層狀巖地層超大斷面暗挖車站雙層疊合初支拱蓋法施工技術(shù)

張浩然

（中鐵十八局集團(tuán)市政工程有限公司，天津 300354）

在當(dāng)前的工程環(huán)境下，國內(nèi)已經(jīng)展開了有關(guān)于拱蓋法的研究，但多數(shù)側(cè)重于初支以及二襯拱蓋法層面，對于雙層疊合初支拱蓋法的研究相對較少。對此，本文將該技術(shù)應(yīng)用于某市地鐵3號線車站工程中，實(shí)踐證明，該技術(shù)可以良好地適應(yīng)工程所在區(qū)域的層狀巖地層特性，在進(jìn)行鉆爆暗挖施工時(shí)效果良好。

1 工程概況

某市地鐵3號線車站工程中，車站總長為219.8 m，提出了447 m2的斷面開挖要求。車站設(shè)置為單拱雙層地下暗挖形式，區(qū)域內(nèi)地形條件較為復(fù)雜，涉及到各類風(fēng)化砂巖以及泥巖等結(jié)構(gòu)。隧道圍巖部分以Ⅳ級圍巖為主，基于雙層疊合初支拱蓋法施工，車站標(biāo)準(zhǔn)斷面如圖1所示。

2 雙層疊合初支拱蓋法基本原理

（1）出于提升拱蓋穩(wěn)定性的目的，需要在大拱腳下方區(qū)域設(shè)置一個(gè)縱向冠梁結(jié)構(gòu)，在其作用下可以將來自于拱蓋的上部荷載傳遞給下方的基巖結(jié)構(gòu)。

（2）考慮到大跨或多跨的影響，選定淺埋暗挖的方式對扣拱進(jìn)行開挖作業(yè)，最終完成由小跨到大跨的順利轉(zhuǎn)換。

（3）基于確保地下高邊墻圍巖穩(wěn)定性的目的，工程選用了預(yù)應(yīng)力錨索與噴錨支護(hù)相組合的方式，由此滿足地下大空間施工要求。

（4）出于控制沉降現(xiàn)象的目的，宜采用減振爆破的方式施工。

圖1 車站標(biāo)準(zhǔn)斷面（單位：mm）

3 雙層疊合初支拱蓋法施工

3.1 施工步序

本工程中采用了雙層疊合初支拱蓋法，嚴(yán)格控制單個(gè)循環(huán)的開挖進(jìn)尺，即不大于1.5 m。具體的施工步序如圖2所示。

圖2 施工步序

（1）進(jìn)行左右上導(dǎo)洞1、2的開挖作業(yè)，并隨即做好初支工作。

（2）進(jìn)行3、4的開挖作業(yè)，除初支施工外，還需要在大拱腳處設(shè)置注漿管并進(jìn)行注漿，由此形成拱蓋拱腳縱梁。

（3）對上部中導(dǎo)洞5進(jìn)行開挖，同時(shí)設(shè)置錨桿等各類支護(hù)結(jié)構(gòu)。

（4）進(jìn)行拱部中央?yún)^(qū)域的施工并采取拱蓋加強(qiáng)措施，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行中導(dǎo)洞6的開挖作業(yè)，此環(huán)節(jié)需要將臨時(shí)豎撐結(jié)構(gòu)拆除。

（5）對下半部分的7進(jìn)行開挖，兼顧面層混凝土施工。

（6）開挖作業(yè)轉(zhuǎn)移至下半部分，即進(jìn)行兩側(cè)8、9的開挖，同時(shí)應(yīng)設(shè)置側(cè)墻初支結(jié)構(gòu)。

（7）繼續(xù)開挖下部，對兩側(cè)10、11展開土體開挖，此環(huán)節(jié)也需設(shè)置側(cè)墻初支結(jié)構(gòu)。

（8）進(jìn)行下半部分12的開挖作業(yè)，并設(shè)置仰拱初支結(jié)構(gòu)。

（9）繼續(xù)進(jìn)行下半部分13、14的開挖作業(yè)，依然需要設(shè)置側(cè)墻初支結(jié)構(gòu)。

（10）在做好上述工作后開挖15、16，此時(shí)應(yīng)確保初支具有高度的封閉性。

3.2 錨噴施工

3.2.1 錨桿施工

（1）控制主體支護(hù)錨桿的規(guī)格，以φ25 mm為宜，要求拱部長度為4 m，基于梅花形方式布置。

（2）在進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)施工時(shí)，所需要的錨桿規(guī)格以φ22 mm為宜，長度應(yīng)設(shè)置為1.5 m，同樣布置為梅花形。

3.2.2 鋼筋網(wǎng)施工

控制好網(wǎng)片的規(guī)格，以φ8 mm@200 mm×200 mm為佳，對于主體部分宜設(shè)置雙層形式，對于臨時(shí)支護(hù)部分則設(shè)置為單層網(wǎng)片形式。

3.2.3 鋼支撐施工

在對主體部分進(jìn)行鋼支撐結(jié)構(gòu)安裝時(shí)，宜使用I25b型材料，而對于臨時(shí)支撐部分則使用I22a型材料。在對邊墻進(jìn)行中空錨桿安裝時(shí)，其長度為5 m且保持水平，彼此縱向間距50～75 cm。在進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)鎖腳部分施工時(shí)，需使用φ22 mm的砂漿錨桿，單件錨桿長度以1.5 m為宜，縱向間距與中空錨桿相同。

3.2.4 噴射混凝土施工

不同的部分所對應(yīng)的初支噴射參數(shù)存在差異，無論是主體還是臨時(shí)初支結(jié)構(gòu)，均需要使用強(qiáng)度為C25的混凝土，但前者厚度以33 cm為宜，后者厚度稍薄，以25 cm為宜。

3.2.5 超前小導(dǎo)管施工

關(guān)于體系轉(zhuǎn)換處的超前小導(dǎo)管，其長度以4 m為宜，而隧道部分則以3.5 m為宜，二者均需要使用規(guī)格為φ42 mm的鋼管。

3.3 拱蓋初支施工

（1）在拱蓋拱腳施工時(shí)，將拱腳設(shè)置在縱梁結(jié)構(gòu)之上?；谔嵘v向下側(cè)地基穩(wěn)定性的目的，對大拱腳下的圍巖區(qū)域進(jìn)行注漿加固處理，此環(huán)節(jié)需設(shè)置錨管以及中空錨桿兩部分，經(jīng)加固處理后應(yīng)達(dá)到中風(fēng)化巖層強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)。

（2）基于對初支與拱蓋的連接，可以使二者形成一個(gè)穩(wěn)固的整體結(jié)構(gòu)。施工時(shí)在初支中預(yù)埋規(guī)格為φ22 mm的錨固鋼筋，并采用焊接的方式將其固定在初支拱架上，確保錨入鋼筋深度至少30 cm，此外預(yù)留長度應(yīng)不小于35 cm。

（3）在進(jìn)行圖2中5的微臺階開挖施工時(shí)，應(yīng)盡可能降低對圍巖的擾動，嚴(yán)格控制單次循環(huán)進(jìn)尺，即不可超過2榀拱架。結(jié)束5的施工作業(yè)后，需要確保拱蓋及時(shí)封閉成環(huán)，在此基礎(chǔ)上方可展開圖2中6的開挖作業(yè)。

（4）因泥巖軟化指標(biāo)高，當(dāng)遇到水后極容易出現(xiàn)軟化現(xiàn)象，因此在施工中需要采取洞內(nèi)防排水措施，避免大拱腳被地下水淹沒現(xiàn)象的發(fā)生。

（5）對大拱腳內(nèi)移以及拱蓋下沉情況做深度監(jiān)測，當(dāng)發(fā)生緊急情況后可以采取針對性處理措施，如拱部注漿、邊墻注漿，確保施工在安全的環(huán)境下進(jìn)行。

3.4 邊墻及仰拱施工

本文所涉及工程的原方案是將車站下斷面設(shè)置為4層開挖的形式，但由于分層施工次數(shù)的增加將進(jìn)一步加劇對支撐土體的擾動幅度，因此經(jīng)商討后決定采用3層開挖的方式，對應(yīng)高度分別為2.5 m、3.5 m、3.383 m?；诒苊獗茖v梁造成損傷的目的，在進(jìn)行第1層施工時(shí)應(yīng)與原設(shè)計(jì)高度相同，同時(shí)需要給每榀安裝根鎖腳錨桿結(jié)構(gòu)，由此提升拱架對縱梁的支撐水平。

3.5 二次襯砌施工

基于提升拱墻襯砌施工效率的目的，引入了9 m自行式模板臺車，將5 cm厚度的模板作為原材料進(jìn)行加工，由此形成堵頭模板，而后使用邊長為10 cm的方鋼做進(jìn)一步加固處理。當(dāng)臺車進(jìn)行澆筑施工時(shí)，遵循自下而上的原則，注重對稱灌注施工，單層灌注高度小于40 cm。為提升結(jié)構(gòu)密實(shí)性，以附著式平板振動器為基礎(chǔ)，加之人工振搗的方式。在展開二次襯砌施工時(shí)，當(dāng)結(jié)束仰拱初支結(jié)構(gòu)后應(yīng)隨即進(jìn)行鋼筋施工，并澆筑混凝土，由此確保拱蓋的穩(wěn)定性。

3.6 體系轉(zhuǎn)換

在對車站主體進(jìn)行施工時(shí)，首先應(yīng)對1號導(dǎo)洞展開施工，當(dāng)施工到達(dá)人防以及普通段區(qū)域時(shí)則設(shè)置2榀密排鋼架結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上繼續(xù)進(jìn)行矩形斷面的開挖作業(yè)。在臺階法施工時(shí)，需要將循環(huán)進(jìn)尺控制在小于1 m，伴隨著高度的變化確定是否需要設(shè)置矩形門型鋼架，同時(shí)設(shè)置初支結(jié)構(gòu)。此外，在中部區(qū)域設(shè)置十字鋼橫梁，而后展開開挖作業(yè)。

4 結(jié)束語

綜上所述，在拱蓋法施工時(shí)，必須確保大拱腳下側(cè)的圍巖具有足夠的穩(wěn)定性，要求縱梁具有較高的承載水平，使用錨管以及中空錨桿結(jié)構(gòu)，由此對大拱腳下圍巖區(qū)域展開注漿作業(yè)，從而起到加固的作用。拱腳縱梁是極為重要的結(jié)構(gòu)，在其作用下可以將上部荷載以均勻的方式傳遞至具有高度穩(wěn)定性的基巖，加之可行的體系轉(zhuǎn)換參數(shù)，由此確保雙層疊合初支拱蓋法順利進(jìn)行。