超小凈距特大斷面地鐵車站施工關鍵技術

許偉書 劉 平

（中鐵二十四局集團有限公司，200071，上海∥第一作者，教授級高級工程師）

隨著城市軌道交通建設步伐的加快，地質條件復雜、施工環境敏感、建筑結構新穎的城市軌道交通工程不斷涌現，按傳統施工方法難以順利完成，必須加強技術創新、改進工藝工法，以保障工程建設順利進行。

1 工程概述

重慶軌道交通6號線一期禮嘉車站為暗挖車站，原設計為單洞雙線車站、無換乘，后變更設計為地下二層雙洞4線暗挖車站，實現4線同站臺換乘，成為特大斷面超小凈距的大跨度隧道。禮嘉車站工程分為車站左線和車站右線，左右線平行布置。其中，車站左線全長196.63 m，右線全長195.00 m，左右洞間凈巖柱寬為6.5～6.9 m；雙洞最大開挖寬度為68 m，最大開挖高度為18.5 m，最大開挖斷面積達到了856 m2，堪比兩個標準籃球場的面積，是國內罕見的特大斷面地鐵隧道（見圖1、圖2）。

禮嘉車站站前區間與車站聯絡段（渡線段）為明挖深基坑施工，結構施工完畢后再填土掩埋。基坑長74.6 m、寬53 m、深10～26 m，邊坡表層為松渣，覆土下為砂質泥巖，邊坡穩定性極差，存在發生局部滑坡危險。經研究，地表采用φ 76 mm鋼花管注漿固結，開挖前施作φ 108 mm超前大管棚，以確保進洞安全及車站進口端邊仰坡的上覆填土層在受爆破震動的影響下能夠保持穩定。

圖2 禮嘉車站開挖斷面示意圖

禮嘉車站站后區間隧道4條線路同時下穿渝合高速公路，隧道埋深4.13 m。通過定向鉆進導向儀測定角度，施作φ108 mm超前大管棚，并采用科學的施工方法，將高速公路路面沉降值控制在允許范圍內，保證了高速公路的行車安全。

禮嘉車站為雙島4線、雙層雙拱結構（見圖3），車站左右線站廳層之間采用通道連接。地表出露的地層較簡單，由第四系全新統松散土層和侏羅系中統沙溪廟組泥巖、砂巖組成。地質構造上屬沙坪壩背斜西翼，隧道走向與巖層走向趨于一致，呈17°斜交。禮嘉車站地質縱斷面示意圖見圖4。車站起點端33 m范圍內拱頂上方均為回填土。該車站開挖斷面大，屬淺埋超小凈距特大斷面隧道，開挖風險高、施工難度大，必須開展技術攻關。

圖3 禮嘉車站隧道斷面示意圖

圖4 禮嘉車站地質縱斷面示意圖

2 關鍵施工技術研究

在淺埋軟弱圍巖以及地表沉降控制嚴格的工程中常使用雙側壁導坑法。該方法的優點是每個開挖斷面分塊能夠及時閉合成環，可有效控制沉降，安全可靠；缺點是開挖斷面分塊多，開挖面小，不利于大型機械作業，施工進度慢，成本較高。

重慶軌道交通6號線禮嘉車站單洞跨度為23.5 m，最小凈距為6.5 m。根據本工程的特點，為了確保施工安全、加快施工進度，經反復研究比選，決定優化施工方案，采用中巖柱單邊落底法進行施工，并對中間巖柱采取必要的加固和輔助措施。

2.1 車站主體施工步驟及方法

如圖5所示，中巖柱單邊落底法主要開挖步序為：①1部開挖及初支；②2部開挖及初支；③3部開挖及初支；④4部開挖及初支；⑤5部中支柱澆注；⑥6部中支柱澆注；⑦7部開挖及初支；⑧8部開挖及初支；⑨9部開挖及初支；⑩10部開挖及初支；11○11部開挖及初支；12○12部開挖及初支；13○13部開挖及初支；14○14 部開挖及初支；15○15 部開挖及初支；16○16部開挖及初支；17○17部開挖及初支；18○18部開挖及初支；19○19 部拆除中柱；20○20 部拆除中柱；21○21部開挖；22○22 部開挖；23○23 部開挖；24○24 部開挖；25○25部仰拱開挖及初支；26○26部仰拱開挖及初支。

圖5 車站主體開挖步序圖

禮嘉車站左右線隧道洞門處于堆積土邊坡下，施工時地勘資料對堆積土層長寬厚不詳。現場根據管棚施工取得的資料，管棚里程YDK34+764.6—YDK34+776.093段基本屬于廢棄泥土、含水飽和，進洞難度大。采取人工配合機械開挖，并加強支護措施。格柵鋼架間距標準和錨桿長度應滿足設計要求并錨固牢固。從YDK34+776.093襯砌斷面開始，進入洞內圍巖條件滿足中巖柱單邊落底施工法后，即進洞15 m后開始在頂部留巖柱，設臨時支撐、支護。待全斷面完成開挖及支護后，二次襯砌施工接近巖柱10～20 m時采取靜態爆破、人工配合機械開挖巖柱，然后及時進行初期支護，及早施作二次襯砌，實現“快挖、快支、快封閉”。

中巖柱留置滿足出渣運輸要求即可，開挖臺車應根據斷面尺寸作及時調整和修改。臺車制作滿足有關安全要求。每個側壁導坑分三臺階開挖，每兩臺階之間距離為上層開挖高度的1.0～1.5倍，相同層左右兩側壁之間錯開20 m以上。第一層開挖采用非電毫秒雷管微差不對稱控制爆破，第二、三層開挖采用松動爆破結合控制爆破的作業方法。循環進尺不超過1 m，與鋼支撐間距相匹配。

2.2 中巖柱單邊落地法隧道施工關鍵參數分析

按該隧道相應里程的對應斷面建立有限元模型，選取車站的標準型斷面進行模擬計算，單洞跨度為 23.5 m、高 18.6 m，x（縱向）、y（橫向）、z（豎向）三維尺寸分別為173.1 m、72.5 m、90.0 m。隧道模型尺寸與模型單元劃分如圖6所示，圍巖采用三維實體單元，隧道襯砌采用三維實體元模擬，隧道初期支護采用三維實體單元模擬，隧道二次襯砌采用三維實體元模擬，計算模型包括112 747個節點與105 720個單元網格。

圖6 網格劃分

表1給出了隧道開挖不同步序時，拱頂位移的仿真數據變化。通過分析數據發現，隧道開挖各步序中，在開挖1部時，位移變化最明顯，拱頂位移達到了最終位移的49%左右，這時的位移變化是很明顯的，所以開挖后應給予及時的支護。第1部開挖完成后，在第2部開挖時，位移變化也很大，變化增量為26%左右。由此可見，在1、2部開挖時，位移變化是重點，兩部開挖完成后，位移達到了最終位移的76%。所以，在施工過程中，由于上部的開挖面大、跨度大，因此開挖時變形也明顯，故施工時應配合施工監測，采取相應的支護及加固措施對圍巖變形進行控制。中巖柱的拆除即施工中的第19部，施工完成后位移變化了5.5%左右，變化比較明顯，說明這也是施工的重點，實際施工時應特別關注。相鄰隧道開挖后，先行隧道的位移增加到-26 mm，增加了12 mm左右，這表明相鄰隧道開挖也會對已開挖隧道造成影響。

表1 隧道拱頂位移數據

通過仿真計算數據由表2可以看出，隨著中巖柱寬度的增加，最大豎向位移在增大，但是增加程度并不很明顯。對應力進行分析，最大主應力維持在-2.0×105Pa左右，而最小主應力維持在-5.0×105Pa；隨著中巖柱寬度增加，應力在數值上變化不大，但是就分布上看來，分布越來越均勻，安全系數都有改善。所以綜合起來看，隨著中巖柱寬度增加，結構上隧道相對穩定，在不影響施工條件的情況下，增加中巖柱的寬度可以增加隧道的安全性，但寬度過大也會給其他工序帶來不必要的影響。總之，中巖柱寬度采用1.5 m及以上是能滿足要求的。

表2 不同寬度的中巖柱應力

通過仿真計算數據由表3可以看出，相鄰隧道施工對先行隧道是有很大影響的，會引起應力重分布。在不同縱向開挖間距的條件下，后行隧道的開挖時間對先行隧道有比較明顯的影響。通過總結可以發現，在后行隧道保持縱距越大的條件下，對先行隧道無論是在豎向位移還是在應力或者塑性區大小上的影響就越小；同樣也可以看出，在縱距達到20 m以上時對先行隧道的影響已經不太大，因此采取20 m以上的縱距是合理的。

表3 相鄰隧道不同施工縱距的影響比較

3 結語

依托重慶地鐵禮嘉地下二層雙洞4線雙島暗挖車站施工，組織技術攻關，對層狀巖層、大斷面、超小凈距、多交叉口隧道進行了研究，在仿真分析大斷面小凈距隧道施工力學效應及穩定性的基礎上，通過對小凈距隧道的研究，決定采用中巖柱單邊落底法施工大斷面隧道。施工實踐表明，該方法成功解決了淺埋特大斷面超小凈距地鐵車站隧道施工的技術難題。重慶軌道交通6號線已于2012年投入運營。

參考文獻

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