重慶軌道交通淺埋暗挖地鐵車站快速施工方案比選

范育輝

(中鐵隧道集團四處有限公司，重慶 401147)

0 引言

軌道交通作為城市重大的公益性基礎設施工程，近年來飛速發展。城市快速軌道交通 (地鐵與輕軌)以其運量大、速度快、安全可靠、準點舒適的技術性能，迅速成為大城市公共客運交通的骨干，是大眾化、大運量、獨立專用軌道的城市客運系統。同時又是城市的大型基礎工程，所以在城市建設總體規劃中占有十分重要的地位，并且對城市建設和規劃發展具有明顯的導向作用［1］。修建車站常用方法有淺埋暗挖法、明挖法、蓋挖法、拱蓋法、PBA法等，均根據不同的地理環境和水文、地質條件、工期及造價要求等被普遍采用，并不斷取得技術進步。高義口站是重慶市軌道交通6號線會展中心支線的中間站，上承黃茅坪站，下接會展中心站，為單拱雙層結構地鐵車站。車站上方地表為待開發用地，無大型建構筑物。車站埋深15～37 m，圍巖級別Ⅳ級，為部分深埋部分淺埋暗挖車站。車站結構按抗震基本烈度為6度設防。車站結構按設計使用年限為100年的要求進行耐久性設計。

1 工程概況

重慶·國際會展中心配套市政交通工程(會展中心—禮嘉段)，主要位于主城區渝北區及北部新區，屬城市待開發區域。里程樁號為K0+000～K12+213，長約為12.055 km，共設5個站，分別為平場站、黃茅坪站、高義口站、會展中心站、會展中心北站。其中，平場站、黃茅坪站、高義口站為暗挖車站，會展中心站和會展中心北站為明挖車站。現就高義口站為例進行詳細介紹。

高義口車站起始里程為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，車站主體開挖斷面面積309.6 m2。車站埋深15～37 m，圍巖級別Ⅳ級，為部分深埋部分淺埋暗挖車站。車站采用復合式襯砌結構，采用鉆爆法施工。車站上方地表為待開發用地，無大型建構筑物。車站地表暫定規劃標高為275～285 m，按此規劃實施后車站埋深12～22 m，為淺埋暗挖車站。合同工期為2010年7月1日—12月30日，工期非常緊張。

高義口站地貌類型屬于構造剝蝕丘陵區。地形總體特征西高東低，地面高程269～301 m，地形相對高差一般為10～30 m，地形總體坡角一般5～10°。場地東側有一道高約15 m的邊坡，邊坡坡角約60°。

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的基巖中形成基巖裂隙水。

2 擬采用方案

本站頂部覆蓋層厚約15～37 m，從節約投資，減小施工對地面交通及周邊環境的影響等因素考慮，明挖施工不適合，適合采用暗挖法施工。

2.1 方案1

根據圍巖條件、斷面大小、支護方法等確定初步設計采用拱蓋法。

拱蓋法施工是一種新的施工工藝，是拱和蓋的結合，是地鐵車站蓋挖法施工和扣拱施工的結合，多應用于采用暗挖鉆爆法施工的地鐵車站［2］。

拱蓋法施工施工步驟如下:

1)拱部側導洞開挖支護。開挖拱部左導洞和拱部右導洞并施做初期支護，兩導洞前后錯開不小于10 m。在拱部導洞外側打設錨桿加固大拱腳處圍巖。

2)拱部剩余巖體開挖支護。開挖拱部剩余中間圍巖，施作初期支護、臨時豎向拱架，并施做兩側冠梁。

3)拱部二次襯砌施工。分段拆除拱部臨時支撐，敷設防水層，施作拱部二次襯砌并預留側墻施工縫，同時應加強監控量測，及時調整分段長度。

4)下部開挖支護施工。放坡開挖車站下部圍巖。由上至下開挖車站下部兩側圍巖，每步開挖至當層錨桿下0.5 m，施做完錨桿及噴射混凝土后進行下一步開挖。

5)仰拱及側墻二次襯砌施工。敷設底板及側墻防水層，采用順做法施作主體結構。

2.2 方案2

采用雙側壁導坑法開挖，從施工通道進洞，采用鉆爆法向車站兩端施工。車站上方同時進行場平施工。

在城市軟弱圍巖底層中，在淺埋條件下修建地下工程，以改造地質條件為前提，以控制地表沉降為重點，以格柵(或其他鋼結構)和錨噴作為初期支護手段，遵循“新奧法”大部分原理，按照“十八字”原則(管超前，嚴注漿，短進尺，快封閉，強支護，勤量測)進行隧道淺埋暗挖的設計和施工［3］。

淺埋暗挖技術從減少地表沉降的要求角度出發，必須要求初期支護具有一定剛度，同時，還必須輔之與其他配套技術，如地層加固，降水等。根據斷面大小選擇暗挖方法。高義口站開挖跨度20.7 m，因此采用雙側壁導坑法進行施工。

2.3 方案3

考慮高義口車站為全線工期控制點，擬采用三臺階法進行開挖。由施工通道進入車站站廳層相背開挖。上臺階開挖斷面134 m2，開挖支護采用多功能作業平臺進行，嚴格按照“管超前、短進尺、快循環”原則進行。上斷面開挖支護完成后，由車站端頭進行中、下臺階開挖支護，臺階長度為1～1.5倍洞徑。車站襯砌施工緊跟下臺階施工。施工過程中，加強地面監控量測的控制和洞內拱頂沉降及側墻收斂觀測，其目的和意義就在于通過將監測數據與預測值做比較，判斷上一步施工工藝和施工參數是否符合或達到預期要求，同時實現對下一步的施工工藝和施工進度控制。

3 方案對比

3.1 拱蓋法

拱蓋法一般應用于Ⅳ級以上圍巖、地質條件較好的市內主要干道，不允許采用蓋挖法或明挖施工的地鐵車站。拱蓋法優點:1)導洞少，工序少，爆破次數少，擾動次數少;2)支護簡單，初期支護拆除少，廢棄工程量小;3)導洞與導洞間的連接點少，支護體系有保證;4)拱蓋形成后，即可大面積作業，效率高，工期縮短;5)對于圍巖為中風化板巖，不用打樁;6)車站邊墻施工預應力錨索，無臨時支撐，保證施工安全。缺點是圍巖強度要求高，冠梁下側墻部位弱爆破難以控制。

3.2 雙側壁導坑法

雙側壁導坑法也稱眼鏡工法，也是變大跨度為小跨度的施工方法，其實質是將大跨度分成3個小跨度進行作業，主要適用于地層較差、單側壁導坑法無法滿足要求的隧道工程。該工法工序較復雜，導坑的支護拆除困難、鋼架連接困難，而且成本較高、進度較慢。該工法主要適用于地層較差的、可采用人工或人工配合機械開挖的Ⅳ級和V級圍巖地層、不穩定巖體及淺埋段、偏壓段、洞口段。

3.3 臺階法

臺階法開挖速度快、作業面多，但對上斷面屬大斷面隧道，隧道開挖后施作初期支護工序時間較長，不安全。鑒于要與車站上方場平施工錯開時間，同時為車站附屬工程提供時間，臺階法在進度上具有較大優勢。

3.4 其他

3.4.1 中洞法

中洞法是以CD法和CRD法為基礎，繼側洞法和洞樁法(PBA)之后發展起來的一種開挖大型淺埋暗挖地下洞室的新工法。中洞法施工時，由于中洞的二次襯砌澆筑與中洞開挖和初期支護質檢的時間間隔較短，中洞二次襯砌結構在初期支護變形尚未完成時已經參與工作;同時在側洞開挖時，圍巖體應經形成的力學平衡再次被改變，需要與襯砌結構共同變形重新達到新的平衡，已形成的中洞二次襯砌結構的受力狀態將又一次發生變化。這些問題在實際工程中并未得到深入考慮和研究，因而會造成一系列工程問題［4］。

3.4.2 暗挖洞樁法

PBA法的不足:1)導洞多、工序多、爆破次數多、擾動地層次數多;2)支護復雜、初期支護拆除多、廢棄工程量大;3)導洞與導洞間的連接點多，支護體系比較薄弱;4)進度慢、成本大、浪費多;5)“PBA法”對圍護樁的垂直度難以保證，施工工藝復雜，工序轉換多，接縫較多，外防水層質量較難保證，特別市很多部位無法使用插入式振搗器振搗［5-8］。優點是掘進過程比較安全。

3.4.3 側洞法

側洞法施工導洞多。對于群洞而言，施工前應進行必要的地層變位分階段的分配控制，設定分階段的控制基準值，并采取措施予以確保，才能較好地實施對地層的變位控制。用側洞法施工時，必須做好力系轉換:兩側洞二次襯砌施作時，需破除臨時初期支護，這將打破原有結構的穩定與平衡，必須采取有效措施進行力的平穩轉換，同時應根據監測結果決定二次襯砌的施工長度、順序和時機;中洞土體開挖時，將引起側洞二次襯砌結構受偏壓作用，此時也必須解決好力的平衡與轉換問題［9］。

中洞法、側洞法、PBA法多應用于軟巖及土質地層;而通過各方論證，鑒于工程工期比較緊張，高義口站選擇臺階法進行施工。

4 臺階法控制要點

4.1 設計參數

支護參數:超前支護采用R51自進式中空錨桿，長6.0 m，環距0.4 m，縱距5 m;拱架為I22b工字鋼，間距0.6m;錨桿為R28中空注漿錨桿，長4 m，間距1.0 m×0.8 m，梅花形布置;鋼筋網采用雙層φ8鋼筋網，網格尺寸為20 cm×20 cm;噴射混凝土采用C25鋼纖維混凝土，厚度為30 cm;二次襯砌鋼筋主筋為φ32螺紋鋼，縱向主筋φ22螺紋鋼，襯砌厚度為70 cm。

4.2 施工控制要點

1)根據斷面尺寸，設計合理作業臺架，為作業提供舒適平臺。

2)嚴格控制開挖進尺，采用光面爆破，嚴格控制周邊眼間距，合理用藥及裝藥方式。

3)為保證立拱質量，鋼架接頭處連接鋼板在螺栓連接后，兩塊鋼板間還需三邊圍焊，應等強度連接。拱腳處將設計2根鎖腳錨桿變更為4根鎖腳錨管。

4)根據每道工序的合理施工時間，進行人員機械配備，從而縮短循環作業時間，并做到及時封閉。詳細配置見表1。

表1 人員機械配備表Table 1 Labors and equipments

5)在中下臺階開挖過程中，應避免同一斷面的拱架同時落底。

6)初期支護必須有一定剛度，要起到支撐作業，不能完全利用圍巖的自承能力。

7)及時封閉仰拱，仰拱距下臺階開挖面不得大于10 m。

8)及時監控量測圍巖，觀察拱頂沉降、拱腳收斂情況，并據此調整初期支護參數。

5 施工效果

施工過程中對洞內的沉降、收斂進行了監測，各監測點均處于穩定狀體，無異常情況出現。從洞內的位移及應力監測的數據綜合分析可以得出圍巖體已主動發揮了其自承能力，圍巖體沒有過大的松弛而喪失其承載能力。圍巖與初期支護密貼，充分發揮了圍巖在協調變形的情況下初期支護柔性支護的作用。型鋼拱架、錨桿及噴射混凝土工作狀態正常。已支護的初期支護沒有出現任何的裂紋線，初期支護參數可靠、合理，施工方案與工程場區的巖土體地質條件相匹配。

6 結論與討論

通過重慶軌道交通6號線3個車站的施工實踐，充分體現了的臺階法在外界干擾少、圍巖較好的情況下運用的優點:

1)施工快速、工序簡單、便用組織，有效保證了工期要求;

2)減少了導洞、工序較少、爆破次數減少、擾動地層次數少;

3)支護結構簡單、無臨時支護、無廢棄工程量、成本小、浪費少;

4)上斷面開挖時，斷面大、風險較高;

5)襯砌施工采用整體模板臺車，大大減少施工縫，結構防水質量大大提高。

目前，車站開挖支護已全部完成，主體結構施工也以接近尾聲，為后續工作施工提供了較為充足的時間。

施工實踐證明，高義口車站采用該方案切實可行，確保了工期要求，取得了很好的經濟效益，為以后類似工程施工提供了一些參考。

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［2］ 賈貴寶.拱蓋法在地鐵車站施工中的應用［J］.合作經濟與科技，2011(12):128-129.

［3］ 王夢恕.隧道工程淺埋暗挖法施工要點［J］.隧道建設，2006，26(5):1-4.(WANG Mengshu.Outline of tunnel construction by means of method of undercutting with shallow overburden［J］.Tunnel Construction，2006，26(5):1-4.(in Chinese))

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［6］ 曾冰海.洞樁法(PBA)暗挖多跨地鐵車站扣拱施工［J］.隧道建設，2010，30(4):456-460.(ZENG Binghai.Arch lining construction ofmined multi-span metro station constructed by PBA method［J］.Tunnel Construction，2010，30(4):456-460.(in Chinese))

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