寒區淺埋軟塑粘土地層四聯拱地鐵隧道施工控制技術

胡利平

【摘要】哈爾濱地鐵一號線二期工程哈爾濱南站站～農科院站區間與哈南停車場出入場線區間平交部位設計為四聯拱斷面，設計長度83m，斷面最大寬度27.56m，高度8.42m，采用雙側壁+中導坑法施工。四聯拱段結構受力復雜、施工工序多、干擾大、工期緊、施工風險極大。本文重點對四聯拱段開挖、襯砌技術進行介紹，希望對類似工程施工提供參考。

【關鍵詞】淺埋 軟塑粘土地層 地鐵區間 四聯拱 施工

1.工程簡介

1.1 工程概況

哈爾濱南站站～農科院站區間為哈爾濱市軌道交通一號線延長線，位于學府路規劃道路正下方，學府路是城區主干道，規劃道路寬80m，隧道中線與規劃道路永中基本平行。區間全長1162.585雙延米，采用淺埋暗挖法施工，其中區間隧道標準段采用臺階法施工，人防段采用CRD法施工，四聯拱段采用雙側壁+中導坑法施工。

學府路規劃道路寬80m，四聯拱段位于學府路主道下，埋深9.5m，斷面開挖寬度27.56m，高度8.42m，屬于大跨淺埋隧道。

1.2 工程地質

（1）地形、地貌：南農區間所處地段屬崗阜狀高平原地貌單元，地面標高介于165.45～166.85米之間，高差約1.4m。

（2）地層巖性：根據鉆探揭示及對地層成因、年代的分析，本工點地層主要由第四紀全新世人工堆積層（Q/4ml/）、上更新統哈爾濱組地層（Q/32hral/）、中更新統上荒山組地層（Q/22hl/）、下荒山組地層（Q/21/h lal/）組成，巖性為粉質粘土、砂類土。地層從上到下主要有：雜填土（①）、粉質粘土（②）、 粉質粘土（③）、粉質粘土（③-2）粉質粘土（④）、粉質粘土（④-4）、中砂（⑥）。粉質粘土層標貫擊數在14.50左右。區間隧道主要穿越粉質粘土（④）層，底部主要位于粉質粘土（④）層，基底承載力滿足設計要求。

（3）場地土的可挖性分級、鐵路隧道圍巖分級：根據《地下鐵道、輕軌交通巖土工程勘察規范》（GB50307-1999），粉質粘土層可挖性分級為Ⅰ或Ⅱ級；根據《鐵路工程地質勘察規范》（TB10012-2007），粉質粘土層圍巖分級為Ⅵ或Ⅴ級。

1.3氣候、水文地質特性

哈爾濱市屬溫帶大陸性季風氣候。夏季炎熱短促、多東南風，冬季漫長寒冷、多西北風。多年平均氣溫為4.03℃，7月份氣溫較高，平均氣溫為22.7℃、最高達36.4℃。一月份氣溫較低，平均氣溫為-19.1℃、最低可達-38.1℃。

區間地下水主要賦存于沖洪積地層內，水溫14～16℃。含水層主要為孔隙潛水。地下水埋藏較深，對區間施工不會產生影響。地下水的補給來源為地下徑流、河流側滲和大氣降水。除此之外，局部地段尚存在上層滯水，賦存在粉質粘土層中，分布不連續。豐水季節水位將有所上升，水位變幅約2米左右。

2.四聯拱段開挖支護技術

2.1四聯拱段開挖支護施工工序

為進行四聯拱段的施工，在K1+380位置設置了一施工豎井，利用橫通道創造工作面進行四聯拱施工。四聯拱段雙側壁+中導坑法施工工序如圖1

圖1 四連拱隧道斷面施工工序圖

序號 工序圖 說明

1

1、CRD法施工區間上下行正線

先進行拱部小導管注漿超前支護，在完成超前支護后，采用CRD法分別施工上下行線。

2

2、上下導坑法施工中導洞

在兩側CRD施工的區間正線各成環20m時采用上下導坑法施工中導洞。

3

3、區間正線及中導洞襯砌施工

在初支驗收合格后進行區間上下行正線襯砌及中導洞中隔墻混凝土施工。

4

4、出入場線區間開挖支護。

在區間正線及中導洞襯砌施工超前20m以上時，分別施工出入場線區間。

5

5、出入場線襯砌施工

在出入場線開挖支護完成后拆除多余部分支護，進行襯砌施工。

2.2 四聯拱段開挖支護施工控制要點

（1）嚴格控制開挖進尺，嚴禁超挖，每次開挖控制在75cm以內（包括鋼架連接筋搭接長度22cm），及時完成封閉。

（2）控制每作業面之間的距離，CRD法上下臺階控制在5m以上，左右控制在10m以上；在CRD法封閉成環20m以上時才容許進行中導洞開挖施工；兩側CRD工法施工的正線和中導洞的中隔墻襯砌混凝土成環超過20m時，才容許前后錯開10m進行出入場線開挖支護。

（3）為確保出入場線開挖支護安全，中導洞拱部必須用素混凝土回填密實。

（4）為確保區間正線、中導洞及出入場線支護鋼架的連接質量，要求區間正線CRD、中導洞臺階法、出入場線臺階法的每榀格柵必須嚴格控制縱向里程、設計標高，否則極易造成出入場線的格柵無法安裝或安裝不牢固，存在安全隱患，影響結構安全，因此對于安裝的各導洞格柵鋼架，均須詳細記錄格柵鋼架詳細里程、標高，以保證各導洞格柵鋼架里程對應，標高一致，法蘭盤連接質量良好。

3.四聯拱段襯砌技術

四聯拱段長度83m，存在G和H種斷面形式，使用襯砌臺車不經濟，同時四聯拱段工期比較寬松，因此采用搭設滿堂腳手架配組合模板及支架進行襯砌施工。

3.1總體襯砌方案

四聯拱襯砌在完成初支背后注漿，初支驗收合格后進行。區間上下行線CRD段襯砌分4步進行，仰拱施工——仰拱回填施工——隧道內側直墻混凝土施工——隧道外側拱墻施工。中導洞襯砌分仰拱和中隔壁2步進行。出入場線分仰拱和拱部進行施工。

3.2區間正線CRD段施工

⑴仰拱施工

①CRD豎撐破除

為保證安全和防水層施工質量，仰拱豎撐采用跳段切割（由于防水板幅寬2.0m，因此需要連續切割3榀豎撐，在此幅防水施工完成后立即對中間豎撐進行回撐，焊接牢固，確保回撐質量，然后依次進行下幅豎撐切割及防水施工），仰拱每循環施工長度為6m～12m（根據監測情況確定每次仰拱拱架切割及混凝土施工長度），為確保防水及鋼筋接頭位置，破除長度在兩側均各增加1～1.5m，采取跳段破除。在破除后立即進行仰拱防水、防水保護層、仰拱鋼筋和仰拱混凝土施工，在仰拱混凝土強度達到2.5MPa時進行仰拱回填施工。在工字鋼豎撐破除切割時做好監控量測，當變形速率超警戒時立即全部恢復切割鋼支撐，在穩定后采用隔榀破除方式進行施工。鋼支撐破除時采用風鎬破 圖2 CRD豎撐破除

除，嚴禁破碎錘施工。

②仰拱防水層施工

在仰拱基面處理合格后進行仰拱防水層施工，為確

保中導洞側防水的搭接，利用苯板或鐵皮對防水層保護，在中導洞仰拱施工時去除保護層，實現防水層順接。

③仰拱防水層保護層施工

在防水層充氣試驗合格后澆筑7cm厚的C20混凝土 圖3 仰拱防水層接頭保護

墊層對防水層進行保護。

④仰拱鋼筋施工

為確保中導洞仰拱鋼筋與CRD仰拱鋼筋的整體連接，且鋼筋接頭滿足規范要求，在中導洞側鋼筋接頭采用直螺紋套筒，并使用苯板或鐵皮對套筒進行保護，防止混凝土進入套筒內而影響下步鋼筋連接。其他部位鋼筋按區間正洞襯砌鋼筋要求施工。

⑤仰拱混凝土施工

為保證凈空尺寸，仰拱模板外放5cm進行加工和支立，按要求做好模板加固，在尺寸報驗合格后進行仰拱混凝土澆筑。

圖4 仰拱混凝土施工 圖5 仰拱回填施工

⑵仰拱回填施工

根據設計，軌面以下56cm采用C20混凝土進行回填，為便于拱墻襯砌支架搭設，在仰拱混凝土強度達到2.5MP時進行仰拱回填施工。

3.3中導洞側直墻施工

在仰拱回填強度具備上部作業后破除中導洞側橫支撐，搭設腳手架，支立模板進行中導洞側直墻混凝土施工。

①中導洞側支撐破除

支撐采用風鎬鑿除，嚴禁破碎錘施工。

②防水、鋼筋施工

拱部混凝土施工范圍鋪設防水層，為確保與中導洞防水的搭接，利用苯板或鐵皮對防水層保護，在中導洞初支破除后去除保護層，實現與出入場線防水層的順接，同時防水層隧道外側防水層伸出模板超過20cm，便于下步拱墻防水層施工時進行搭接。 圖6 直墻防水層保護

為確保直墻二襯鋼筋與出入場線鋼筋的整體連接，且鋼筋接頭滿足規范要求，在直墻靠近出入場線側鋼筋接頭采用直螺紋套筒，注意套筒保護，防止混凝土進行套筒內而影響下步鋼筋連接。其他部位鋼筋按區間正洞襯砌鋼筋要求施工。為確保下步拱墻施工支撐拆除安全，直墻頂部混凝土和初支密貼，做好鋼筋及防水搭接預留。

③支架、模板支立

腳手架基本參數如下：Φ48腳手架滿堂搭設， 橫桿步距 h=0.6 m； 橫距 0.6m；縱距0.75m，上下均使用頂托，直墻模板采用18mm厚多層板， 模板背側設10cm×10cm的方木內楞（間距0.3m），外側設φ48雙鋼管外楞（間距60cm），鋼管外楞和支架鋼管連接；內外模板采用φ14對拉螺栓固定在鋼管外楞之間（螺桿外套PVC管，便于螺桿的重復利用，螺桿間距60cm）。 圖7 中導洞側直墻施工

④混凝土施工

為確保混凝土振搗到位，在模板上設置混凝土輸送口， 窗口大小為30×30cm，豎向及縱向間距3m，利用混凝土輸送泵直接從窗口處灌入模內，并從窗口處進行振搗，在拱頂最高處設置一窗口，確保混凝土澆筑的飽滿。

⑷拱墻施工

①中隔壁拆除

在中導洞側直墻混凝土澆筑完成后，利用現有支架搭設平臺，對剩余中隔壁支撐進行拆除。拱墻襯砌長度為6m～9m（根據仰拱施工縫長度及監測數據確定施工長度），為便于防水及鋼筋接頭預留，鋼支撐拆除長度增加1～2m。

②支架、鋼架、模板支立

混凝土模板采用 150cm×30cm×5cm組合模板按設計凈空外擴5cm進行拼裝成型。模板間用模板扣進行連接。鋼模板背后設置工字鋼架加固，鋼架采用I18工字鋼按設計半徑冷彎成型，每節鋼架采用螺栓連接成環，拱架縱向間距0.75m，采用φ20圓鋼縱向連接，連接桿間距1.0m，前后錯位布置，為確保拱架支撐到位，拱架外側采用10×10cm方木支墊，支架采用頂托與方木及拱架連接。

③邊墻及拱部混凝土澆筑

在模板上設置混凝土輸送口，窗口大小為 30cm×30cm，混凝土直接從窗口處灌入模內， 并從窗口處進行振搗。邊墻和拱頂設置輸送口，通過混凝土輸送泵將混凝土壓入模內，并從窗口處進行振搗。

為加快施工進度，保證施工安全， 仰拱和直墻超前施工，拱墻成環時上下行線各采用兩套模具進行跳段施工，但前段滿堂紅腳手架搭設后后段材料運送困難，因此采用門架形式形成施工通道，在確保安全的前提下加快施工進展。

3.4中導洞混凝土施工

⑴中導洞仰拱施工

①防水層施工

在仰拱基面處理合格后進行仰拱防水層施工， 圖8 拱墻混凝土施工

為確保與出入場線防水的搭接，利用苯板或鐵皮對防水層保護，在出入場線仰拱施工時去除保護層，實現防水層順接。

②防水保護層、仰拱鋼筋、仰拱混凝土施工

在防水層保護完成，報驗合格后施作防水保護層。

為確保中導洞仰拱鋼筋與出入場線鋼筋的整體連接，且鋼筋接頭滿足規范要求，在出入場線側鋼筋接頭采用直螺紋套筒，注意套筒保護，防止混凝土進行套筒內而影響下步鋼筋連接。中導 圖9 中導洞仰拱施工

洞仰拱每循環施工長度為18～30m（采用6m的整數倍）。

⑵中隔壁施工

①橫撐拆除

在仰拱模板拆除后跳段拆除中導洞橫撐，每次拆除長度為7～8m。

②支架支立

支架基本參數如下：Φ48腳手架滿堂搭設， 橫桿步距 h=0.6 m； 橫距 0.6m；縱距0.75m，上下均使用頂托。

③拱部防水鋪設

為確保與中導洞防水與出入場線防水的搭接，利用苯板或鐵皮對防水層保護，在中導洞初支破除后去除保護層，實現與出入場線防水層的順接。 圖10 中隔壁施工

④鋼筋綁扎

為確保拱部二襯鋼筋與出入場線鋼筋的整體連接，且鋼筋接頭滿足規范要求，在出入場線側鋼筋接頭采用直螺紋套筒，注意套筒保護，防止混凝土進行套筒內而影響下步鋼筋連接。

⑤模板安裝

直墻模板采用18mm厚多層板， 模板背側設10cm×10cm的方木內楞（間距0.3m），外側設φ48雙鋼管外楞（間距60cm），鋼管外楞和支架鋼管連接；內外模板采用φ14對拉螺栓固定在鋼管外楞之間（螺桿外套PVC管，便于螺桿的重復利用，螺桿間距60cm）。弧形模板采用加工的定型鋼模板。

⑥混凝土施工

在模板上設置混凝土輸送口，間距3m，窗口大小為 30cm×30cm，混凝土直接從窗口處灌入模內，并從窗口處進行振搗。

3.5出入場線混凝土施工

⑴拱部混凝土施工

①上導洞初支破除

上導洞橫支撐作為拱部襯砌支架基礎，因此從橫支撐以上1.5m開始向上進行支撐破除，破除采用人工風鎬施工，跳段破除，每段長度為7～7.5m。

②支架支立

在上導拱架破除后利用上導橫撐及兩側豎撐進行支架支立，支架橫向及在豎向間距0.6m，縱向間距0.75m。 圖11 出入場線拱部混凝土施工

③拱部防水層施工

去除區間正線CRD、中導洞拱部襯砌施工時防水層保護，通過中間防水層使兩接頭焊接成一整體。

④鋼筋施工

鑿除預留直螺紋套筒殘留混凝土，兩側采用直螺紋接頭，中間采用綁扎，確保鋼筋接頭施工質量和搭接長度。

⑤拱架支立、模板安裝

混凝土模板采用 150cm×30cm×5cm組合模板按設計凈空外擴5cm進行拼裝成型。模板間用模板扣進行連接。鋼模板背后設置工字鋼架加固，鋼架采用I18工字鋼按設計半徑冷彎成型，每節鋼架采用螺栓連接成環，拱架縱向間距0.75m，采用φ20圓鋼縱向連接，連接桿間距1.0m，前后錯位布置，為確保拱架支撐到位，拱架外側采用10×10cm方木支墊，支架采用頂托與方木及拱架連接。

⑥混凝土澆筑

在拱頂每隔3m設置一個混凝土泵送孔，確保拱頂混凝土的飽滿密實。

⑵仰拱混凝土施工

在拱部襯砌施工完成后，拆除出入場線剩余初期支護進行仰拱襯砌施工。仰拱每次施工長度以30m左右為宜。

⑶仰拱回填施工 圖12 出入場線仰拱及回填施工

仰拱施工完成后進行仰拱回填施工。

3.6四聯拱段襯砌施工控制要點

（1）嚴格控制支撐拆除長度，仰拱防水施工完成后立即對切割豎撐隔榀回撐，支撐拆除、切割前后必須進行監測，當監測數據超警戒或突變時，對全部切割的豎撐進行回撐，同時確保回撐質量，回撐后的豎撐真正受力。

（2）區間正線襯砌、中隔墻襯砌及出入場線仰拱及拱墻襯砌施工時，施工縫設置在同一里程，確保防水成環而發揮作用。

（3）做好防水層、鋼筋直螺紋套筒的保護，確保下步襯砌施工時能夠很好連接。

（4）腳手架、鋼模支撐鋼架按方案支立、加固，防止混凝土施工時變形而影響凈空尺寸。

（5）為確保襯砌內實外美，必須利用設置的工作窗進行振搗，拱部可設置小功率的附著式振動器進行振搗。

（6）采取跳段襯砌時，為提前進行出入場線開挖，及時對跳段預留襯砌進行補充，在襯砌連續20m以上時才容許進行出入場線開挖支護，同時中隔墻頂部已回填密實。

4.結束語

哈爾濱地鐵一號線南農區間四聯拱段采用“雙側壁+中導坑法”施工，較好的控制了變形，確保施工安全，襯砌采用組合鋼模板支架法跳段施工，安全和質量得到保障，施工進度滿足工期要求，取得了良好社會和經濟效益，希望為同類多聯拱隧道的施工提供借鑒。

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