大跨徑地鐵車站TBM與暗挖交叉施工技術

鄧尤術，楊永祥

(中鐵隧道集團三處有限公司，廣東深圳 518052)

0 引言

在TBM引進之初，TBM主要用于水工隧道及鐵路隧道。但隨著城市軌道交通的快速發展和人們對環境等要求的提高，TBM將越來越廣泛地應用于城市軌道建設領域。重慶地鐵光電園暗挖車站及大跨區間采用了雙側壁導坑法施工［1］，西安地鐵軌道交通二號線采用盾構空推過暗挖段區間施工［2］，重慶臨江門車站采用雙側壁導坑法在繁華地區超大斷面硬巖車站隧道施工中得到了成功應用［3］。以上工程均是由TBM獨立完成施工，均未涉及到敞開式TBM與鉆爆法交叉施工，而相關領域對此研究也較少。為解決車站施工與TBM施工的工期矛盾，保證TBM硐室及車站拱部的施工安全和質量。以重慶軌道交通六號線紅土地車站施工為例，經過多種方案比較，采用先拱后墻的方法，通過科學合理地組織施工，并在施工中加強監控量測，確保了紅土地車站的施工安全，同時也滿足了工期要求，為類似工程施工積累了經驗。

1 工程概況

紅土地車站位于重慶市主干道五紅路正下方，隧道兩側均為高層商住樓。紅土地車站長211 m，為地下雙層島式車站，采用曲墻+仰拱的五心圓馬蹄型斷面。車站最大開挖寬度25.9 m，高18.34 m，開挖斷面面積375.8 m2，屬于特大斷面暗挖隧道，TBM掘進過站采用先拱后墻法施工。

車站暗挖隧道覆蓋層厚度約44 m，中等風化巖石厚度34.1～38.2 m，洞身圍巖為中等風化的砂質泥巖夾薄層砂巖，巖體完整性指數Kv=0.62，巖體較完整。砂質泥巖單軸飽和抗壓強度為15.7 MPa，為較軟巖。圍巖基本分級為Ⅳ級。隧道巖層傾角平緩，巖層傾向1°左右。地下水以脈狀分布的基巖裂隙水為主，水量較小，呈滴狀或串珠狀。

2 施工順序

施工準備完成后，首先施工斜井，完成斜井開挖支護后，開始進行車站側壁導坑1步施工。為減少后期爆破作業，TBM到達前，車站1步開挖必須完成，然后停止正線施工，等待TBM掘進過站。TBM掘進過站后，立即開始車站側壁導坑3步施工，逐段開挖核心土4步和5步并施工中部臨時仰拱，車站拱部二次襯砌緊跟核心土開挖。TBM過站后，在區間范圍內設置道岔段，左右線合并成1條線用于運輸，拱部二次襯砌施工60 m以后，開始分邊施工車站下部工程。車站施工順序如圖1所示。

圖1 紅土地車站施工順序圖Fig.1 Construction sequence of Hongtudi Metro station

3 紅土地車站施工技術措施

3.1 合理預留TBM硐室覆蓋層厚度

為了保證TBM在車站范圍內掘進時不發生隆起、坍塌等事故，確保TBM順利施工，同時在1步開挖時充分利用機械化施工，1步開挖底部至TBM掘進硐室頂部控制在3 m以上［4］。在局部因為施工通道、車站附屬結構施工，TBM硐室上方覆蓋層達不到3 m的部位(最小僅有1m)，開挖后應及時澆筑30cm厚混凝土板，并設置I20a工字鋼，工字鋼間距為1m。TBM在車站范圍內掘進過程中，未發生坍塌、隆起等事故，也未對已施工的車站上部初期支護產生較大的影響，監測數據反映，變化均在控制范圍內。

3.2 加強TBM硐室的支護質量

紅土地車站范圍內的TBM掘進硐室雖然是臨時設施，用于TBM施工時的出碴和進料，但是使用時間較長，且不做二次襯砌，只做初期支護，施工過程必須加強初期支護的施工質量控制［5－6］。紅土地范圍內的TBM掘進硐室初期支護采用I14工字鋼+鋼筋網片+連接鋼筋+15cm厚C25噴射混凝土，支護斷面如圖2所示。

紅土地車站設計施工順序為:1)雙側壁1步導坑開挖和支護。2)TBM掘進過站。3)雙側壁3步導坑開挖和支護。4)開挖4步核心土并支護。5)開挖5步核心土。6)施作臨時仰拱和拱部二次襯砌。7)下部在TBM硐室基礎上分兩側擴挖并支護，完成二次襯砌。8)取下部核心土，支護并完成二次襯砌澆筑。

圖2 TBM硐室支護斷面圖(單位:mm)Fig.2 Support of tunnel excavated by TBM(mm)

3.3 TBM過站后隧道開挖措施

TBM掘進過站后，立即進行車站3步、核心土第4步和第5步的開挖。由于3步開挖底部距離TBM硐室較近，只有1 m，車站3步開挖時，必須采取有效措施，確保車站3步正常施工及TBM硐室的正常運營，保證TBM硐室的安全。因車站3步開挖時，已有1步底及TBM硐室2個臨空面，分層按周邊眼布置進行光面爆破［4］，炮眼采用空氣柱間隔裝藥，以減小對下部圍巖的擾動。為減小外插角的影響，應嚴格控制每循環的鉆孔深度，經過認真分析及現場試驗，最終每循環進尺控制在1.5 m以內。爆破設計如圖3所示。

圖3 爆破設計圖Fig.3 Blasting design

兩側大拱腳是拱部的主要受力支撐點，為了保證大拱腳在開挖過程中不被破壞，在實際施工中大拱腳處采用人工配合機械開挖。為了確保拱部與邊墻連接處襯砌鋼筋及防水板的連接質量，在兩側大拱腳下面開挖1個預留槽，將拱部兩側防水板及襯砌鋼筋埋在預留槽內。

3.4 模板臺車設計

紅土地拱部二次襯砌采用液壓臺車一次成型，因TBM硐室頂部覆蓋層厚度不一，為保護下方TBM掘進硐室的安全［7］，在設計臺車時，要優先考慮模板臺車主要受力點的位置。為避免模板臺車、汽車運輸等施工過程中產生集中荷載，臺車支撐點必須偏離TBM硐室正上方。在車站3步開挖完成后澆筑1層30 cm厚混凝土板，板內布設I20 a工字鋼，工字鋼間距為1 m。同時為了方便二次襯砌模板臺車定位和綁扎襯砌鋼筋，在車站兩側拱腳處設置矮邊墻。矮邊墻的設置不得破壞大拱腳處混凝土的完整性，要做好矮邊墻處的防水工作，在矮邊墻的上下分別設置1道鋼邊止水帶，加強鋼邊止水帶的定位質量。模板臺車設計如圖4所示。

圖4 模板臺車設計圖(單位:mm)Fig.4 Design of formwork trolley(mm)

3.5 拱墻結合部位處理措施

車站3步和5步開挖完成后，及時進行臨時型鋼支撐的鋪設，鋼架間采用縱向鋼筋連接，最后進行現澆混凝土施工。左右側臨時仰拱的端頭各預留1個深為0.56 m，寬為襯砌厚度的凹槽，將拱部襯砌防水板藏在凹槽內，留夠接茬長度。拱部與直墻部位的襯砌鋼筋直接伸入凹槽內，鋼筋端頭接駁器安裝好，預埋在凹槽內，以確保直墻部位二次襯砌鋼筋與拱部襯砌鋼筋的有效連接，預留凹槽用細砂回填密實。為了減小拱部襯砌混凝土的水分流失，在上面抹2 cm厚的水泥砂漿。為了確保矮邊墻的穩定，防止發生側移和沉降，每隔5m澆筑1個0.5m寬的柱子，使矮邊墻的受力直接傳遞到基巖和初期支護上，具體做法如圖5所示。

4 監控量測

在施工過程中，除了進行常規的監控量測外，還應加強TBM掘進過站時對圍巖震動情況、底板沉降情況、初期支護變形情況、拱架應力變化情況的監測［8－10］;在拱部二次襯砌混凝土澆筑過程中，加強底板沉降監測和TBM掘進硐室變形監測。紅土地車站DK18+577斷面洞內位移如表1所示，監控量測如圖6所示，底板沉降監測如圖7所示。

表1 2010年紅土地車站DK18+577斷面洞內位移Table 1 Displacement of Hongtudi Metro station at DK18+577 in 2010 mm

圖7 2010年紅土地車站DK18+517底板沉降監測圖Fig.7 Settlement of floor at DK18+577 in 2010

由表1和圖6—7可知:紅土地車站DK18+577斷面的洞周位移均已穩定;在拱部二次襯砌施工中，臨時底板較為穩定，單次沉降量、累計沉降量、單次收斂量和累計收斂量均在合理范圍內。

5 結論與討論

通過對紅土地車站施工情況的分析表明，先開挖車站拱部側壁導洞，采用TBM從下部掘進過站后再進行上部核心土開挖，先施作拱部二次襯砌混凝土，再進行下部開挖及邊墻襯砌施工，即大跨徑暗挖車站采用先拱后墻的施工方法，通過設置臨時仰拱，在施工過程中加強監控量測的控制，采取有效措施，能保證TBM硐室及車站拱部的施工安全和施工質量。先拱后墻的施工方法很大程度上減小了車站施工與TBM施工的相互影響，使車站和TBM均能連續不中斷地組織施工，能有效地縮短工期，提高整體施工效益，同時也確保了工程質量，值得在今后類似工程中推廣應用。

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