地鐵拱蓋法大斷面開挖支護施工技術

李賓

摘要： 本文結合青島地鐵1號線瑞金路為地下雙層島式車站施工實例，詳盡地論述了拱蓋法大斷面開挖施工的工藝特點、適用范圍、工藝原理、施工工藝流程及操作要點等內容，該技術的成功應用，可為類似工程的施工提供一定的借鑒作用。

Abstract： Based on the construction case of Ruijin Road in Qingdao Metro Line 1which is a underground double-decker island station， this paper elaborates the technological features， applicable scope， principle， construction process and operating points of large-section excavation with arch cover method. The successful application of the technology can provide some reference for the construction of similar projects.

關鍵詞： 地鐵；拱蓋法；大斷面開挖；支護；施工技術

Key words： metro；arch cover method；large-section excavation；support；construction technology

中圖分類號：TU74 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）05-0106-04

0 引言

拱蓋法施工對圍巖強度要求高，主要適用于風化巖石地層，尤其是上軟下硬的土巖復合地層。但在地鐵施工中，拱蓋法施工的地鐵車站不可避免地要穿越城市主干道、有壓管線。大斷面開挖在施工過程中的沉降問題、地下水流失問題、必然帶來了諸多安全隱患。由中鐵九局承建的青島地鐵瑞金路車站工程，在拱蓋法施工過程中發現，拱頂沉降大、地下水流失、施工進度緩慢，不易達到設計要求，經多次研究，調整車站大斷面開挖支護方案，總結出一套拱蓋法大斷面開挖支護技術，成功解決了拱蓋法大斷面開挖支護的困難，拱頂沉降大的技術難題。

1 工藝特點

①通過格柵安裝工具代替人工架立格柵，解決了難以調整格柵角度及高度，造成螺栓連接孔不能精準對接，有錯縫問題。避免了工人在裸露圍巖下施工存在安全隱患，操作簡單，縮短施工周期短。

②通過使用鎖腳錨管導向工具及L筋，確保格柵拱腳處鎖腳錨管水平向下15°錨進地質圍巖中，與支護結構格柵鋼架焊接連成整體，起到承壓、防止初期支護結構沉降等作用。便免了鎖腳錨管與格柵連接后形成的整體性較差、掉拱、隧道拱頂失穩、垮塌等情況，保證了施工安全。

③采用滲漏水措施，有效的控制了拱頂沉降大、地下水流失問題，確保了隧道圍巖的穩定，施工安全可靠。

2 適用范圍

本施工技術適用于地鐵拱蓋法大斷面開挖支護。

3 工藝原理

瑞金路站拱蓋法開挖支護施工中，在進洞門時采用雙排超前小導管對圍巖進行預支護，注漿液選用硅酸鹽水泥，增強了圍巖整體性和強度。開挖前進行超前地質預報、超前探孔及監控量測，為開挖提供了參數依據。立架通過使用格柵安裝工具、鎖腳錨管導向工具及L筋，加快了施工進度，保證了施工安全。

立架完成后，進行噴射混凝土施工。待施工成環后進行背后注漿施工。對滲漏水點采用滲漏水注漿措施，控制了拱頂下沉和內徑收斂變形的情況。施工監測采用動態監測，及時反饋監測數據。

4 施工工藝流程及操作要點

4.1 施工工藝流程

施工工藝流程如圖1所示。

4.2 施工操作要點

4.2.1 施工準備

①圖紙審核，技術人員會同監理、勘察、設計、業主代表對圖紙進行會審，對圖紙的存在的問題及時解決，確保施工圖紙的準確性、合理性。

②原材料試驗及進場：對要進場的噴射混凝土原材、鋼筋原材、鋼架及小導管等材料報監理工程師進行取樣檢測，請第三方檢測中心取樣檢測，合格后方可使用。

③設備進場報驗、標定：對進場的鉆孔機、注漿機、電焊機等設備向監理工程師報驗，報驗合格后方可投入施工。

4.2.2 超前地質探測

①超前地質預報?？紤]地下工程存在諸多不確定性因素，為保證隧道施工正常進行，車站隧道施工過程中，對所有地段均進行地質預報。雷達探測可以預報距離掌子面20米范圍內的地質情況。儀器采用意大利RIS-K2型探地雷達，80MHz屏蔽天線。采用點測法進行數據采集。采樣頻率：1046MHz；采樣點數：604；疊加次數：128次；測點間距：0.1m；采樣時窗：566ns。結合現場條件以及探測要求，在開挖地面上方1m處，從左邊墻向右邊墻方向測一次，再從左邊墻向右邊墻方向復測一次。

測得結果地下水類型為基巖裂隙水，地下水較發育。局部裂隙發育，開挖期間預計出現滲水。 掌子面圍巖為火山集塊巖，巖體塊狀碎裂，節理較為發育，均一性一般。圍巖等級為IV 2級。

②超前鉆孔。根據設計地質資料提供的不良地質資料，采用輕型地質鉆機在掌子面進行鉆孔探測，以便相互印證，根據雷達探測資料選擇探孔位置，布置三個Φ50探孔，在鉆孔的同時，記錄鉆空速度、巖碴粉特征、沖洗液顏色、含泥量、出水部位、鉆桿是否突進等情況，探明水量和水壓情況，按設計和開挖面的地質資料，判定工作面前方的工程、水文地質情況。鉆孔前應先用稍大直徑的鉆頭鉆孔，安設3m孔口管，孔口處設閘閥，在遇到高壓水時緊急關閉，防止突水。對于取芯鉆空，每次提鉆后對巖芯進行觀察描述和記錄，記錄各巖層位置、巖性、厚度及其裂隙發育、充填膠結情況，做好巖芯的地質描述，同時記錄好孔內出水情況。endprint

4.2.3 施工工序

瑞金路站主體從1、2號風道進洞施工開始，雙向相對開挖施工車站主體。上臺階拱蓋開挖施工完畢后，進行拱蓋襯砌施工。車站分為四個施工段，見圖2。

4.2.4 測量放線

①洞內導線測量。內導線控制測量是在洞外精密導線控制測量的基礎上，結合洞內施工特點布設導線，以勘測院澆樁點，布設點為起始點，沿隧道兩側分別設置支導線連接后形成閉合導線閉合于洞外高級點。導線點布設在施工干擾小、穩固可靠的地方。

由洞外向洞內的測角、測距工作，在早上、傍晚或陰天進行，洞內的測角測距，在測回間采用儀器和覘標多次置中的方法，并采用雙照準法（兩次照準、兩次讀數）觀測。照準的目標應有足夠的亮度，并保證儀器和反射鏡面無水霧。

洞內導線的坐標和方位角，必須依據洞外控制點的坐標和方位角進行平差計算。

②開挖測量。開挖前應校核中線點，并在開挖斷面上標出設計斷面輪廓線。開挖工作完成應及時測量超欠挖并繪出斷面圖。

開挖在曲線段采用全站儀進行中線及高程的放樣。開挖斷面成形后，采用斷面檢測儀對開挖斷面進行檢查，發現欠挖后及時報與施工班組處理。

用中線法進行洞內測量隧道時，中線點點位橫向偏差不得大于3mm。

③初期支護測量。根據設計圖紙制作加工的鋼支撐定位放樣。把拱頂高程和起拱線高程以及隧道中線在實地上測設出來，控制鋼拱架兩側拱腳的平面位置和高程，用紅油漆標定記號并對本工序負責人進行書面交底。

④高程控制。高程控制點在洞口設置一個，如特殊需要時還可進行加密，其布置形式為閉合水準線路，閉合于洞外水準控制點。加密水準點的復測按四等水準控制。采用水準儀進行往返觀測，并定期進行復測。

4.2.5 馬頭門處加固措施

馬頭門處開洞超前支護采用管棚及超前支護小導管+超前注漿形式支護。小導管規格型號為Ф42，壁厚3.5mm的熱軋鋼花管，管棚規格型號為Ф108，壁厚5mm的熱軋鋼花管。超前小導管環向間距0.4m，長4.5m。管棚環向間距0.4m，長12m，管棚間打設Ф42超前小導管。注漿漿液為水泥漿，水灰比1：1。

開馬頭門前，應在超前支護施工完畢后才能進行架設格柵施工。進洞開挖距離嚴格按照架設一榀拱架的距離控制。

根據馬頭門處并立三榀格柵作為進洞加固措施。嚴格按照圖紙中初期支護施工方式施工，嚴格控制超前小導管注漿質量。在格柵第一榀架設、噴錨結束后，設置馬頭門拱頂沉降監測點及收斂點位，對馬頭門拱頂沉降及收斂取初始值并監測。同時施做超前地質預報，加強掌子面圍巖的地質素描工作。

4.2.6 車站管線情況

經調查，瑞金路車站穿越重慶中路下埋設的各種管線共9處，探明其結構形式、水平距離、空間關系及埋深，有利于施工及排遷。

4.2.7 開挖施工

瑞金路站圍巖由于上軟下硬，拱蓋開挖采用CD法施工見表1瑞金路站施工步驟。

4.2.8 爆破施工

①爆破施工工藝流程：鉆眼——清孔——領藥——裝藥及連線——剩余炸藥返庫——爆破警戒——爆破——爆破后盲炮檢查。

②裝藥結構。掏槽眼、輔助眼采用反向起爆。周邊眼采用間隔裝藥。裝藥結構如圖3所示。

③起爆網路。開挖各炮孔起爆順序為：掏槽眼→輔助眼（掘進眼）→周邊眼，由里向外逐層起爆。周邊眼采用導爆索起爆。其中導爆管導爆管采用簇并聯發聯接。

④炮眼直徑。選用YT-28型手持式風動鑿巖機，炮眼直徑d=42mm。

⑤炸藥。采用2號巖石乳化炸藥，規格為Φ32mm×300mm，每卷300g，1kg/m。乳化炸藥的性能見表2。

⑥雷管。地鐵對于爆破振動的控制要求較高，所以本工程選取導爆管延期雷管作為起爆器材。雷管選用第一系列毫秒導爆管雷管。各段別導爆管雷管的延期時間如表3所示。

4.2.9 鋼格柵施工

格柵鋼架在鋼筋加工廠按設計加工成型后試拼，合格后運至現場拼接安裝。鋼架定位架設，與定位錨桿焊接牢固，在拱腳設置鎖腳錨管，以控制下沉。鋼架間設縱向連接筋，并以噴砼填充密實。

格柵鋼架架設工藝及技術要點：

①安裝拱架前，將基面清理干凈，并將基腳置于穩定的基巖上，必要時在鋼架基腳處設混凝土墊塊以增加基底承載力，同時安設鎖腳錨管；

②鋼架各單元間連接牢固，安設位置正確、穩固并垂直于隧道中線，允許偏差為：與線路中線位置30mm；垂直度5%；前后兩片鋼拱架間距±5cm。

③為增強鋼架的整體穩定性，將鋼架與小導管或系統錨桿焊接在一起，鋼架間設縱向連接鋼筋，環向間距按1m內外交錯布置。

④為使鋼架準確定位，鋼架架設時同步定位測量。

⑤架立鋼架后盡快進行噴射砼作業，使鋼架與噴射砼共同受力。噴射砼時從拱腳或墻腳處向上噴射，將拱角處格柵預留出來，方便下一臺階格柵安裝。拱角處預留格柵需安放在堅硬圍巖上。

4.2.10 鋼筋網施工

鋼筋網為Φ8鋼筋，網格間距150×150mm。鋼筋網在加工廠加工制作成1.2m×2m的網片，施工時運至工作面進行安裝。鋼筋網在初噴砼后與鋼架同時安設，鋼筋網加工制作及安裝時應注意：

①鋼筋加工時要進行調直，除銹、去油污、確保鋼筋質量要求；

②鋪設鋼筋網前，先噴射3～5cm厚的C25砼；

③鋼筋網鋪設時，應隨砼初噴面起伏敷設，并與噴砼面接觸緊密；

④鋼筋網片之間須搭設長度不小于15cm，并與鋼架或錨桿焊接在一起。

4.2.11 中空錨桿施工

中空錨桿型號為Φ25*7mm，錨桿長度3.5m，環縱向間距1.2*1m，梅花形布置。endprint

①安裝前檢查工作。

錨桿原材料型號、規格、品種以及錨桿各部件質量和技術性能應符合設計要求；

錨桿孔位、孔徑、孔深及布置形式應符合設計要求；

孔內積水和巖粉應吹洗干凈。

②錨桿施工工藝流程。

鉆孔→清孔→插入錨桿→安裝止漿塞→注漿。

③鉆錨桿孔前，應根據設計要求和圍巖情況，定出孔位，做出標記。錨桿孔距允許偏差宜±100mm?？咨钤试S偏差宜+100mm；在Ⅳ級圍巖及特殊地質圍巖中開挖隧道，應先噴混凝土，再安裝錨桿，并應在錨桿孔鉆完后及時安裝錨桿桿體。錨桿尾端的托板應緊跟壁面，接觸部位必須貼緊。錨桿桿體露出巖面的長度不應大于噴射混凝土的厚度。鉆孔方向宜與巖層主要結構面垂直、孔鉆好后用高壓水將孔眼沖洗干凈，并用塞子塞緊孔口，以防止渣土掉入鉆孔。桿體插入孔內長度不應小于設計規定的95%。錨桿安裝后，不得隨意敲擊。

4.2.12 小導管施工

開挖前首先施作超前小導管注漿支護，在開挖輪廓線拱部范圍，按環向間距0.4m，以10°-15°仰角施作？準42長4.5m的超前注漿小導管。鋼管壁厚3.5mm，前端加工成25°～30°的錐形，端頭花管長約2～2.5m，管壁四周鉆四排直徑10mm壓漿孔。

施工時，將注漿嘴接入鋼管，向管內注漿，開始采用0.5MPa的壓力注漿，當壓力達到1.0MPa時，暫停注漿，等幾分鐘待壓力降至0.4MPa時，再繼續注漿。

4.2.13 噴射混凝土施工

本工程采用濕噴噴射工藝。濕噴是將骨料、水泥和水按設計配合比拌合均勻，用濕噴射機壓送到噴頭處，再在噴頭上添加速凝劑后噴出。

①打開速凝劑輔助風→緩慢打開主風閥→啟動速凝劑計量泵、主電機、振動器→向料斗加混凝土。

②開機后注意觀察風壓，起始風壓達到0.5MPa，才能開始操作，并據噴嘴出料情況調整風壓。一般工作風壓：邊墻0.3～0.5MPa，拱部0.4～0.65MPa。

③噴嘴與受噴面盡量垂直，兩者的距離一般為0.6～1.2m，對掛有鋼筋網的受噴面，噴嘴略傾斜，距離也相應減少。

④噴嘴均勻地按螺旋軌跡，分區段（一般不超過6米），自下而上，一圈壓半圈，緩慢移動，每圈直徑約20cm。若受噴面不平，先噴凹坑找平。

4.2.14 背后注漿管的安設

初支背后采用1：1水泥漿二次壓漿，注漿管采用？準42、δ=3.25mm、L=0.35m普通焊接鋼管，注漿孔沿拱部及邊墻布設，環向間距：拱部邊墻1.5m，縱向間距1m，梅花形布置，也可根據實際情況對位移變化較大處或滲漏水處加密布設，回填注漿管外露噴射混凝土15cm，回填注漿管外露部分在注漿前不得隨意割除。

注漿孔沿起拱線環向間距1.5m，側墻環向間距1.5m，縱向間距1m。注漿深度為初支背后0.5m，注漿終壓0.5MPa，初支背后注漿采用水泥漿，其配合比為：水灰比=1.0。

4.2.15 地下滲水處理方法

在遇到突水、地下滲水較豐富地段或進洞馬頭門漏水嚴重處，采取注漿堵水措施。采用徑向補充注漿方式進行止水加固。

4.2.15.1 注漿方法

注漿管采用Ф42*3.5mm的鋼花管，打設深度2m；注漿漿液采用水泥水玻璃雙液漿，注漿壓力為1.5～2MPa。

滴水及線狀滲水：在距滲水點700mm處打設4個注漿孔，在滲水點位置打設一個注漿孔。

大面積滲水：在滲水范圍邊緣打設注漿孔，注漿孔間距1000mm。在滲水范圍內打設注漿孔，孔間距700mm，梅花形布設。

鉆孔深度控制在2m，保證鉆孔進入初支背后巖體，便于注漿漿液在初支背后形成止水帷幕。

鋼花管采用Φ42*3.5mm的鋼花管，長度2m，鋼花管上鉆注漿孔，孔徑10～16mm，孔間距15cm，呈梅花形布置，尾部留不鉆孔的止漿段15cm。

注漿漿液采用水泥水玻璃雙液漿，其中水灰質量比為1：1，水泥漿與水玻璃體積比1：0.5。

注漿順序：從外至內注漿施工，在最外側形成止水帷幕，防止滲水范圍注漿過程中地下水從外側流出。

注漿壓力：由于地下水具備壓力，需要高壓注漿進行封堵。壓力范圍為1.5～2MPa。

4.2.15.2 控制要點

①漿液配合比：水灰質量比為1：1，水泥漿與水玻璃體積比1：0.5。

②注漿順序：從外至內注漿施工，在最外側形成止水帷幕，防止滲水范圍注漿過程中地下水從外側流出。

③注漿壓力：壓力范圍為1.5～2MPa。

4.2.15.3 注意事項

①漿液配合比：水灰質量比為1：1，水泥漿與水玻璃體積比1：0.5。保證止水效果。

②注漿順序：從外至內注漿施工，在最外側形成止水帷幕，防止滲水范圍注漿過程中地下水從外側流出。

③注漿壓力：壓力范圍為1.5～2MPa。避免發生壓力過大對結構產生影響，壓力過小無法達到止水效果的作用。

5 應用實例

青島地鐵1號線瑞金路為地下雙層島式車站，總長，主體總長215.35m，主體標準段開挖總寬度20.2m，總高度18.12m，大拱腳拱部初期支護厚度350mm，覆土厚度15.0～15.9m，本站設有2個出入口，2個風道。主體采用拱蓋法施工。

參考文獻：

[1]GB50299-1999，地下鐵道工程施工及驗收規范[S].

[2]大型起重機械安全管理規定[1992].

[3]建筑施工特種作業人員管理規定[2008].

[4]JGJ59-2011，建筑施工安全檢查標準[S].endprint