超大跨度淺埋暗挖拱蓋法施工技術(shù)的應用

郭登輝

中鐵十八局集團有限公司 天津 300000

1 工程概況

錦江路站為S1線一期工程第12個車站，為中間站，車站位于黃河路與錦江路交叉口以北，沿黃河路呈南北向布置。車站主體采用拱蓋暗法施工，車站有效站臺中心里程為YDK37+178，標準段寬19.90m，車站總長216m，有效站臺長120m，為地下二層島式站臺車站本站共設(shè)4個出入口和2組風亭組。

錦江路站加強初支主要分為拱蓋縱梁、大拱蓋兩部分，縱梁與大拱蓋混凝土均為C35P8混凝土，其中拱蓋梁為鋼筋混凝土，下底寬1.384m，上寬1.038m，拱蓋整體跨度21m，凈高6.6m，為型鋼混凝土。車站臨近房屋段拱蓋分導洞施工。車站拱蓋施工分標準段級分標準段施工，標準段：左右導洞采用定制臺車澆筑，中導洞采用拼裝臺架，每次澆筑縱向長度6m/板。非標準段：1#風亭橫通道采用工字鋼門式架模板支撐體系施工，2#風亭采用盤扣式腳手架模板支撐體系施工[1]。

圖1 錦江路站總平面布置圖

2 本項目施工重難點

2.1 地層穩(wěn)定性差

貴州地區(qū)紅黏土具有高液限、高孔隙比、高飽和度及三氧化二鐵含量較低的特點，粒團間連接方式為顆粒連接，在進行基坑開挖排水時，容易帶走土體中的細小顆粒造成潛蝕破壞，使土體空洞產(chǎn)生塌方風險。另外，車站主體處于泥砂巖夾頁巖與風化泥巖的復雜地層中，地基承載力較弱，且?guī)r層節(jié)理緩傾，會出現(xiàn)偏壓現(xiàn)象導致車站主體結(jié)構(gòu)受力不均勻。因此，車站所處的地層穩(wěn)定性差，地應力條件復雜，是該工程的主要施工難點。

2.2 本工程綜合程度高、工程節(jié)點多、工法多

本工程暗挖、非爆施工等各種工法于一體，工程節(jié)點多，工法多。

2.3 周邊建筑構(gòu)造物多、交通條件復雜

暗挖車站施工周邊環(huán)境復雜，正上方為機動車道，周邊存在大量建構(gòu)筑物及管線，而上覆軟質(zhì)紅黏土施工力學特性極不穩(wěn)定，容易受到擾動產(chǎn)生較大表面沉降，存在施工安全風險。在鬧市區(qū)的施工組織如材料運輸、施工機械進場、土石方出渣等問題也是該項目面臨的困難。

2.4 工序交叉

車站為暗挖車站，埋深10m左右，屬淺埋暗挖隧道,且工期壓力大，初支及拱蓋需交叉施工。

3 施工方案

錦江路站車站為地下二層島式車站，采用初支+拱蓋法暗挖施工。結(jié)合圖紙相關(guān)要求，拱蓋法采用型鋼混凝土施工。

首先施作標準段拱蓋，拱蓋施工計劃采用分導洞施工，經(jīng)過優(yōu)化，負一層由初設(shè)的五導洞優(yōu)化為四導洞，提高了開挖和支護的效率。首先使用定制臺車施工左右導洞拱蓋，并進行拱蓋型鋼預留，然后進行左中導洞開挖，左右中導洞錯開15-30m之后，進行右中導洞施工，右中導洞開挖5m后進行左右中導洞拱蓋施工，與左右導洞形成拱蓋閉環(huán)，然后進行下一循環(huán)施工。左右中導洞采用拼裝臺架進行中導洞拱蓋混凝土澆筑。

其次施作非標準段拱蓋，即1#風亭橫通道及2#風亭橫通道拱蓋，由于1#風亭及2#風亭橫通斷面較大，無法使用定制臺車進行拱蓋施工，根據(jù)現(xiàn)場實際情況及施工要求，我部采用使用滿堂腳手架（2#風亭橫通道）及工字鋼門式架（1#風亭橫通道）進行橫通道段拱蓋施工[2-3]。

4 施工工藝

4.1 設(shè)計參數(shù)

車站加強初支大拱蓋分拱蓋縱梁、大拱蓋兩部分，均采用C35P8模筑施工；拱蓋縱梁為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，大拱蓋為鋼拱架混凝土結(jié)構(gòu)，大拱蓋內(nèi)置I25b鋼拱架，拱蓋工字鋼與拱蓋梁之間采用連接板鏈接（提前預埋至拱蓋梁），鋼拱架間距0.5m，鋼拱架應緊貼拱蓋內(nèi)表面安裝，保護層不少于50mm，相鄰鋼架間設(shè)Ф25縱向連接筋，與鋼拱架焊接，環(huán)向間距0.5m形成加強鋼筋網(wǎng)片；初期支護與拱蓋二次初支連接鋼筋其錨入初支內(nèi)的長度不小于300mm，錨入疊合拱蓋部分不小于350mm。型鋼鋼架按相應長度鋼構(gòu)廠統(tǒng)一加工，現(xiàn)場拼裝。

4.2 施工工藝流程

豎井開挖支護施工→橫通道開挖支護施工→左導洞開挖支護施工→右大導洞開挖支護施工（與左導洞措開30m）拱蓋梁施工→左右導洞拱蓋施工（臺車）→左側(cè)中導洞開挖支護施工→右側(cè)中導洞開挖支護施工（與左側(cè)中導洞措開30m）→中導洞拱蓋施工（拼裝臺架）→橫通道拱蓋施工（門式架及滿堂腳手架）。

先將左右側(cè)導洞貫通，再施工左右側(cè)的拱蓋，左右側(cè)導洞拱蓋滿足強度要求時，在進行左右側(cè)中導洞開挖及支護，在安全步距內(nèi)施工中導拱蓋。

4.3 豎井開挖支護施工

錦江路站1#風亭豎井及橫通道位于車站小里程端東南側(cè)，豎井充分利用原設(shè)計圍護樁結(jié)構(gòu)，通過增設(shè)圍護樁形式，采用鉆孔圍護樁+內(nèi)支撐支護形式形成豎井開挖支護結(jié)構(gòu)。1#豎井凈空尺寸17.8m×9m，井深23m。腰梁豎向間距8m，共2道。鉆孔灌注樁26根，樁徑1.2m，樁間距2.2m，樁長約25m。1#豎井橫通道利用車站原有出入口暗挖通道進站，長28.7m，寬7m，高7.05-9.38m。

錦江路站2#風亭豎井及橫通道位于車站大里程段西北側(cè)，豎井充分利用原設(shè)計圍護樁結(jié)構(gòu)，通過增設(shè)圍護樁形式，采用鉆孔圍護樁+內(nèi)支撐支護形式形成豎井開挖支護結(jié)構(gòu)。2#豎井凈空尺寸9m×9m，井深23m。腰梁豎向間距8m，共2道。新增鉆孔灌注樁8根，樁徑1.2m，樁間距2.2m，樁長約25m。2#豎井橫通道利用車站原有出入口暗挖通道及排風進車站道，長10.47m，寬7m，高5m-9.4m[4]。

4.4 橫通道開挖支護施工

豎井施工完成后，沿預先在豎井側(cè)壁上標出的橫通道輪廓線拱部位置打設(shè)φ159大管棚并注漿加固，之后破除豎井圍護樁及初支混凝土，進行橫通道馬頭門施工。

橫通道馬頭門是豎井與橫通道的交叉處，此處結(jié)構(gòu)受力復雜。通道馬頭門施工時需要破除既有的豎井壁混凝土及圍護樁支護。由于破壞了整個豎井的結(jié)構(gòu)受力使洞口位置處應力重新分布，極易導致該處土體失穩(wěn)，故在施工豎井及橫通道時在馬頭門開洞位置按照設(shè)計圖紙采取3榀格柵并立的措施使土體保持既有穩(wěn)定。在施工密排格柵前進行間距調(diào)整，保證洞門位置的格柵位置準確。橫通道分為兩段：標準段和調(diào)高段，采用兩臺階法進行開挖和支護，上臺階開挖進尺3m后進行下臺階的開挖，下臺階掌子面土體預留坡度為1:1左右。挖至設(shè)計里程后進行端頭墻的施工[5]。

4.5 導洞開挖支護施工

（1）開挖左、右上導洞1、2部土體，施做初期支護（錨桿、小導管、鋼架、噴混凝土）

（2）開挖左、右導洞3、4部土體，施做初期支護（錨桿、小導管、鋼架、噴混凝土、臨時橫撐）

（3）左側(cè)邊導拱蓋成形后開挖上部中導洞6 部土體，施做初期支護（錨桿、小導管、鋼架、噴混凝土、臨時支撐）。

（4）右側(cè)邊導拱蓋成形后開挖中導洞5部土體，施做橫撐。左右中導洞措開30m。

4.6 拱蓋施工

（1）拱蓋梁

拱蓋縱梁緊隨車站上半部開挖支護完成后施工，先綁扎鋼筋再安裝小平板鋼模，加固牢靠后澆筑縱梁混凝土。

（2）施工參數(shù)

表1 施工參數(shù)統(tǒng)計

（3）施工工藝流程

平整場地→測量放樣→打設(shè)鋼管樁→灌注砂漿→澆筑墊層→安裝鋼筋→安裝模板→澆筑混凝土。

4.7 拱蓋施工

（1）總體施工方案

標準段拱蓋施工分導洞施工，左右邊導洞采用定制臺車，長度6m；左側(cè)中導采用自制軌道式拼裝臺架模板體系，保證機械通行，可連續(xù)開挖，開挖高度3.7m；右側(cè)中導開挖高度2.7m，采用拼裝臺架模板體系。機械不通行，每段開挖長度5m作用，成環(huán)一段，與左側(cè)中導同時澆筑中導砼。

加強拱蓋鋼拱架安裝前，先用風鎬人工鑿除臨時支撐頂部拱蓋范圍的噴射混凝土和鋼筋網(wǎng)（不具備鑿除條件時，采用機械鑿除），完整保留臨時支護工字鋼，使大拱蓋預留鋼拱架能夠穿過后續(xù)可拼裝成型，拱蓋工字鋼與初支預留鋼筋焊接牢固，拱蓋鋼拱架拼裝完成后用縱向連接筋和拱架底腳錨固鋼筋將其加固穩(wěn)固；待加強初支施做完成、強度達到設(shè)計100%時，進行臨時支撐的拆除。

（2）施工參數(shù)

拱蓋采用工25拱架間距0.5m/榀，厚度：頂部350mm，底部與拱蓋梁頂部厚度保持一致，混凝土為C35P8。

（3）中導洞拼裝臺架由鋼模體系、螺桿體系及基座三部組成，其中鋼模體系由長1000mm厚50mm小鋼模板，鋼板內(nèi)側(cè)1000mm均布18#工字鋼，垂直分布于工字鋼下150×150H型鋼。螺桿體系由6根Ф80螺桿（3根豎直分布，3根斜向分布）組成，基座由25b#工字鋼焊接而成。

（4）施工工藝流程及方法

初支平整（背后注漿）→測量放樣→安裝臺車（搭設(shè)腳手架、拼裝臺架）→安裝拱架→安裝模板→澆筑混凝土。

（5）非標準段施工

總體方案：非標準段施工即1#風亭橫通道及2#風亭橫通道拱蓋施工，采用工字鋼門式架及滿堂腳手架進行施作。

工字鋼門式架具體施工方法如下：采用工字鋼筋進行組裝，工字鋼之間采用螺栓連接，主要由鋼模體系及平臺兩部分組成。

4.8 負二層支護施工

（1）負二層分三臺階開挖支護

站臺層（下斷面）分三臺階進行開挖，首先進行中部拉槽施工，拉槽完成后進行左右側(cè)第一臺階開挖，第一臺階高度為2.56m，第二臺階高度為2.5m，第三臺階高度為2.79m仰拱高度。左右側(cè)錯開進行，先行開挖右側(cè)，臺階長度不小于10m，左右側(cè)錯開不小于6m。

（2）主體結(jié)構(gòu)施工

主體結(jié)構(gòu)采取“縱向分段，豎向分層、逐層由下往上順筑”的施工原則進行組織。主體結(jié)構(gòu)施工順序與基坑土方開挖方向一致，由大里程向小里程方向施工，結(jié)合降水和車站端頭段等主體結(jié)構(gòu)施工進度，錦江路站共分18段施工，首先澆注底板、底板倒角上300mm的側(cè)墻及回填；待底板滿足強度要求后，以該段底板為基礎(chǔ)，澆注負二層立柱，再澆筑負二層側(cè)墻；然后澆筑中板、中板梁、側(cè)墻，側(cè)墻澆筑至中板以上200mm處；中板混凝土養(yǎng)護達到強度后，使用定制臺車澆筑拱墻及剩余側(cè)墻。

5 超大跨度淺埋暗挖拱蓋法的未來發(fā)展趨勢

5.1 進一步完善技術(shù)

隨著科技的不斷發(fā)展，超大跨度淺埋暗挖拱蓋法技術(shù)也在不斷更新迭代。新材料和新技術(shù)的廣泛應用將使該技術(shù)更加高效、環(huán)保和節(jié)能。例如，先進的材料科技能夠提供更加堅固耐用的建造材料，比如使用高強度鋼筋和新型混凝土材料，能夠提高建筑物的強度和耐久性，這樣可以減少工程損壞和維護成本。此外，新技術(shù)的應用也可以實現(xiàn)更加智能化的建設(shè)過程，如使用數(shù)字化技術(shù)進行建模和預測，能夠在建設(shè)過程中發(fā)現(xiàn)隱患和優(yōu)化施工方案，提高工程的效率和安全性。同時，隨著節(jié)能環(huán)保理念的深入普及，超大跨度淺埋暗挖拱蓋法未來還將逐步轉(zhuǎn)向更加環(huán)保的建筑模式，在施工和運營過程中更有效地節(jié)約能源和減少排放，以實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目標。新材料和新技術(shù)的不斷引入將推動超大跨度淺埋暗挖拱蓋法技術(shù)進一步發(fā)展，實現(xiàn)更加高效、環(huán)保和節(jié)能的建設(shè)目標。

5.2 提升施工效率

隨著超大跨度淺埋暗挖拱蓋法技術(shù)的成熟，施工效率也將不斷提高。在項目經(jīng)驗積累的基礎(chǔ)上，更加豐富和完善的技術(shù)手段將會使施工周期和成本進一步降低。具體來說，隨著施工技術(shù)的不斷發(fā)展，新型的機械設(shè)備和工具將更加常見地應用于施工現(xiàn)場。這些機械設(shè)備能夠大幅度提高施工效率，如使用現(xiàn)代化的鉆孔設(shè)備可以快速處理地下巖石和土壤，使用智能化的測量儀器可以更精準地測量工程數(shù)據(jù)，從而減少施工誤差和節(jié)省時間成本。另一方面，基于大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)的應用，如施工計劃的優(yōu)化和資源的智能調(diào)配，也將在施工過程中發(fā)揮越來越重要的作用。這些技術(shù)的不斷革新和提升，將使得超大跨度淺埋暗挖拱蓋法技術(shù)實現(xiàn)更快捷、更高效、更安全的施工目標，并為未來建筑領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展做出更大的貢獻。

6 結(jié)束語

綜上所述，超大跨度淺埋暗挖拱蓋法施工技術(shù)在地鐵建設(shè)領(lǐng)域具有廣泛的應用價值。其突破了傳統(tǒng)的地鐵建筑施工方式，不僅大大縮短了工期，還減少了對周邊環(huán)境的影響，提高了施工的安全性和可靠性。貴陽軌道交通S1線一期工程的成功應用證明了該技術(shù)的可行性和實用性，也為今后地鐵建設(shè)提供了有益的經(jīng)驗。相信在不久的將來，該技術(shù)將會得到進一步的發(fā)展和應用，為城市化進程注入新的活力。