二、三期交通疏导  

　　 

　　1)桩基施工临时钢管柱采用人工挖孔桩，桩基混凝土分2次浇筑，第1次浇筑到定位器底标高，第2次待钢管安装定位后浇筑到定位器以上2.5m，使钢管插入桩基2.5m。

　　2)钢管加工采用卷制焊接管，钢管分节段之间连接采用法兰盘，形式如图5所示。插入桩基的钢管设抗剪栓钉，竖向间距200mm，环向均匀布置10个。

　　

　　图5 法兰盘大样  

　　 

　　3)定位器安装人工清除桩顶浮渣，将桩中心位置和桩底高程由井口控制点投入桩基混凝土顶面，并弹十字线。采用高强度等级砂浆(强度不低于桩芯混凝土强度等级)将定位器垫平，最后采用膨胀螺栓固定(见图6)。

　　4)钢管安装受场地限制，钢管采用分段吊装入孔、孔口连接的方式进行安装。钢管出厂前，在上节法兰盘底加劲肋板上对称焊接1对吊环，采用起重机吊起底节钢管放入孔内，待全部入孔后将钢管支撑固定在孔口设置的2根I25上，再起吊第2根在孔口连接好后下放，逐根连接、下放钢管，直至安装完孔内全部钢管，如图7所示。将钢管底部嵌入定位器，检查、校正钢管顶标高、垂直度与设计相符后，底部与定位器焊接，顶部采用[10或钢管四面对称地将钢管固定在孔内。钢管固定完成后浇筑混凝土至钢管底面以上2.5m，然后在钢管外壁与桩孔之间填粗砂，并灌水使其密实。

　　

　　图6 定位器结构  

　　 

　　

　　图7 钢管固定定位示意  

　　 

　　3.2.4 盖挖区顶板施工

　　盖挖区顶板在盖挖期间作为交通导改后的隐形桥梁式顶板，同时作为车站半埋段顶板，厚0.7m，盖板混凝土强度等级均≥C40。

　　1)与围护支撑连接盖板支承在围护结构盖梁上，为巩固连接效果，在围护结构冠梁浇筑时预留插筋用以锚固盖板与围护结构的连接，如图8a所示。

　　2)与主体结构连接盖板作为后期车站主体结构的顶板，须预留与未浇筑主体结构顶板及侧墙的钢筋接驳器，用以主体结构钢筋连接，如图8b所示。

　　

　　图8 盖板分别与围护支撑及主体结构连接示意  

　　 

　　3)路面改桥面盖板混凝土达到设计强度后，施工沥青路面层结构，此时桥梁式盖挖施工工艺桥面系形成。

　　3.2.5 基坑开挖与支护

　　1)土石方开挖土石方采用分层、分段、对称、限时开挖，遵循“先锚后挖(先撑后挖)、限时锚固(支撑)、分层开挖、严禁超挖”的原则，且开挖必须按逆作法施工进行，即由上向下施工，“随挖随支”，最大开挖临空高度不得超过2.5m，在开挖至锚索位置时，至少开挖至锚索孔下0.5m处。基坑开挖严禁采用爆破法施工。

　　2)挡板墙施工挡板墙为逆作法施工，挡板墙厚400mm，挡板墙混凝土强度等级≥C40。在开挖出挡板墙作业面后，首先凿除桩与挡板连接部位的人工挖孔桩护壁混凝土，并将该部分桩身混凝土凿毛，然后将挡板墙钢筋植入桩基内。

　　3)锚索施工开挖桩前土体，分层开挖，边开挖边支护，开挖至锚索孔下0.5m，打设锚索，不得超挖。

　　4)围护桩间连系梁施工围护桩间连系梁在盖挖围护支撑段设置，第1道连系梁设置在压顶梁顶向下3m处，第2道位于第1道连系梁下3m处，第3道位于第2道连系梁下4.7m处。围护桩间连系梁与支护桩外边缘(临空面)平齐;浇筑支护桩时，预留连系梁钢筋，并锚入1.5m×3.0m桩基内1m、锚入3.0m桩基外侧0.8m(内侧1m)，在围护桩基护壁外设钢筋接驳器。围护桩间连系梁与挡板墙一起浇筑，挡板墙钢筋可在连系梁内贯通;连系梁内根据锚索孔位置，在梁内预埋350钢套管，用以施作预应力锚索。

　　5)中间支撑桩间联系施工中间支撑桩，即临时钢管柱相邻两立柱间设273×6圆形钢管作为柱间连系支撑，以保证立柱稳定性，如图9所示。

　　

　　图9 临时钢管柱间连系支撑示意  

　　 

　　4 工程监测

　　为保证施工过程中周边环境安全稳定，并及时监测各主要工序施工阶段引起的沉降动态数值，在施工过程中对基坑支护结构及周边建(构)筑物施工进行全过程监控量测，主要监测数据如表1所示。

　　  

　　表1 监测数据 

　　 

　　 

　　mm

　　

　　表1 监测数据

　　监测结果显示，周边地表最大沉降量为-3.5mm，地表水平位移最大值为3.2mm，发生在江南大道靠近环线四公里站端头处，远未超过标准规定的要求，说明采用该技术进行基坑围护结构施工对周边地表沉降及位移基本无影响。

　　周边楼房基础沉降监测结果显示，最大沉降值为-2.6mm，由于现场基坑开挖施工均采用机械破碎及人工清除，对周边环境扰动较小，对周边建筑物影响较小，现场无异常。

　　轨道交通3号线南四区间高架桥监测结果显示，墩柱顺桥向累计最大水平位移为1.9mm，墩柱横桥向累计最大水平位移为2.4mm，墩柱累计最大沉降为1.3mm，墩柱累计最大倾斜率为0.054%，梁体顺桥向累计最大水平位移为1.1mm，梁体横桥向累计最大水平位移为1.3mm，各监测点变形量均较小，周边基本稳定。

　　环线四公里站周边各项监测结果显示，施工全过程处于安全、稳定、快速、优质的可控状态，既有线高架墩柱倾斜率<0.06%，周边建筑物沉降<3mm，化解了居民因担忧施工干扰导致其生活与出行存在安全隐患的矛盾。

　　5 效益分析

　　5.1 经济效益

　　1)采用该新型盖挖技术与采用明挖技术施工相比，避免了路面管线的迁改、对道路的长时间占用等，由此节约施工成本及相关费用约450万元。

　　2)在将原有路面改造为桥面后即可在下部进行暗挖施工作业，不受道路行车等干扰，大大提高了机械设备的作业效率，施工期间每天均可满负荷作业，降低了机械设备的成本，平均每套机械每天可节约成本3 000元，则3 000元×3套×65d=58.5万元。

　　3)工期较原计划工期提前约40d，每天管理费用18 000元，由此节约管理费用=40d×18 000/d=72万元。

　　综上所述，采用该技术共节约资金=450+58.5+72=580.5万元。

　　5.2 社会效益

　　采用本技术有效控制了车站基坑边坡开挖稳定性，减少了工程量，降低了工程总投资，削弱了施工对交通的不利影响，保证城市主干道交通正常。施工中运用课题研究成果，成功攻克了城市复杂环境下轨道车站盖挖施工的安全风险难题，极大地减少了对周边环境的影响，缩短了整个工程工期，取得了较好的经济和社会效益，为重庆市轨道交通环线的全线顺利通车运营奠定了坚实基础。

　　6 结语

　　在城市轨道交通建设过程中，特别是在复杂地形的山地城市中，道改隐形桥梁式新型盖挖施工技术能最大化利用施工过程中原有路面，减少临时支撑的工程量，提高工程施工的安全性，减少对周边环境的影响，缩短整个工程工期;比传统的盖挖法施工安全、效果好、效率高，经济和社会效益显著。