上軟下硬地層中雙側壁導坑法中隔壁改進研究*

朱丹暉，李東陽，李 夢

(1.中鐵工程設計咨詢集團有限公司，山東 濟南 250022； 2.中國礦業大學(北京)力學與建筑工程學院，北京 100083；3.人民交通出版社股份有限公司，北京 100011)

0 引言

本文基于青島地區上軟下硬地層的特點，提出對上軟下硬地層地鐵車站雙側壁導坑法中隔壁的改進，以求達到減少工序轉換、降低支撐費用的目的。同時，通過工程現場監測驗證改進工法的優勢。

1 改進方法

目前雙側壁導坑法施工步驟(見圖1)：①將斷面分為若干個導坑，各側壁導坑開挖后方可進行下一步開挖，地質條件差時，每個臺階底部均應按設計要求設臨時鋼架或臨時仰拱；②各部開挖時，周邊輪廓應盡量圓順；③應在先開挖側噴射混凝土強度達到設計要求后再進行另一側開挖；④左、右兩側導坑開挖工作面的縱向間距宜為10～15m；⑤當開挖形成全斷面時應及時完成全斷面初期支護閉合；⑥中隔壁及臨時支撐應在澆筑二次襯砌時逐段拆除。

圖1 雙側壁導坑法開挖示意

因中隔壁及臨時支撐在施作二次襯砌前需要分段拆除，各導洞開挖工期交錯，各導洞單獨施作二襯造成不能及時封閉二襯，中間導洞開挖過程中需施加臨時橫撐，造成施工工序轉換頻繁，各種施工機具搬運調動較多，極大地影響了工程進度。

因此，基于青島地區地鐵上軟下硬地層的特點，提出適合于該種地層條件下地鐵車站雙側壁導坑法中隔壁的改進方法及其對應的支護設計方法(以下簡稱“改進雙側壁導坑法”)，如圖2所示。

圖2 中隔壁的改進方法及支護設計

改進后的雙側壁導坑法最突出的優點就是取消了臨時橫撐，這既減少了施作臨時鋼支撐的施工工序，又沒有了后期的拆除工作。同時，將原來的9個小施工分區簡化為6個，減少了施工工序轉換，增加了前期開挖工作面，縮短了常規做法所需工期，節約了大型機械設備及周轉工具租賃費和項目管理費用。

2 工程應用實例

2.1 工程概況

青島地鐵2號線汽車東站主要位于遼陽東路，跨越深圳路，車站結構范圍內基本無建筑；地貌為剝蝕殘丘，地面標高43.770～51.820m，地形稍有起伏，整體呈從西向東緩傾。開挖范圍內地層主要為強、中、微風化花崗巖，強風化帶厚度不大，見煌斑巖、細粒花崗巖脈。地下水補給條件較差，地下水較貧乏。

本改進方法首先在青島地鐵2號線汽車東站應用。按GB 50307—2012《城市軌道交通巖土工程勘察規范》確定工程重要性等級為一級，場地復雜程度為中等復雜場地，工程周邊環境風險等級為二級。車站主體結構暗挖段襯砌斷面設計如圖3所示。施工過程按圖2所示步驟進行。

2.2 監測方案與結果

由于隧道工程的特殊性、復雜性和隧道圍巖的不確定性，對隧道圍巖的支護結構進行變形監測是保證施工安全必不可少的手段。為檢驗改進工法的施工安全性，對施工過程中地表沉降、拱頂沉降、凈空收斂變化數據進行分析。現場監測項目和具體要求如表1所示，測點布置平面如圖4所示。

2.2.1地表沉降變化規律分析

根據監測點布置圖，取1號風道斷面A—A和開挖斷面B—B上的測點，將各測點每月20日的沉降數據繪制成曲線，如圖5所示。

圖5 地表監測點沉降曲線

由圖5a可看出，在車站開挖施工初期(2014年7—9月)，風道A—A斷面地表監測點的沉降變化較小，最大累計變化量為-8.63mm。2014年10月，各監測點沉降值有了較明顯增大，最大累計變化量為-14.01mm。2014年11月至2015年2月，各監測點沉降有所波動，最大累計變化量為-17.34mm。2015年3月，各監測點沉降有所減小，最大沉降量減小至-13.29mm。之后，隨著隧道開挖距離的增大，各監測點沉降值呈現逐步增大趨勢，到2016年8月，最大沉降量增大至-38.01mm。

由圖5b可看出，開挖斷面B—B地表監測點沉降隨著施工進度逐步平穩增大，到2016年3月，最大沉降量增大至-26.22mm。

整體來看，在隧道施工全過程，地表沉降變化平穩，最大沉降量未超過警戒值，說明改進工法能較好地控制地表沉降，保證工程安全。

2.2.2拱頂沉降變化規律分析

根據監測點布置圖，取1號風道斷面C—C上的測點，將各拱頂監測點每月20日的沉降數據繪制成曲線，如圖6所示。由圖中可看出，2014年7—10月，拱頂監測點沉降不斷增大，最大值達-8.35mm。2014年11月至2015年5月，拱頂沉降波動較明顯，最大值為-10.5mm。2015年6月至2016年5月，拱頂沉降變化不大，最大值為-11.49mm。之后，拱頂沉降迅速增大，到2016年8月，最大值達-18.61mm。總體來看，本車站施工全過程中拱頂沉降較小，說明改進工法能很好地控制圍巖變形，保證隧道結構安全。

圖6 風道C—C斷面拱頂監測點沉降曲線

2.2.3凈空收斂變化規律分析

選取有代表性的凈空收斂監測點，將各監測點每月20日的監測數據繪制成曲線，如圖7所示。由圖中可看出，2014年7月至2016年3月，凈空收斂在不斷波動，最大值為-8.33mm。之后，凈空收斂不斷增大，到2016年8月，最大值增大至-17.76mm。總體來看，凈空收斂值較小，再次說明改進工法的施工優越性。

圖7 凈空收斂監測點數據變化曲線

3 結語

1)改進雙側壁導坑法對中隔壁進行了優化，使中隔壁落于下部堅硬巖層上，并打設鎖腳錨桿，下部巖體采用放坡開挖，并保留巖肩以支撐中隔壁受力穩定。通過這種改進，導坑數量由常規工法的9個減少到6個，簡化了施工步驟，減少了工序轉換，縮短了工期。同時，實現了“以錨代撐”，減少了支撐使用量，降低了工程造價。

2)施工監測數據顯示，在開挖全過程，地表沉降逐步增大，最大值為-38.01mm；拱頂沉降最大值僅為-18.61mm；凈空收斂最大值僅為-17.76mm。監測數據均未超過施工警戒值，施工過程安全、有序。可看出，改進工法在工程中的應用效果良好，可很好地控制地表沉降和圍巖變形，因此適用于上軟下硬地層的地鐵隧道開挖。