復雜環境下拱蓋法施工地鐵車站的關鍵技術要點

姚文龍

（中鐵十六局集團有限公司，山東 聊城 252500）

0 引言

隨著我國社會經濟的迅速發展，公共交通日漸發達，地鐵在大多數城市已經成為人民出行的必要工具。隨著地鐵線的增多，地鐵及其沿線車站的修建也成為相關工程中亟待解決的難題。馮朝輝[1]就地鐵暗挖車站豎井及橫通道的轉換進行一系列的討論，改良了轉車站的部分主體結構；吳純保[2]就暗挖環境下車站豎井與橫通道施工進行分析，得出馬頭門是作業關鍵；孫強[3]以長春地鐵五號線為例，分析暗挖破除馬頭門風險，并提出了合理的施工方法。本文以廣州市地鐵十號線天河路車站為例，分析在復雜條件下暗挖拱蓋法車站的關鍵工序及其中的技術要點，為后續暗挖拱蓋法開挖地鐵車站積累寶貴經驗。

1 工程概述

1.1 工程概況

天河路站隸屬于廣州市地鐵十號線的第1個車站，地處廣州天河區，敷設于天河路路面下（路面標高10.34～11.49 m），線路沿東西方向設置，天河路站為地下兩層島式車站，采用拱蓋法大斷面暗挖形式。車站共設置3個出入口、2組矮風亭、2條換乘通道。車站總長度為251.7 m，站臺寬15.4 m，標準段寬24.8 m，有效站臺長120 m。設計兩條換乘通道與廣州一、三號線進行換乘。天河路站主體導洞平面位置分布如圖1所示。

圖1 天河路站主體導洞位置示意圖

1.2 工程地質、水文地質條件

根據詳勘報告，天河路站的導洞范圍工程地層主要是強、中、微風化的礫巖、泥質粉砂巖、中風化礫巖、粉砂巖，與之相連的橫通道隧道洞身穿越地層主要為中、微風化礫巖和微風化泥質粉砂巖。

天河路地鐵站周邊無地表水系，主要地下水為孔隙水和基巖裂隙水。基巖裂隙水水頭高度為7.50～8.00 m，承壓水水位埋深3.20～3.90 m（高程為7.16～7.26m）。

2 主要工程問題

2.1 巖土條件

根據現場詳勘得知，天河路地鐵站主要影響后期施工的特殊性巖土主要有人工填土、風化巖和殘積土。其中，人工填土層主要為素填土。土層具有孔隙率大、透水性強、地基承載力低等特點，不宜作擬建（構）筑物的持力層，易造成局部基坑坍塌[4]；由于本層局部含有建筑垃圾及大體積填石，因此對圍護結構成槽、成樁有一定的影響。

風化巖巖性主要為碎屑巖，巖性主要有礫巖和粉砂巖，其全風化層水理性質差，遇水后工程性能急劇下降。中、微風化基巖層局部存在節理裂隙發育，巖芯強度偏低。設計、施工時應充分考慮局部可能出現的沉降差。

殘積土工程性質較好，但水理性質差。在車站出入口基坑和豎井工程的明挖施工過程中，基坑積水會使該層軟化，甚至崩解，導致其承載能力下降，工程性能變差。在基坑開挖達到既定深度后，盡量減少對原狀土的擾動，同時其對車站豎井工程的施工影響[5]較小，但對出入口位置處的施工有一定影響。

2.2 周邊環境

天河路地鐵站部分出入口分布在天河路的北側，為體育中心用地范圍，暗挖部分緊鄰時尚天河地下購物廣場，其中A號風亭組和出入口（含1#豎井）位置西側為既有軌道交通3號線支線及其集中冷站，3#豎井西側為既有軌道交通APM線體育中心南站主體結構。車站南側為天河路，人、車流量大且道路下方埋設有較多重要地下管線。其中，A號風亭組和出入口（含1#豎井）距離時尚天河地下購物廣場基坑約2.0 m，3#豎井距離既有軌道交通APM線體育中心南站約2.1 m。其中暗挖主體結構周邊建（構）筑物如圖2所示。

圖2 天河路暗挖主體結構周邊建（構）筑物分布圖

由于天河地鐵站主體部分采用暗挖拱蓋法進行施工，而加之周邊環境復雜，包含多個重要建筑、多條管線和已建地鐵線，因此在進行車站主體施工時，如何做好降水[6]和支護措施，減少對周邊建（構）筑物的一系列影響，尤其是不均勻沉降[7]的問題，防止對既有軌道交通結構的破環，特別是線路的交叉部分，這些都是本工程中從設計到施工需要考慮并且提出合理且有效解決方法的問題。

3 關鍵技術施工

3.1 馬頭門施工

馬頭門作為橫通道與車站導洞的連接部分，是一個力學特性復雜的結構，需要在施工過程中確保結構穩定性使地表沉降在可控范圍內，也要保證貫穿時結構內力平衡。

在馬頭門施工時，先沿導洞格柵輪廓逐步鑿出導洞施工空間，連立3榀格柵鋼架，格柵與豎井掛網鋼筋焊接，噴射混凝土填密格柵與地層之間間隙后，再鑿除開挖范圍內剩余巖土層，進洞開挖。

故采取以下措施保證馬頭門結構安全及穩定。

（1）結構上加強處理：開挖馬頭門前須做地層加固及豎井支護工作以確保施工安全。在橫通道收斂變形后進行馬頭門的破除工作，且該過程應分層分部進行，破除前須進行導管超前支護，破除完后連立三榀導洞柵鋼架，作為初支。在馬頭門開鑿中，通道第一榀格柵、掛網鋼筋與豎井更格柵連接為整體，共同組成受力結構。

（2）進行超前支護加固馬頭門圍巖：設超前小導管并加之注漿加固地層于馬頭門斷面拱部處。

（3）細化開口施工，實行環行開挖，達到快速封閉效果：在馬頭門破口時，分塊破口施工，分次破除結構，分塊掘進，并迅速封閉塊內初期支護，上、下臺階的破口施工要間隔一定距離，防止馬頭門部位結構失穩。按照規范及施組要求嚴格施工，直至全部破除在開挖面內的結構，整個馬頭門破口施工完成，轉入正常施工。

詳細的馬頭門破除工序如圖3所示。

圖3 天河路暗挖主體結構周邊建（構）筑物分布圖

具體施工順序為測量導洞輪廓線并進行放樣；對上臺階橫通道格柵初支進行破除，并架設格柵拱架，通過焊接和橫通道側壁格柵牢固搭接，將3榀格柵緊密排布在進洞口；當上臺階進尺為3～5 m時，拆除導洞下部橫通道格柵支護初襯，同時架設格柵拱架，通過焊接和橫通道格柵牢固搭接。

3.2 堵頭墻施工

堵頭墻部分屬于車站與區間之間的過渡段[8]，由于其斷面變化大、受力情況較復雜、施工工序冗雜，所以堵頭墻作業屬于一個薄弱的施工環節。

天河路站的堵頭墻采用厚度為300 mm、保護層為35 mm的“加強注漿錨管+雙層鋼筋網+格柵鋼架+C25噴射混凝土”的方式以支護初襯，其中使用φ22@500 mm鋼筋作為格柵鋼架的連接件。

具體的施工流程如下：施工作業到達堵頭墻時先按照設計布置錨桿，要求水平方向設置3根，豎向同格柵間距一致，交錯鋪設，長度為3 m，水平傾角設為5°～10°，掛以Ф6.5@150×150 mm的鋼筋網片，并初噴層厚40 mm的混凝土砂漿封閉導洞掌子面；再進行格柵鋼架搭接，采用φ20鋼筋對格柵加以連接，間距為500 mm，外圍格柵處置相同；完成后，掛以Ф6.5@150×150 mm鋼筋網片于格柵內側，并通過焊接與格柵鋼架、連接筋牢固連接且噴射C25速凝混凝土對掌子面進行二次封閉。待混凝土終凝后用1∶1水泥-水玻璃漿液或固砂劑漿液對錨桿注漿以加固土體。

3.3 超前小導管施工

在隧道工程中注漿小導管超前支護的使用能夠提升其圍巖的承載力與強度，從而提高巖體抗性，使圍巖結構的受力穩定性得到改善，進而避免出現各種施工安全問題，如冒頂、塌方、突水、突泥等[9]。

天河路站中超前小導管預支護范圍為拱頂中心線兩端各60°合120°。通過使用鉆機將小導管頂入圍巖體中，嚴格按照設計依次進行鋪設。小導管為規格Ф42 mm，壁厚3.5 mm的熱軋無縫鋼管，長3.0 m，環向間距0.3 m，小導管安插兩排，第一排傾角為30°，第二排傾角為10°，兩排的縱向間隔1.5 m，最后注入漿液以固封。超前小導管注漿支護施工工藝流程如圖4所示。

圖4 超前小導管注漿支護施工工藝圖

3.4 超前大管棚施工

天河路站管棚施工流程：利用Ф127 mm的鉆頭布設鉆孔以便安裝管棚，鉆孔完成后必須保持孔內清潔。

大管棚長度為10～80 m，由直徑為Ф108 mm、壁厚6 mm的短節熱軋無縫鋼管連接組成，管棚應預先加工，頭部10 cm須削尖，并在管壁上打鉆形成注漿孔，按照要求注漿孔成梅花式分布，尾端保留足夠長距離不鉆孔以止漿，鋼花管加工。示意圖如圖5所示，可在管中增設鋼筋籠提高其強度，加工完成后即可安裝入鉆孔內，注漿前應保持管棚內清潔。

圖5 鋼花管加工示意圖 （單位：mm）

上述工作完成后，需對管棚進行壓水實驗符合要求后方可注漿，為便于后續施工開挖，注漿漿液中可適當添加早強劑，建議水灰比為1∶1。根據圍巖條件保持注漿壓力在0.5～2.0 MPa，以注漿壓力達到1.0 MPa左右并穩定3 min且注漿流量計顯示注漿量較小作為結束注漿工作的標準。完成注漿工作后充填M7.5水泥砂漿與鋼管中，從而提高管棚的強度。

4 監測要求及布置

天河路地鐵站施工監測為確保工程的順利進行，以地表沉降、拱頂下沉拱底、豎向位移、凈空收斂、支護結構軸力等作為監測指標，且以監測頻率和變形速率作為主要報警值，必須嚴格把關并要求各個監測指標在控制值范圍內，通過實時監測，及時分析處理，起到修正設計、指導施工的作用，以確保隧道的成功建設。

詳細布置：綜合天河路站的因素（如工程性質、地質條件、設計要求、施工特點等）確定監測點類型和數量；針對工程中不利位置（斷面）和先施工部位要做好監測；監測點的埋設須選取合適位置，既能實現有效監測，也不影響整體施工。具體的現場監測點平面布局如圖6所示。

圖6 監測平面布置圖

5 結語

拱蓋法施工地鐵車站的建設其中以馬頭門施工，超前小導管注漿施工和超前大管棚施工等施工為關鍵，其過程會影響地層強度的變化，可能會出現掌子面破裂滑移、塌方塌陷、涌水等風險事故，同時由于周遭環境構（建）筑物眾多且基礎結構復雜，在此過程中極易受到影響，使原有結構遭到破壞。因此，通過對相應關鍵施工工藝工序的研究發現，要便于隨時調整把控施工各個階段技術，以確保工程的有序進行，實現天河路站的順利建成，不僅在設計和制作上需滿足結構部件的穩定，并且要通過超前預測，實時監測相結合的方法對整個施工過程進行嚴格把控，對監測數據及時整理分析，對現場的施工過程進行及時且合理的反饋。