超大斷面暗挖車站修建技術

劉湛省

1 工程概況

重慶軌道交通2號線臨江門車站工程,地處重慶市最繁華的商業步行街下,車站主體沿鄒容路走向布置,車站主體洞室長198m,寬21.8 m～23.4m,高約19.9 m～20.6m,埋深約10m～15m。

該車站具有復雜的工程環境條件:單跨大斷面、淺埋、鄰近地面高層建筑物多、地下人防洞室密布。車站隧道洞室采用曲墻拱形斷面形式、等截面封閉襯砌結構。

該車站為地下雙層島式站臺車站,由上至下分別為站廳層、站臺層。附屬工程有4個出入通道,2處排風道。工程全部位于地下。

車站工程地質條件:臨江門車站在區域構造上處于解放碑向斜軸部地段,巖層產狀平緩,巖層走向北北東,傾角變化范圍5°～16°,無斷裂構造。車站隧道洞室拱頂為砂巖,邊墻與底板為中微風化厚層砂巖、砂質泥巖。砂巖圍巖分級為Ⅱ級,砂質泥巖圍巖分級為Ⅲ級。

2 車站施工的難點

1)車站隧道斷面大(斷面截面積約420m2),開挖難度大。掘進過程中需要及時支護,嚴格控制爆破能量。2)車站洞室周圍地下人防洞室密布,破壞了原有巖體的完整性,施工風險大。這些人防洞室一般寬3.5 m～5m,高2.5 m～5m。成洞年代不一,縱橫交錯,在空間上錯綜復雜,上下層疊,有的在車站開挖范圍內,有些與車站洞室相交,有些與車站相距甚近,構筑標準不盡相同,有的已經襯砌,有的未襯砌。3)車站周邊高層建筑物林立,距離過近,施工風險大。這些高層建筑的深基坑與車站間距很小,基坑底標高多位于車站隧道拱部附近,使得車站隧道周邊出現很大側壓力。4)由于臨江門車站位于鬧市區,上部為解放碑步行街及分布了較多的重要建筑物。周邊地表建筑物控沉、防坍是施工難點之一。

3 車站隧道的開挖方法

經過方案比選,數字仿真分析,車站開挖采用雙側壁導洞預留核心土分部開挖、初期支護緊跟開挖工作面、全斷面二次襯砌的施工方法。

3.1 具體開挖步序

隧道開挖步序橫斷面圖見圖1。

1)上部導洞A部的開挖→初期支護→臨時中隔墻支護、臨時Ⅰ20b型鋼橫向支撐Ⅰ→復噴至設計厚度(英文數字表示開挖及施工二次襯砌步序,羅馬數字表示初期支護及臨時支護步序,其與開挖步序相同)。2)中部導洞B部的開挖→初期支護Ⅱ→臨時中隔墻支護Ⅱ、臨時型鋼橫向支撐Ⅱ。3)下部導洞C部的開挖→初期支護Ⅲ→臨時中隔墻支護Ⅲ。4)施工C部邊墻基礎仰拱鋼筋混凝土。5)隧道拱部D部的開挖→初期支護Ⅳ→在核心土上部架立鋼桁柱支撐Ⅳ。6)拆除鋼桁柱支撐,隧道核心土E部的開挖。7)采用模板臺車全斷面二次襯砌F部(距隧道拱部開挖面的距離不大于16 m)。8)隧道核心土G部的開挖。9)隧道仰拱H部的開挖。10)隧道K部仰拱鋼筋混凝土及仰拱H部的填充。

3.2 淺孔微震爆破技術

由于車站隧道位于市中心繁華商業區,地表行人車輛密度大,隧道埋深淺,地表高層建筑物林立、高層地下室與車站開挖邊線距離近,且基底標高在車站隧道拱部,又有縱橫交錯的人防洞室。經過反復研究和試驗,隧道爆破施工確定不同的開挖部位采用不同的爆破方法和參數,主要采用了光面爆破、低爆速炸藥、開挖面增打減震孔、預留光爆層、非電毫秒不對稱起爆網絡技術(將相鄰段起爆時差控制在50ms～70ms內,以免地震波發生疊加增大)等綜合減輕震動的控制爆破技術。

3.3 開挖爆破方法

1)A部開挖采用核心掏槽(為降低爆破震動波速度,增大爆源與周圍建筑物的距離,核心掏槽部位設在A部靠核心土側)逐層剝離光面爆破施工。2)B,C部開挖采用微臺階(臺階長3 m～5 m)拉中槽、兩側預留1 m光爆層的施工方法。3)D部開挖爆破距離襯砌臺車距離近,控制爆破飛石距離是爆破控制的關鍵。4)核心E,G,H部的開挖采用松動爆破,機械裝碴的開挖方法,個別比較大的利用小炮二次破碎。

3.4 開挖效果

從整體爆破效果看,開挖面成型較好,爆破震速得到了有效控制,開挖爆破對周邊建筑物未造成傷害,未引起地表沉降,超(欠)挖均控制在允許范圍內。

4 車站隧道二次襯砌施工

綜合比較,確定采用大斷面整體模板臺車全斷面襯砌方法。

為了確保全斷面大體積現澆混凝土的質量,首先制定了詳細的施工方案,研制裝配了通用性好的一次襯砌成型模板臺車,做好了施工前的準備工作如人員配備、技術交底、機具和設備的準備、測量準備、安全和質量保證措施交底等;其次在混凝土進場驗收、泵送速度控制、混凝土澆灌、模板臺車加固及變形觀測、混凝土搗固、澆筑完成后混凝土的養護都有詳細的技術規定并且嚴格地加以實施。

臨江門車站隧道二次襯砌施工從開始至結束,歷時8個月。二次襯砌完成后對車站隧道凈空測量,襯砌凈空符合要求,最大偏差4cm(設計允許誤差5cm),說明臺車設計和襯砌混凝土施工合格;襯砌混凝土表面大面平順光滑,觀感好;襯砌混凝土表面無蜂窩麻面、露筋現象;混凝土實際用量為設計值的102.5%,說明超欠挖控制較好,初期支護成型較好,混凝土用量較合理。

5 車站暗挖隧道施工效果

1)由于車站地處重慶市最繁華的解放碑商業區,隧道埋深淺,周圍建筑物密集,地面車流如潮,行人摩肩接踵,隧道結構采用了單跨、大斷面、曲墻、仰拱的形式,避免了對地面交通、周圍建筑物及地下構筑物的影響。

2)由于車站隧道地理位置的特殊性,優選了“雙側壁導洞預留核心土多層分部開挖”的施工技術,不但確保了施工安全,而且也加快了施工進度。

3)在臨江門車站特殊環境條件下,對不同的分部開挖面采用了不同的爆破方式和爆破參數,形成了一套完整的城市復雜環境條件下大斷面隧道微臺階分部開挖的淺孔微震控制爆破的技術和方法。

4)臨江門暗挖車站隧道結構凈空高18.5 m、寬 20.1 m、斷面截面積約334.7 m2,一次澆筑混凝土量達200m3。經過反復研究和采取一些特殊措施,有效解決了模板臺車的剛度和穩定性,還解決了多種斷面采用同一臺車多變化的支護技術,并且從混凝土配制、澆筑工藝、施工方法、支拆模及養護等方面采取了一系列措施,確保了混凝土質量達到內實外光的要求。

5)監控量測是新奧法施工的重要措施之一,《地下鐵道工程施工及驗收規范》對監控量測做了必測項目和選測項目的具體規定,為了保證隧道施工安全,在臨江門車站施工時,把必測項目和選測項目均納入監控量測范圍之內進行實施,為保證施工安全、指導施工及優化設計提供了科學依據。

[1]瞿東江.新奧法施工在北斗坡隧道開挖支護中的應用[J].山西建筑,2008,34(12):308-309.