拱蓋法車站細部優化設計及施工

肖永強

(中鐵十四局集團隧道工程有限公司，山東 濟南 250002)

?

拱蓋法車站細部優化設計及施工

肖永強

(中鐵十四局集團隧道工程有限公司，山東 濟南 250002)

摘要：目前拱蓋法車站上半斷面的開挖工法采用較多的是雙側壁導坑法，但是雙側壁導坑法有其自身的制約點。結合青島地鐵2號線一期工程高雄路站施工后現場實際情況，通過對設計方案的細部優化，對雙側壁導坑法中間導洞的支護形式進行調整，將雙側壁導坑法成功優化為CD工法，并對出入口與車站接口部位進行改變，取得了較好的工期效益和經濟效益，希望能為以后的施工和設計提供一定的指導。

關鍵詞：隧道開挖；拱蓋法；雙側壁導坑法；CD法

1 拱蓋法介紹

全國在建地鐵城市中，青島有著較復雜的環境條件和地質條件，青島位于丘陵地區，地面起伏大，市內道路窄，第四系土層下覆中、微風化花崗巖，花崗巖埋深起伏大，在此種地理環境條件下地鐵建設宜優先選用暗挖法施工，而針對上軟下硬的地層條件，拱蓋法無疑是最優的選擇。拱蓋法是現在城市地鐵建設中的一種新的施工工法，是地鐵蓋挖法施工和扣拱施工的結合，與“中洞法”、“側洞法”、“PBA法”不同，目前在青島、大連等城市應用比較廣泛。其優點在于導洞少，工序少，擾動次數少；對地表沉降控制較好；拱蓋形成后，即可大面積作業，效率高，工期縮短；車站下半斷面施工時直接采用預應力錨索或錨桿，施工便捷，施工效率高。

拱蓋法車站上半斷面的開挖工序目前較多的采用雙側壁導坑法，但是雙側壁導坑法受其自身工藝的制約，導洞之間的初支較難封閉成環，進度較慢，且中間導洞在開挖前已受兩側導洞開挖的擾動。本文結合施工后現場實際情況，通過對設計方案的優化，對雙側壁導坑法的超前支護形式進行優化，并在開挖進洞100 m后成功的將雙側壁導坑法優化為CD工法，取得了較好的工期效益和經濟效益，希望能為以后的施工和設計提供一定的指導。

2 工程概況

2號線高雄路站位于香港中路、高雄路與江西路三條道路交叉口處，主體結構沿香港中路東西方向鋪設，為地下兩層島式車站，車站所處地段東高西低，地面高差約12 m。站位范圍現狀道路交通流量較大，道路市政管線密集，車站周邊環境復雜，其中主體中間位置南側是辛家莊加油站(下有油庫)，其旁邊東側為正在開挖施工的基坑工地;車站西北角為28層淺水灣國際公寓，東南角鄰近德寶花園酒店。

車站覆土/巖厚度為12～24 m，穿越地層以強～微風化花崗巖為主，詳見圖1地質縱剖面圖。結構型式為暗挖雙層島式結構，拱蓋法施工，車站總長206.2 m，總寬19.3 m,采用單拱直墻斷面，鉆爆法開挖，開挖斷面寬19.3 m，高15.6 m，詳見圖2結構橫斷面圖。

3 施工方案

高雄路車站采用暗挖拱蓋法施工，即先開挖上部拱蓋，由于本站上部拱蓋跨度較大，拱頂巖層多為Ⅳ、Ⅴ 級圍巖，上半斷面施工采用CRD法，分別開挖①、②、 ③部，相互之間錯開15 m，開挖完成后，施作拱底縱梁，分段跳拆臨時支撐，進行拱蓋的二襯模筑，最后在拱蓋的保護下分部開挖下部巖體。施工步驟為：①第1步，施作超前支護，分步開挖上斷面①、②、③部巖體，并架立格柵拱架、臨時支撐，各導洞錯開不應小于15 m；②第2步，各導洞開挖完成后，對①、②部清底施作加強拱底縱梁；③第3步，分段拆除臨時支撐(一次拆撐長度不大于10 m),施工拱部防水層及模筑二次襯砌,預埋邊墻鋼筋接駁器；④第4步，采用控制爆破技術,按順序開挖下半斷面并及時施工初期支護；⑤第5步,施工邊墻防水層及模筑二次襯砌;⑥第6步，施工車站中板、內部結構及裝修(詳見圖3)。

圖1 地質縱剖面圖(單位：m)

圖2 結構橫斷面圖(單位：mm)

4 相關細部設計及方案優化

4.1 上斷面拱蓋法支護形式及施工工法優化

拱蓋法上斷面施工可采用雙側壁導坑(CRD)

和CD工法，本工程拱頂圍巖為Ⅴ、Ⅳ級，采用CRD工法施工(見圖3(a))，針對中洞與側洞連接部位在側洞開挖時已擾動的巖層，結合掌子面水平向超前加固，采取優化方案，從①、②號導洞向中洞打設超前小導管注漿，可提前對側洞開挖時擾動的土體進行加固，保證開挖安全，見圖4。

在車站開挖進洞100 m后，地層條件有變好趨勢，巖石覆蓋層整體性變好，且拱頂覆土巖層變厚，地面監測數據平穩，監測數值與理論計算值較為接近，均在控制范圍內。鑒于以上因素，針對拱頂地層處于 Ⅳ級及其以下圍巖，拱蓋法上斷面由CRD工法(見圖3(a))優化為CD工法開挖(見圖5)，提高上斷面開挖速度，縮短二襯扣拱時間，既可節約工期及投入，又可快速二襯成拱，保證安全。

圖3 暗挖拱蓋法施工步序圖

圖4 加固方案

圖5 開挖方案優化后

4.2 出入口設計及優化

原設計出入口與車站主體對接采用矩形斷面形式，因交叉處受力復雜，需待車站主體拱蓋二襯施作完成、二襯混凝土達到設計強度后，方可進行出入口馬頭門開洞。開洞時，交叉處主體拱蓋二襯部分預留并甩筋，先臨時換撐，再進行開洞，交叉處馬頭門完成且初支穩定后，及時施作加強環梁及加強段襯砌結構，確保環梁與預留主體襯砌整體澆筑。該設計加強環梁與主體二襯需分兩步施作，增加了一道橫向施工縫，還需要進行臨時換撐，工序繁瑣，并且采用矩形斷面在開洞時此處結構受力復雜。此種設計適合Ⅲ級以上完整性較好圍巖，受力穩定，具有相當的自穩能力；本工程出入口接口部位圍巖為Ⅳ級圍巖，圍巖較破碎，開挖后完整性差，自穩時間較短。為降低開洞風險，經與設計溝通，進行設計圖紙優化，在主體上斷面開挖至與出入口接口部位前逐步對主體扣拱初支進行抬高及適當外放，使出入口初支在主體初支直墻位置開洞，減少該部位的復雜受力，再施作主體二襯與加強環梁，減少換撐工序，提高功效。具體情況見圖6。

圖6 出入口與主體結構接口設計及優化前后對比圖(單位：mm)

5 監測數據分析

監測點布置原則：于雙側壁導坑法段、工法轉化段、CD工法段分別布置一組監測點，監測數據詳見表1。

從以上結果可以看出，事實上，實際沉降值略大于理論計算值，這主要是因為實際施工中有很多理論計算無法考慮的因素，例如地層條件本身存在的差異，各導洞爆破施工的相互干擾等，但是實際監測值均在控制范圍內。

6 工期及經濟效益比對

(1)雙側壁導坑法受導洞間相互錯開的影響，開挖速度每天平均為0.5 m，CD法每天為1.25 m，CD法施工速度為雙側壁導坑法的2.5倍。由此分析，本車站由雙側壁導坑法優化為CD工法，工期共節約120 d。

表1 不同部位監測數據 mm

出入口優化設計后，在上斷面開挖時順帶將出入口位置輪廓開挖完成，二襯扣拱時減少了出入口位置二襯時的工序轉換時間，工期節省約20 d。

在工期緊張的條件下，優化方案意義重大。

(2)雙側壁導坑法每m造價約204 086元，CD法每m造價約199 730元，本車站由雙側壁導坑法優化為CD工法，經濟效益可提高906 048元。由此分析，相比雙側壁導坑法CD工法有著較高的經濟效益。

7 結束語

隨著城市地鐵市場的大規模興起，在上部為全、中風化，下部為微風化的“上軟下硬”地層中，“拱蓋法”以其施工安全、快速、經濟等優點將被廣泛應用，但如何在上部“軟弱段”進行上斷面開挖與支護，出入口及風道與主體交叉接口部位的開洞，目前做法各異。本文根據現場實際，結合車站所處的地層情況，很好的解決了上述問題，既提高了效率，又保證了安全。

On the Optimized Design and Construction of the Detailed Parts of a Railway Station Built by the Arch Cover Method

Xiao Yongqiang

(Tunnel Engineering Co. Ltd. of the 14th Bureau Group of China Railway,Ji′nan 250002,China)

Abstract:Right at present, the excavation for the upper-half section of a railway station usually adopts the double-side-wall-pilot-tunnel method when the project is built by the arch cover method.However,the double-side-wall-pilot-tunnel method has its own limitations.With the real post-construction situation of the Gaoxiong Road Station of the first-term project of Line Two of the Qingdao Subway as a practical example,the supporting forms for the mid-pilot tunnel of the double-side-wall-pilot-tunnel method are adjusted by means of optimizing the detailed parts of the design scheme,and optimizing the double-side-wall-pilot-tunnel method into the CD Method, with the entrance,the exit and the linking section of the station altered,as a result of which comparatively good benefits in both the construction duration and economy are achieved.It is expected that the paper may provide some useful guidance for the following construction and design in the future.

Key words:tunnel construction；the arch cover method;double-side-wall-pilot-tunnel method;CD method

中圖分類號：U231.3

文獻標識碼：B

文章編號：1672-3953(2016)02-0050-04

DOI：10.13219/j.gjgyat.2016.02.014

作者簡介：肖永強(1982—)，男，工程師，主要從事土木工程施工技術管理工作xiaoyongqiang110@qq.com

收稿日期：2015-12-08