淺埋暗挖車站施工技術

姜 沖

(中鐵隧道集團四處有限公司，南寧 530003)

0 引言

隨著城市土地資源日益緊缺，發展地下空間成為解決城市交通問題的一種手段［1－2］。目前在城市地鐵車站施工中常用的施工方法有明挖法、暗挖法、蓋挖法及盾構法，各種施工方法各有優缺點，通常情況下都會在施工之前根據實際情況加以確定。其中明挖法是最常見的車站施工方法;但明挖法施工需要比較大的場地，一般都需要對地面建筑物進行拆除。對于地質條件不好、洞身埋深較淺、周邊建筑物較多、環境又較為復雜、地面無法進行拆遷地段必須采用淺埋暗挖法施工。在繁華的城市中利用淺埋暗挖法修建地鐵車站，不可避免地要穿越地上、地下各種構筑物，并且地質分布不均、變化萬千，給工程帶來很多困難，如控制不當會造成道路中斷、建筑物倒坍、人員傷亡等重大安全事故。隧道與其他工程相比，其隱蔽性、施工復雜性、地質條件和周圍環境的不確定性更加突出，大大增加了隧道建設的難度和施工風險［3－6］。

經過很多工程的的成功實例，淺埋暗挖法施工的應用范圍進一步擴大，由只適用第四紀地層、無水、地面建筑物較少等簡單條件，拓展到非第四紀地層、超淺埋(埋深已縮小到0.8 m)、大跨度、上軟下硬、高水位等復雜地層及環境條件下的地下工程中。盡管淺埋暗挖法具有很多優點，但也有缺點(應用范圍有限就是其中之一)。隨著建設項目的增多，還需進一步研究新輔助工法和施工工藝，以適應各種地層條件、埋深、跨度等方面的要求［7］。本文以重慶地鐵6號線支線高義口車站暗挖施工為實例，結合淺埋暗挖車站施工特征，詳細介紹了車站淺埋暗挖法施工的輔助施工工藝。

1 工程概況

重慶市·西部國際會展中心配套市政交通工程連接禮嘉、黃茅坪、悅來、會展中心等功能區。起自6號線禮嘉站，終點為會展中心北站。高義口車站設置于渝北區悅來鎮新春村，站址位于金興大道(中環快速干道)悅來立交橋頭，緊鄰金興大道與規劃大道。車站起始里程為 K8+567.300，終點里程為 K8+764.300。高義口站采用10 m島式站臺，單拱雙層結構，車站總長197 m，最大凈寬18.5 m，最大凈高15.2 m。高義口站附屬結構設風井2座、電梯井1座、1個安全出入口和4個出入口(其中1號和4號為預留出入口)。車站平面位置見圖1。

圖1 高義口車站平面圖Fig.1 Plan layout of Gaoyikou station

車站原狀埋深12～22 m，Ⅳ級圍巖，為部分深埋部分淺埋暗挖車站;但由于車站上方地表為待開發用地，進行場平施工，場平施工后車站埋深為7～8 m，為超淺埋隧道。車站采用復合式襯砌結構，采用鉆爆法施工。施工時，通過施工通道，作為施工運碴、材料設備進出的臨時通道。

2 工程地質與水文地質

車站范圍內出露的地層由上而下依次為第四系全新統人工填土層、殘坡積層及侏羅系中統上沙溪廟組沉積巖。表層人工填土層主要為素填土，厚度約3～5 m;表層坡積層主要為粉質黏土，厚2～5 m;車站埋深范圍內為侏羅系中統上沙溪廟組沉積巖，主要為砂質泥巖和砂巖，圍巖級別Ⅳ級。本工程場地位于悅來向斜東翼，巖層單斜產出，巖層產狀:340∠9°。基巖中主要發育2組裂隙。

高義口站位于嘉陵江左側及深切溪溝——張家溪左岸，地形切割較大，總體不利于地下水的賦存，屬水文地質條件簡單的區域。場地覆蓋層薄，大氣降水后大部分沿斜坡排泄至低洼處，少部分沿基巖裂隙滲入基巖形成基巖裂隙水。場區地下水一般不具腐蝕性。

3 設計概況

高義口車站為地下雙層島式車站，采用“曲墻+仰拱”的五心圓馬蹄型斷面。采用鉆爆法施工，圍巖級別為Ⅳ級，車站主體最大開挖寬度為20.740 m，高17.244 m，屬于特大斷面暗挖隧道，采用“雙側壁導坑法”施工。高義口車站附屬包括4個出入口(其中2個預留)和2座風道。出入口為直墻拱形斷面，暗挖復合襯砌結構，出入口凈寬6.5 m，凈高4.935 m;風道為曲墻馬蹄形斷面，暗挖復合式襯砌，風道凈寬13.4 m，凈高12.33 m。

車站主體初期支護采用型鋼拱架、中空注漿錨桿、鋼筋網、C25早強鋼纖噴射混凝土組成，并輔以自進式中空注漿錨桿超前支護措施。二次襯砌采用C40P12鋼筋混凝土，隧道防水等級為Ⅰ級，在初期支護和二次襯砌之間設置柔性全包式防水層，并在襯砌拱頂設置注漿孔進行注漿防水。高義口車站施工參數見表1。

4 施工總體施工方案

4.1 高義口車站施工順序

高義口車站完成由施工通道小斷面向車站大斷面的轉換后，先進行車站左側壁導坑開挖，右側壁導坑緊隨左側壁導坑開挖，錯開安全距離10 m，雙側壁導坑開挖完后，開挖雙側壁核心土20 m，開始拼裝模板臺車，二次襯砌緊隨開挖及初期支護施工。

為保證車站總體工期，當大里程方向左側壁導坑開挖支護完成20 m后，立即組織車站往小里程方向左側壁導坑開挖，同理組織右側壁導坑開挖。先開挖上臺階，當開挖至各出入口及風道相交處時，上導坑繼續開挖，待主體結構通過后，切割風道接口部位鋼架，再進行風道開挖。高義口車站施工步序見圖2，施工順序見圖3。

表1 高義口車站斷面施工參數表Table 1 Construction parameters of the cross-section of Gaoyikou station

圖2 高義口車站施工步序圖Fig.2 Construction schedule of Gaoyikou station

4.2 主要工程施工方案

高義口車站隧道采用雙側壁導坑法施工，出入口通道采用上下臺階法施工，風道采用單側壁導坑法施工。車站開挖由施工通道分別向大小里程2個方向開挖;由于車站上方為場平施工區域，大里程方向高程較低，開挖由大里程方向向小里程方向開挖，大里程方向最先開挖至場平標高。拱墻襯砌由車站小里程向大里程方向襯砌，3部和4部核心土須等待襯砌緊跟后方能拆除。由于車站上方場平施工、洞身埋深較淺及緊靠離悅來立交、金興大道及規劃大道的影響，車站洞身開挖采用履帶液壓地質鉆機鉆設減震孔。減震孔施工完成后，核心土進行控制爆破，掏槽區設中空大孔減震，減震帶到開挖邊線部分進行二次爆破。車站大里程方向2號風道與車站交叉，為確保道路、立交及上方場平施工安全，車站右1部施工至車站大里程端頭后，進行2號風道開挖，2號風道開挖采用靜態爆破方式進行。

5 主要施工方法及施工工藝

5.1 轉換通道施工

施工通道與車站隧道正交于里程K8+664.85處，由于車站隧道斷面大，施工通道與車站主洞在墻部和大拱腳處相交相接，受力復雜，須精心組織，確保施工安全。

在通道施工至與車站邊墻初支相切處時，設“現澆鋼筋混凝土門柱+H型鋼橫梁”組合門架，以支撐車站隧道開口處的初支格柵鋼架。從車站襯砌內輪廓往外2.5 m范圍的施工通道采用40 cm厚二次襯砌進行加強。交叉口處通道初期支護及二次襯砌施工完畢強度達到85%以后，開始車站洞室擴挖。通道進車站采用轉換通道逐漸爬高至主洞拱頂外，將主洞拱部范圍開挖出來，施工通道開挖至車站主體隧道初支外輪廓后，采用人工方式擴挖門柱基礎、門柱及門架橫梁，擴挖完成后及時噴射5 cm厚C20混凝土封閉巖面，門柱坑壁巖面施作φ25藥卷錨桿，間距2.0 m，長3.5 m帶0.3 m彎折，然后綁扎門柱基礎、門柱鋼筋及柱頂地腳螺栓，安裝模板，澆筑C30混凝土。待門柱混凝土達到設計強度后，開始安裝門架橫梁。門架橫梁由2根長度7.5 m的HM400×300型鋼拼裝而成，每根H型鋼分為2.4 m+2.7 m+2.4 m 3段，接頭采用鋼板及M16高強螺栓連接，門架橫梁端部采用鋼板與M30預埋地腳螺栓與門柱連接(如圖4所示)。門架橫梁采用裝載機提升安裝，鋼梁安裝完成后，噴射10 cm的C25混凝土封閉。開挖至施工通道對面車站邊墻后，分段拆除臨時門架支撐，開始向大小里程向開挖挖車站主體隧道，轉入車站正常施工。

5.2 車站主體隧道減震施工

車站隧道均采用雙側壁導坑法進行開挖，嚴格按照1.5 cm/s的震速要求進行控制爆破。由于車站上方場平施工、洞身埋深較淺及緊靠離悅來立交、金興大道及規劃大道的影響，車流量較大，車站洞身開挖采用履帶液壓地質鉆機鉆設減震孔，考慮到鉆機的高度，在開挖邊線內約0.5～0.8 m位置鉆孔取芯。拱部減震孔施工采取渣土回填至距洞頂3 m高位置，臺階長約為5 m，機械設備在該臺階上進行鉆孔施工;減震孔的高度下降，該臺階高度隨之下降，直至施工完畢為止。

減震孔施工完成后，核心土進行控制爆破，掏槽區設中空大孔減震。減震帶到開挖邊線部分進行二次爆破，每循環進尺控制在0.6～0.8 m，根據監控量測情況進行調整。

減震帶采用履帶式潛孔鉆機(履帶液壓地質鉆機)鉆設，鉆孔采用φ150孔。中空減震孔采用履帶式潛孔鉆機外鉆設，鉆孔采用φ150大孔，環向間距為30 cm，共布設兩圈(如圖5所示)。每次鉆孔長度控制在10 m以內。

圖5 隧道減震孔布置圖Fig.5 Layout of shock absorption holes

5.3 車站主體隧道與2號風道交叉口處施工方法

由于2號風道車站上部交叉處位于車站隧道斷面的弧形部位，且圍巖破碎，不能承重、周邊環境復雜(緊靠離悅來立交、金興大道及規劃大道，車流量較大，且車站上方場平施工車輛須通過此段)。為保證施工安全，當車站主體開挖到距附屬結構處，繼續施工，車站主體全部通過后，噴射混凝土強度達到100%后，再破除風道接口部位的噴射混凝土，切割1號風道接口部位鋼架，再進行風道施工，風道采用CD法施工，風道開挖采用采用靜態破碎劑脹裂巖石、液壓錘破碎巖石、人工手持風鎬修整成型的方法，嚴格控制炸藥量。風道開挖在導坑周邊初期支護和臨時支護，架設型鋼鋼架，并設鎖腳錨桿(見圖6)。同時，在洞口段，拱頂120°范圍內設置R25自進式中空注漿錨桿，長8.0 m，環距0.4 m，縱距3.5 m，外插角10°，共布設2環。同時為防止道路及車站上方車輛對交叉口的影響，在交叉口段上方50 m范圍內的道路上滿鋪10 mm后鋼板，較少車輛行駛對隧道擾動。

圖6 風道接口縱斷面圖Fig.6 Longitudinal cross-section of connection of ventilation tunnel

5.3.1 靜態爆破輔助機械人工開挖

2號風道開挖采用靜態破碎劑脹裂巖石、液壓錘破碎巖石、人工手持風鎬修整成型的方法，出碴采用人工轉運至出入口明挖段地面后由機械裝車外運。

1)施工工藝流程

靜態爆破施工工藝流程為施工前準備—爆破設計—鉆孔—裝藥—機械結合人工二次破碎—開挖出碴。

2)施工工藝及主要技術措施

①設計布眼。布眼前首先要確定至少有一個以上臨空面(自由面)，鉆孔方向應盡可能做到與臨空面(自由面)平行。孔距與排距布置見表2和表3。

表2 孔距與排距布置表Table 2 Layout of row pitch and array pitch

2號風道地質多為砂質泥巖和砂巖，巖體較完整，且無臨空面，因此孔距×排拒采用20 cm×20 cm。

開挖鉆孔孔徑為φ42 mm，孔深為1.0 m(開挖循環進尺0.5～1.0 m)，靜態破碎劑延孔深全長裝藥。

表3 布孔設計參數表Table 3 Parameters of pitch design

②鉆孔。孤立的巖石和混凝土塊鉆孔深度為目標破碎體80% ～90%;大體積需要分步破碎的巖石和混凝土塊，鉆孔深度可根據施工要求選擇，一般在1～2 m較好，本設計為1.0 m。裝藥深度為孔深的100%。

③二次破碎及開挖出碴。采用液壓巖石破碎機分解開裂的巖石，局部小塊孤石采用人工手持風鎬破除由機械裝車外運。

5.3.2 2號風道與主體隧道交叉口襯砌施工

當2號風道開挖支護完成后，須等待主體隧道拱墻襯砌跟進至2號風道交叉口邊緣，此時嚴禁開挖交叉口段主體隧道3部和4部核心土。為防止出現群洞效應，需先施工2號風道交叉段2.5 m范圍內的拱墻襯砌(含2號風道與主體隧道交叉口中間部位的立柱及頂部暗梁)，2號風道與車站主體交叉口斷面圖見圖7。2號風道交叉口處拱墻襯砌強度達到75%后方可分段進行車站主體核心土開挖，開挖長度不得超過9 m。

圖7 2號風道與車站主體交叉口斷面圖Fig.7 Cross-section of the crossing between No.2 ventilation tunnel and main station body

6 結論

本文通過通道進入車站主體轉換施工、周邊鉆設減震孔減震施工、靜態爆破施工等輔助施工措施，與淺埋暗挖法施工理念進行有效結合，不但進一步拓寬了淺埋暗挖法的適用范圍，而且有效降低了施工對周邊環境的影響，提高了施工的機械化程度，加快了施工進度。

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