超大斷面淺埋暗挖地鐵車站轉(zhuǎn)換段施工技術(shù)*

羅光財(cái)，鄧尤東，雷 軍，盧智強(qiáng)

(中國建筑第五工程局有限公司，湖南 長沙 410004)

近年來，隨著國內(nèi)城市軌道交通飛速發(fā)展，地鐵將成為市民出行的主要公共交通方式。城市軌道交通工程大多數(shù)地處繁華鬧市區(qū)，為了減輕工程建設(shè)對居民生活影響，越來越多的地鐵車站設(shè)計(jì)為超大斷面淺埋暗挖的隧道工程。地鐵車站采用暗挖法施工，施工通道、附屬結(jié)構(gòu)與超大斷面車站主體隧道轉(zhuǎn)換段施工工序最為復(fù)雜、結(jié)構(gòu)體系受力轉(zhuǎn)換頻繁，圍巖變形、應(yīng)力以及支護(hù)結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜。在超大斷面淺埋暗挖地鐵車站，采取有效的施工方法實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換段施工，對于確保車站施工安全至關(guān)重要。以重慶軌道交通9號線天梨路車站工程為載體，通過對轉(zhuǎn)換段施工工藝的改進(jìn)和施工保障措施的優(yōu)化，開展大斷面暗挖隧道轉(zhuǎn)換段開挖技術(shù)研究，為類似工程提供借鑒。

1 工程概況

重慶市軌道交通9號線一期工程天梨路站位于重慶市沙坪壩區(qū)天梨路下方，全長245.0m，單拱雙層結(jié)構(gòu)，隧道采用復(fù)合式襯砌，開挖凈寬23.24m，開挖深度21.26m；頂部覆蓋層厚度約31～33m。共設(shè)2組風(fēng)亭和4個(gè)出入口，均為暗挖復(fù)合襯砌結(jié)構(gòu)。其中風(fēng)道最大凈寬為13.4m，出入口凈寬6.5m。

2 工程地質(zhì)條件

項(xiàng)目位于沙坪壩區(qū)覃家崗沿線，原始的地貌為構(gòu)造剝蝕淺丘地貌?，F(xiàn)狀地形經(jīng)人工改造較為平緩。經(jīng)地面地質(zhì)調(diào)查和搜集的相關(guān)地質(zhì)資料反映，擬建區(qū)內(nèi)地層由上而下依次可分為第四系全新統(tǒng)填土層Q4ml、殘坡積層粉質(zhì)黏土Q4el+dl和侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組J2S沉積巖層。沿線基巖強(qiáng)風(fēng)化帶厚度一般為1.00～3.50m?；鶐r強(qiáng)風(fēng)化帶巖體破碎，風(fēng)化裂隙發(fā)育，巖質(zhì)軟，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅴ級。基巖內(nèi)裂隙發(fā)育程度為較發(fā)育，巖體呈塊狀結(jié)構(gòu)。

根據(jù)沿線地下水的賦存條件、水理性質(zhì)及水力特征，沿線地下水可劃分為第四系松散層孔隙水、碎屑巖類孔隙裂隙水。

3 暗挖車站施工總體部署

施工通道采用臺階法開挖進(jìn)入車站主洞進(jìn)行挑頂施工，完成轉(zhuǎn)換段施工后，采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖進(jìn)入車站主洞施工，如圖1所示，總體施工部署主要步驟如下。

圖1 暗挖車站總體施工部署

1)站廳層

由施工通道與主洞正交進(jìn)洞，首先進(jìn)入站廳層按平坡開挖至正洞邊墻，完成由施工通道小斷面向車站主洞大斷面轉(zhuǎn)換，待施工通道處的正洞初期支護(hù)完成后向主洞兩端掘進(jìn)施工。

2)站臺層

施工支通道對應(yīng)的車站主洞部位左右側(cè)導(dǎo)坑上、中臺階開挖支護(hù)完成后，由支通道正交進(jìn)入主體結(jié)構(gòu)站臺層進(jìn)行施工。進(jìn)入站臺按平坡開挖至正洞邊墻，完成由支通道施工通道小斷面向車站主洞大斷面轉(zhuǎn)換，待支通道處的正洞初期支護(hù)完成后向主洞兩端掘進(jìn)施工。

3)附屬結(jié)構(gòu)

由站廳層向兩端掘進(jìn)至主體結(jié)構(gòu)與出入口處，同時(shí)進(jìn)行接口交叉施工；施工至出入口、風(fēng)道或區(qū)間隧道后，先施工車站主洞支護(hù)、站廳層部分風(fēng)亭上部接口支護(hù)，后續(xù)由站臺層開挖至下導(dǎo)坑進(jìn)行下部施工，完成附屬結(jié)構(gòu)通道的連接段結(jié)構(gòu)(又稱“鎖口”)施工，待連接段結(jié)構(gòu)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，再開挖出入口、風(fēng)道通道其余部分或區(qū)間隧道。

4 施工通道進(jìn)入車站站廳層轉(zhuǎn)換施工

根據(jù)地質(zhì)情況，施工通道與車站主洞邊墻相交5m左右范圍初期支護(hù)加強(qiáng)。施工通道進(jìn)入主洞采用門型鋼架。施工主通道(站廳層)首先垂直進(jìn)入主洞上半斷面,施工通道進(jìn)入主洞后開始連續(xù)段(挑頂)施工，開挖方法為臺階法，主洞采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖。由于車站隧道斷面大，通道與車站主洞的墻部與拱腳處相交相接，受力復(fù)雜，須精心組織，確保施工安全。

4.1 施工工藝流程(見圖2)

圖2 施工通道進(jìn)入車站主洞挑頂施工工藝流程

4.2 施工步序

1)施工通道與車站主洞接口末端密排3～4榀門式鋼拱架后，開始設(shè)置門式鋼架，并施作初期支護(hù)。門型鋼架施工3.5m左右后，架設(shè)車站主洞左側(cè)鋼架。

2)繼續(xù)向前施工，按臺階法分段(縱向長度不大于1m)開挖車站斷面范圍內(nèi)矩形通道，根據(jù)高度變化架設(shè)門式鋼架(間距一般為0.5m/榀)，門式鋼架內(nèi)側(cè)應(yīng)將主洞初支外輪廓包含在內(nèi)，并沿隧道主體初期支護(hù)施作中空注漿錨桿，門形鋼架施工至距離主洞隧道右側(cè)拱腰1.8m左右時(shí)，開始開挖右側(cè)拱腰土體，施作車站主體初期支護(hù)。

3)為保證車站開挖導(dǎo)洞拆除臨時(shí)門架立柱安全，在施工通道與主洞接口處內(nèi)側(cè)密排2～3榀I22b內(nèi)層門形鋼架。主洞隧道右側(cè)拱腳支撐于開挖面底板基巖上，右側(cè)主洞鋼架與左側(cè)主洞鋼架采用鋼板有效連接，同時(shí)分別施工鎖腳錨桿，主洞鋼架密貼門字鋼架，其左側(cè)鋼架左端支撐于施工通道內(nèi)層密排門形鋼架上，并與之焊接牢固，同時(shí)主洞左側(cè)鋼架末端及時(shí)施作2根鎖腳錨桿。

4)待挑頂橫通道內(nèi)施工監(jiān)測數(shù)據(jù)穩(wěn)定且均在允許范圍內(nèi)時(shí)，破除車站主洞縱向方向一端右側(cè)導(dǎo)坑上部門形拱架邊墻，跳榀拆除門形拱架立腿，并加強(qiáng)觀測，監(jiān)測數(shù)據(jù)穩(wěn)定且在允許范圍內(nèi)時(shí)拆除剩余門形拱架立腿，必要時(shí)采用砂漿錨桿對拱架拱頂進(jìn)行加固。然后沿車站縱向開挖并施作右側(cè)上導(dǎo)洞初期、臨時(shí)支護(hù)。

5)待車站主洞右側(cè)上導(dǎo)坑開挖至支護(hù)完成1～15m后，再破除左側(cè)門形支架，施作左側(cè)上半斷面導(dǎo)坑，并嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)步距進(jìn)行雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工。當(dāng)沿主洞縱向一端右側(cè)上導(dǎo)坑開挖支護(hù)完成20m以上，方可組織車站往主洞縱向方向另一端方向進(jìn)行右側(cè)上導(dǎo)坑開挖，同理組織左側(cè)上導(dǎo)坑開挖。核心土部分門形鋼架立柱一直保留至主洞仰拱開挖時(shí)方才能拆除。

4.3 主要控制措施

4.3.1施工通道連接斷面施工

施工通道在進(jìn)入車站挑頂前必須嚴(yán)格控制開挖進(jìn)尺，采用上下臺階法施工，施工必須堅(jiān)持“短進(jìn)尺、少擾動、強(qiáng)支護(hù)、勤量測、早成環(huán)”的原則，開挖每循環(huán)進(jìn)尺為≤1.0m，根據(jù)地質(zhì)情況，施工通道與正洞邊墻相交5m范圍襯砌支護(hù)加強(qiáng)，并且初期支護(hù)必須緊跟掌子面。施工通道挑高段采用加強(qiáng)型支護(hù)，末端采用密排拱架。

4.3.2施工通道挑頂交接處門架型鋼施工

施工通道挑高斷面施工時(shí)，門字架橫梁高度需超過車站開挖輪廓面高度，以便后期施工。門字架下部必須墊實(shí)，不得出現(xiàn)懸空狀態(tài)。架立門形鋼架時(shí)，分別于墻角鋼架處設(shè)置鎖腳錨桿以保證鋼架穩(wěn)定，工字鋼架每榀各單元必須連接牢固，各榀之間施作連接筋，環(huán)向間距為1.0m，內(nèi)外交錯(cuò)布置，與下一榀搭接預(yù)留長度不小于22cm。

4.3.3施工橫通道開挖施工

橫通道一般為矩形，門字架噴射支護(hù)，橫通道宜采用兩臺階法進(jìn)行開挖作業(yè)，地質(zhì)較好時(shí)，可采用鉆爆法爆破施工，開挖沿正洞弧形開挖(應(yīng)比正洞初支高出32cm)；當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件較差時(shí)，可采用非爆破開挖施工。

1)開挖方式選擇

兩臺階法施工橫通道時(shí)，一般采用短臺階法。開挖施工采用鉆爆工藝時(shí)，宜采用光面爆破，爆破施工必須堅(jiān)持 “短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、勤量測、早成環(huán)”的原則，當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件較差時(shí)，可采用機(jī)械開挖施工。

2)兩臺階施工

兩臺階施工時(shí)，上臺階長度控制在3～5m，臺階法開挖每循環(huán)進(jìn)尺不得超過1m，上臺階開挖高度≤6m，上臺階開挖超前下臺階3～3.5m。下半斷面開挖采用左右兩側(cè)交替進(jìn)行的方式，左右兩側(cè)錯(cuò)開開挖，下臺階開挖臺階高度根據(jù)實(shí)際情況具體調(diào)整。

上臺階開挖時(shí)，采用短進(jìn)尺開挖，上臺階開挖進(jìn)尺控制在1～2榀鋼架(間距約0.5m)，開挖后及時(shí)進(jìn)行初期支護(hù)，同時(shí)施作橫向臨時(shí)鋼支撐。下臺階開挖時(shí)，下半斷面開挖采用左右兩側(cè)交替進(jìn)行的方式，左右兩側(cè)錯(cuò)開開挖；開挖后施作初期支護(hù)及時(shí)成環(huán)，構(gòu)成穩(wěn)固的支護(hù)體系。施工過程中，通過監(jiān)控量測掌握圍巖和支護(hù)的變形情況，及時(shí)調(diào)整支護(hù)參數(shù)和預(yù)留變形量，保證施工安全。待支護(hù)體系穩(wěn)定后，再拆除橫向臨時(shí)鋼支撐。

5 施工支通道進(jìn)入車站站臺層轉(zhuǎn)換施工

5.1 施工支通道施工

在車站主洞隧道對應(yīng)部位左右側(cè)導(dǎo)坑上、中臺階已開挖支護(hù)完成后，施工支通道方可進(jìn)入主體結(jié)構(gòu)站臺層。待車站主洞隧道左右兩側(cè)中上部導(dǎo)坑向一端開挖通過支通道接入口大于10m后，支通道方可接入車站站臺層進(jìn)行主體下部開挖支護(hù)。

由施工支通道進(jìn)入車站主體下半斷面時(shí)，在施工支通道拱頂與車站主體相交處密排4～5榀型鋼拱架，使主洞隧道拱腳落在施工通道密排型鋼拱架上，然后進(jìn)入車站主洞隧道下臺階。施工支通道采用鋼拱架支護(hù)，短進(jìn)尺(循環(huán)進(jìn)尺不得超過1m)施作一段施工通道至主洞右側(cè)下臺階，施工通道前方首先進(jìn)行超前支護(hù)施工，采用超前小導(dǎo)管。在通道與主體結(jié)構(gòu)臨時(shí)支護(hù)相交處密排4～5榀鋼拱架。

5.2 車站站臺層轉(zhuǎn)換施工

施工支通道進(jìn)入站臺層完成轉(zhuǎn)換段施工后，拆除車站主洞隧道沿中上部導(dǎo)坑開挖方向一側(cè)的臨時(shí)支護(hù)開挖主洞隧道右側(cè)下部導(dǎo)坑。下部導(dǎo)坑向前掘進(jìn)大于10m后，拆除臨時(shí)支護(hù)進(jìn)行主洞隧道左側(cè)下部導(dǎo)坑開挖。當(dāng)主洞隧道一端雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖施工滿足安全步距要求后，緊跟著開始主洞隧道另一端開挖。

當(dāng)站臺層一端初期支護(hù)穩(wěn)定后及時(shí)施作仰拱，當(dāng)主洞隧道開挖大于30m后，在站內(nèi)組裝二襯臺車，盡早形成整體支護(hù)。

6 出入口、風(fēng)道與車站主洞轉(zhuǎn)換施工

考慮工期要求以及施工方便，出入口及風(fēng)道等可與車站隧道同時(shí)施工。為了保證同時(shí)施工不相互干擾以及施工安全，一方面強(qiáng)化現(xiàn)場施工組織管理，保證各作業(yè)面有序進(jìn)行；另一方面要加強(qiáng)初期支護(hù)，通過增加錨桿長度、加密一定范圍內(nèi)工字鋼以及增加臨時(shí)支護(hù)，確保施工安全。

圖3 車站端墻支護(hù)

車站主洞隧道開挖站廳層時(shí)，當(dāng)開挖導(dǎo)洞施工通過出入口或風(fēng)道一定范圍后，便可以同時(shí)進(jìn)行出入口或風(fēng)道交叉口段(又稱為鎖口段)施工。出入口或風(fēng)道開挖輪廓兩側(cè)，車站初期支護(hù)均應(yīng)密排鋼拱架2榀進(jìn)行加強(qiáng)。

交叉口段施工時(shí)，先施作車站主洞的初支，再施作交叉口范圍初支鋼架。交叉口處聯(lián)立3～4榀密排型鋼拱架加強(qiáng)，同時(shí)打設(shè)一環(huán)超前小導(dǎo)管；同時(shí)，出入口加強(qiáng)段采用砂漿錨桿加強(qiáng)，沿著出入口或風(fēng)道縱向并與主體隧道鋼架大角度相交打設(shè)砂漿錨桿，與車站主洞拱架可靠連接。

開挖前架立預(yù)先截?cái)嗟能囌局鞫此淼冷摷?，施作超前支護(hù)之后方可進(jìn)行通道交叉口段開挖。對車站初期支護(hù)拱架進(jìn)行切割，施工中應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)控量測，并設(shè)置拱架應(yīng)力監(jiān)測。交叉口處地質(zhì)較好時(shí)采用弱爆破分部開挖，地質(zhì)較差時(shí)采用臺階法或預(yù)留核心土臺階法進(jìn)行機(jī)械開挖。然后，施作出入口或風(fēng)道與主體結(jié)構(gòu)交叉口部分的二襯和車站主洞隧道的二襯，待二襯達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，再開挖出入口或風(fēng)道通道其余部分。

7 車站主洞與區(qū)間隧道轉(zhuǎn)換施工

車站端頭為車站區(qū)間左右線隧道與車站主洞隧道連接處，在端頭墻加設(shè)立兩榀工字鋼且加鎖腳錨桿，使正洞開口結(jié)構(gòu)受力轉(zhuǎn)換穩(wěn)定，以保證正洞開挖時(shí)洞體安全。端頭墻要噴射平順，端墻一般采用砂漿錨桿，梅花形布置加固，如圖3所示。待車站端頭施工完后，進(jìn)行區(qū)間隧道施工。施工區(qū)間隧道端頭時(shí)，設(shè)置加強(qiáng)環(huán)梁。

8 結(jié)語

在城市軌道交通的超大斷面地鐵車站暗挖施工中，多數(shù)通過施工通道進(jìn)入車站主體隧道施工的，同時(shí)地鐵車站有多個(gè)區(qū)間正線隧道、出入口和風(fēng)道等附屬工程切入車站主洞大斷面隧道。出入口、風(fēng)道或區(qū)間隧道斷面基本上比車站主洞隧道斷面小很多，這些通道與車站主線隧道形成的交叉口部位圍巖變形、應(yīng)力以及支護(hù)結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜，轉(zhuǎn)換段的施工工序也最為復(fù)雜、結(jié)構(gòu)體系受力轉(zhuǎn)換頻繁，存在多種不利工況。因此，通過對轉(zhuǎn)換段的設(shè)計(jì)方案深化、詳細(xì)策劃施工部署、優(yōu)化施工步驟、短進(jìn)尺施工開挖、嚴(yán)格控制安全步距等措施，有效實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換段施工，對于確保車站暗挖施工安全具有至關(guān)重要的作用。