市政工程超大斷面隧道雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工的改進(jìn)探索

宋濤

摘要： 修建超大斷面隧道需要先進(jìn)的開(kāi)挖方法，再加上各個(gè)地區(qū)的自然條件存在很大差別，國(guó)家在這一方面的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)規(guī)范所起到的參考作用相當(dāng)有限，尤其是在復(fù)雜的周邊環(huán)境下修筑超大斷面隧道的難度更大，所以在建設(shè)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)很多問(wèn)題，比如地面下沉開(kāi)裂、既有構(gòu)筑物變形等，這些問(wèn)題會(huì)帶來(lái)很大的安全隱患。為了加速我們國(guó)家城市道路發(fā)展建設(shè)，超大斷面隧道的施工方法已經(jīng)成為了熱門的研究課題。本文主要是通過(guò)對(duì)“重慶軌道交通6號(hào)線”五路口地下車站的研究和各項(xiàng)數(shù)據(jù)分析，提出合理的超大斷面隧道開(kāi)挖方法。

Abstract： The construction of large cross-section tunnels requires advanced excavation methods. In addition， there are great differences in the natural conditions of various regions. The reference role of the relevant national standards and technical specifications in this area is quite limited. Especially in the complex surrounding environment， the construction of large cross section tunnels is more difficult. Therefore， many problems will arise in the construction process， such as ground subsidence and cracking， and deformation of existing structures. These problems will bring great security risks. In order to accelerate the development and construction of urban roads in China， the construction method of super-large cross-section tunnels has become a hot research topic. This paper mainly analyzes the research and data of the underground station at the Fifth Intersection of Chongqing Rail Transit Line 6， and puts forward a reasonable tunneling method for oversized tunnels.

關(guān)鍵詞： 超大斷面隧道；開(kāi)裂；地下車站；開(kāi)挖方法

Key words： super large section tunnel；cracking；underground station；excavation method

中圖分類號(hào)：U455.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）17-0137-02

0 引言

隨著國(guó)家的經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)取得了巨大的進(jìn)步，特別是在道路建設(shè)上和交通運(yùn)輸設(shè)計(jì)上，已經(jīng)改變了交通對(duì)于經(jīng)濟(jì)發(fā)展的限制。在大中型城市，主要的交通方式是依靠地鐵或者是輕軌，但是地鐵和輕軌的大部分運(yùn)行區(qū)間都是在地下的，這些都是交通工程建設(shè)中不可避免的情形。尤其是地下超大斷面空間的開(kāi)挖，是對(duì)現(xiàn)在使用的工程技術(shù)一個(gè)很大的考驗(yàn)。國(guó)外城市交通發(fā)展領(lǐng)先于我們國(guó)家，比如一些歐美國(guó)家已經(jīng)建成很大一批大斷面隧道，為了減輕工程的難度，保證工程的質(zhì)量現(xiàn)在正在向大斷面扁平方向研究。現(xiàn)在我們國(guó)家擁有地鐵線路的都是一線城市或者是二線城市，城市人口比較多，城市發(fā)展也比較快，所以如何處理在地鐵修建過(guò)程中的大斷面問(wèn)題也是目前國(guó)內(nèi)研究的重點(diǎn)。重慶是一個(gè)四面環(huán)山的地區(qū)，軌道交通結(jié)構(gòu)應(yīng)該有大量的地下暗挖暗挖，需要修建大量的超大斷面車站，再加上具體工程地質(zhì)條件和周邊環(huán)境的特殊性，若直接套用既有成功經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于工程整體安全性是不利的。

修建超大斷面隧道需要先進(jìn)的開(kāi)挖技術(shù)，再加上各個(gè)地區(qū)的自然條件存在很大差別，國(guó)家在這一方面的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)規(guī)范所起到的參考作用相當(dāng)有限，尤其是在復(fù)雜的周邊環(huán)境下修筑超大斷面隧道的難度更大，所以在建設(shè)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)很多問(wèn)題，比如地面下沉開(kāi)裂、既有構(gòu)筑物變形等，這些問(wèn)題會(huì)帶來(lái)很大的安全隱患。為了加速我們國(guó)家城市道路發(fā)展建設(shè)，超大斷面隧道的施工方法已經(jīng)成為了熱門的研究課題。本文主要是通過(guò)對(duì)“重慶軌道交通6號(hào)線”五路口地下車站的研究和各項(xiàng)數(shù)據(jù)分析，提出合理的開(kāi)挖超大斷面的開(kāi)挖方法。

1 工程概況及工程難點(diǎn)

1.1 工程概況

重慶市六號(hào)線二期是從北培區(qū)的中山路開(kāi)始，和老城區(qū)的步行街距離特別近。五路口地下車站是其中的關(guān)鍵工程，里程為DK60 +714.690 ～ DK60 + 920.690，共長(zhǎng)206m。車站埋深為14-16m，開(kāi)挖斷面尺寸為20.59m×18.09m，需要暗挖的面積最大達(dá)到了320平方米，按照面積劃分可以屬于超大斷面，周圍的巖石是砂質(zhì)泥巖。

1.2 工程難點(diǎn)

1.2.1 埋深淺、覆跨比小

車站埋深在14-16m之間，其跨度高達(dá)20.59m，屬于典型的淺埋、超大斷面隧道。由于車站埋深淺、斷面大、跨度大、覆跨比小，使得其在施工中很容易出現(xiàn)上覆土體失穩(wěn)造成的地面沉陷開(kāi)裂，具有較高的施工難度。

1.2.2 工程所處周邊環(huán)境差

五路口車站所處的地理位置要重點(diǎn)參考。五路口是一個(gè)比較繁華的商業(yè)街，每天都有大量的客流量，加上這里商業(yè)貿(mào)易發(fā)展比較先進(jìn)，所以地面上交通建設(shè)也比較密集，五路口周圍都是高樓建筑，存在的時(shí)間也都較長(zhǎng)了，基礎(chǔ)和主體結(jié)構(gòu)的堅(jiān)固程度相比較以前還是有待估量的，這些外部條件又增加了五路口車站的施工難度，特別是安全方面更要重點(diǎn)考慮。

1.2.3 鉆爆開(kāi)挖要求嚴(yán)

地下開(kāi)挖需要利用爆破技術(shù)，所以選取何種爆破方法要重點(diǎn)研究，爆破范圍過(guò)大會(huì)影響到周圍居民的生活安全，并且還會(huì)對(duì)周圍的建筑產(chǎn)生重大影響，因此為了減輕對(duì)于周圍居民的影響，選擇合適的爆破方式也是研究的一大難點(diǎn)。

2 施工方法的比選

2.1 傳統(tǒng)施工方法的局限性

五路口地鐵車站隧道原設(shè)計(jì)建議采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法，該方法作為一種傳統(tǒng)的施工方法在具體實(shí)施期間存在以下局限性：一是不適宜采用大型施工機(jī)械；二是施工工序繁多，不僅效率低，而且容易受到多種因素的干擾，成本較高；三是在拆除中間臨時(shí)支護(hù)時(shí)初期支護(hù)有可能會(huì)因?yàn)橥蝗恍遁d而導(dǎo)致變形，存在潛在的風(fēng)險(xiǎn)因素；四是各分部開(kāi)挖工作面施工初期支護(hù)時(shí)，由于循環(huán)銜接性差，容易相互之間形成干擾，初支不圓順，使得應(yīng)力集中，無(wú)法確保最終的質(zhì)量。

2.2 改進(jìn)的施工方法

鑒于上述傳統(tǒng)施工方法中存在的弊端，為提高施工效率，節(jié)約工程成本，應(yīng)在確保施工質(zhì)量的基礎(chǔ)上，結(jié)合五路口車站工程項(xiàng)目實(shí)際情況，提出相應(yīng)的施工方法改進(jìn)方案，具體：

方法1：這種改進(jìn)方法是將整個(gè)施工過(guò)程分為三個(gè)主要階段，參考“圖2”所示。第一階段：將上臺(tái)階完全開(kāi)挖到位（圖示第1、2部分）。第二階段：利用上臺(tái)階面設(shè)立臨時(shí)鋼架支撐，并進(jìn)行臨時(shí)噴錨封閉。第三階段：在臨時(shí)支撐對(duì)拱頂?shù)闹蜗拢凑针p側(cè)壁導(dǎo)坑的方法，逐層開(kāi)挖剩余部分，通過(guò)這種方式開(kāi)挖會(huì)減少導(dǎo)坑的數(shù)量，增大了一次的掌子面面積，同時(shí)也增大了拱頂?shù)呐R空面，每一階段挖好之后，都需要立即噴錨處理，所以需要負(fù)責(zé)修復(fù)的施工人員提高工作速度，避免安全風(fēng)險(xiǎn)。因此，在改進(jìn)方法1的基礎(chǔ)上提出了改進(jìn)方法2。

方法2：這種改進(jìn)方法是將整個(gè)施工過(guò)程分為四個(gè)主要階段，參考“圖3”所示。第一階段：將上臺(tái)階中編號(hào)1的部分開(kāi)挖到位（包含鋼支撐所占的位置）。第二階段：利用上臺(tái)階面設(shè)立臨時(shí)鋼架支撐，并進(jìn)行臨時(shí)噴錨封閉。第三階段：開(kāi)挖圖示中編號(hào)2的部分，并做臨時(shí)噴錨支護(hù)。第四階段：在臨時(shí)支撐對(duì)拱頂?shù)闹蜗拢凑针p側(cè)壁導(dǎo)坑的方法，逐層開(kāi)挖剩余部分。開(kāi)挖隧道時(shí)這種方法就將原來(lái)的雙側(cè)壁導(dǎo)坑變?yōu)榱恕芭_(tái)階臨時(shí)支撐+部分雙側(cè)壁導(dǎo)坑法”。

3 施工優(yōu)化與效果

3.1 施工優(yōu)化

為更好地控制隧道的拱頂下沉、地表沉降，同的時(shí)也本著節(jié)約投資及加快施工進(jìn)度的原則，在保證施工質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，利用臺(tái)階臨時(shí)支撐+部分雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開(kāi)挖隧道時(shí)，從多個(gè)方面入手優(yōu)化了改進(jìn)方法二。例如依據(jù)動(dòng)態(tài)監(jiān)控量測(cè)結(jié)果優(yōu)化調(diào)整施工參數(shù)，既可降低工程成本，也可以提高施工安全水平。

3.2 施工效果

①增大了一次開(kāi)挖的面積，降低爆破技術(shù)難度，使大型機(jī)械開(kāi)挖的可行性進(jìn)一步提升。“臺(tái)階臨時(shí)支撐+ 部分雙側(cè)壁導(dǎo)坑法”開(kāi)挖上臺(tái)階時(shí)，第一部分的開(kāi)挖面積相對(duì)“雙側(cè)壁導(dǎo)坑法”有很大的提高（開(kāi)挖面積增加了臨時(shí)鋼支撐部分），這不但降低了爆破的難度，還可以在出碴時(shí)采用挖掘機(jī)等大型機(jī)械施工。②臨時(shí)鋼支撐的剛性較高，可有效的減少地表沉降量。采用鋼架做臨時(shí)支撐，相對(duì)于利用土石中隔壁支撐來(lái)說(shuō)，剛度有很大的提高，施工過(guò)程中會(huì)減少落石和巖崩現(xiàn)象的發(fā)生，更明顯的效果是有更高剛性的臨時(shí)鋼支撐降低了拱頂以上地面的下沉量。③臺(tái)階臨時(shí)支撐+ 部分雙側(cè)壁導(dǎo)坑法的施工安全性較高。這主要是體現(xiàn)在后期拆除臨時(shí)支撐的施工階段，在臨時(shí)鋼支撐拆除時(shí)，可利用現(xiàn)有的應(yīng)變測(cè)量技術(shù)對(duì)鋼支撐的應(yīng)力進(jìn)行測(cè)量分析，若不在安全拆除的數(shù)據(jù)范圍，則要進(jìn)一步的做超前支護(hù)。相比較直接的拆除土石中隔壁，提供了又一層的安全防范措施。

3.3 施工效益

“臺(tái)階臨時(shí)支撐+ 部分雙側(cè)壁導(dǎo)坑法”充分繼承了雙側(cè)壁導(dǎo)坑法和臺(tái)階分部臨時(shí)支撐法各自的優(yōu)點(diǎn)，兼具兩者的優(yōu)點(diǎn)，不僅施工安全水平高，其施工速度也快。重慶地鐵6 號(hào)線五路口地鐵車站工程運(yùn)用臺(tái)階臨時(shí)支撐+ 部分雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工，節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本約620 萬(wàn)元，縮短工期105 天，經(jīng)濟(jì)效益良好。

4 結(jié)語(yǔ)

以重慶地鐵6 號(hào)線五路口地鐵車站為依托工程，運(yùn)用合理化分析的手段，開(kāi)展淺埋暗挖超大斷面地鐵車站隧道開(kāi)挖方法的研究，主要得出以下結(jié)論：①結(jié)合五路口車站工程的地質(zhì)條件和斷面特點(diǎn)，提出開(kāi)挖淺埋暗挖超大斷面地鐵車站隧道的新方法—“臺(tái)階臨時(shí)支撐+ 部分雙側(cè)壁導(dǎo)坑法”。②在總結(jié)國(guó)內(nèi)外隧道開(kāi)挖方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合具體工程實(shí)際情況，在采用該施工方法時(shí)，要依據(jù)動(dòng)態(tài)監(jiān)控量測(cè)結(jié)果對(duì)施工參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，達(dá)到提高施工安全水平、加快施工進(jìn)度和降低工程成本的目的。③新的開(kāi)挖方法運(yùn)用在淺埋暗挖超大斷面地鐵車站隧道的施工過(guò)程中，要針對(duì)工程的具體特點(diǎn)，進(jìn)一步采用大量新的施工工藝和技術(shù)保證措施，使其真正成為解決此類工程條件下隧道開(kāi)挖的較好方法。④本文取得的研究成果為設(shè)計(jì)和施工提供理論依據(jù)，豐富和完善了淺埋暗挖超大斷面隧道施工技術(shù)，并為類似工程提供借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1]孟丹，臧曉光，于廣明，等.地鐵車站開(kāi)挖引起地表沉降分析方法的對(duì)比研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2012，31（6）：001169-1177.

[2]高亮.地鐵車站開(kāi)挖引起地表沉降分析方法的對(duì)比研究[J]. 工程技術(shù)：文摘版：00074.

[3]蔣萬(wàn)軍，張慶賀，張文才.長(zhǎng)條形地鐵車站開(kāi)挖時(shí)周邊地表沉降規(guī)律及控制措施[J].建筑技術(shù)開(kāi)發(fā)，2007，34（7）：17-19.

[4]王林琳，楊修.暗挖地鐵車站開(kāi)挖引起臨近古建筑物沉降的研究[J].鐵道建筑技術(shù)，2014（4）：17-20.