淺埋暗挖上軟下硬地鐵車站施工方法探討

范恩菠

（中鐵二十五局集團(tuán)第五工程有限公司山東青島266100）

淺埋暗挖上軟下硬地鐵車站施工方法探討

范恩菠

（中鐵二十五局集團(tuán)第五工程有限公司山東青島266100）

淺埋暗挖上軟下硬地質(zhì)條件下的大斷面暗挖地鐵車站施工，目前已有的施工方法存在不足，本文通過(guò)青島地鐵同安路車站工法進(jìn)行分析對(duì)比，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工經(jīng)驗(yàn)與地質(zhì)情況，對(duì)現(xiàn)有工法的不足之處進(jìn)行探討并提出優(yōu)化解決辦法。

淺埋暗挖；上軟下硬；地鐵車站；施工方法；探討

1　前言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的高速發(fā)展及城鎮(zhèn)化建設(shè)的不斷推進(jìn)，城市規(guī)模的不斷向外擴(kuò)展，城市人口數(shù)量的急速膨脹與有限空間資源之間的矛盾日益凸顯，從而帶來(lái)城市交通越來(lái)越嚴(yán)重的擁堵問(wèn)題。軌道交通工程是解決城市資源過(guò)度集中，人口規(guī)模過(guò)度龐大而導(dǎo)致地面交通壓力增大，交通設(shè)施與有限的土地資源之間矛盾的最主要方法。隨著城市的發(fā)展及地方財(cái)政能力的增強(qiáng)，各重點(diǎn)城市都爭(zhēng)相發(fā)展地下軌道交通工程，以緩解日益擁堵的地面交通。地鐵車站，作為人員主要聚散地，決定了其埋深淺，斷面大的特點(diǎn)。目前較為成熟地鐵車站淺埋暗挖的工法有多種，如“雙側(cè)壁導(dǎo)坑法”、“CRD工法”等但大多適用于較軟弱地質(zhì)，對(duì)于上軟下硬巖層的地鐵車站成熟的工法、工藝相對(duì)較少，因此，對(duì)上軟下硬地質(zhì)條件下的地鐵車站施工技術(shù)有必要進(jìn)行探討研究。

2　淺埋暗挖巖層地鐵車站的地質(zhì)特性

青島地鐵2號(hào)線同安路站車站斷面結(jié)構(gòu)型式為單拱單跨雙層型式。車站主體總長(zhǎng)度228.5m，標(biāo)準(zhǔn)段結(jié)構(gòu)總寬度19.6m，高度16.6m。結(jié)構(gòu)覆土深度為9～11m，施工范圍主要是在深圳路地面以下28m范圍內(nèi)。在這個(gè)范圍內(nèi)，根據(jù)青島市建委推廣的《青島市區(qū)第四系層序劃分》標(biāo)準(zhǔn)地層層序編號(hào)，依據(jù)地質(zhì)鉆探資料，本站共揭示8個(gè)巖土層，按地層由新到老、自上而下依次為第①層-雜填土、第①1層-素填土、第16○下層強(qiáng)風(fēng)化花崗巖下亞帶、第17○層中等風(fēng)化花崗巖帶、第18○層微風(fēng)化花崗巖，巖層中夾雜有第17○4層碎裂狀花崗巖、第18○1層微風(fēng)化煌斑巖、18○2微風(fēng)化花崗細(xì)晶巖。車站施工范圍設(shè)置在強(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化和微風(fēng)化這幾個(gè)層內(nèi)。其中拱部設(shè)置于強(qiáng)風(fēng)化中和中風(fēng)化中，邊墻設(shè)置于微風(fēng)化中。這樣就決定了其上軟下硬的地質(zhì)特性，在工法選擇上拱部需以強(qiáng)支護(hù)為重點(diǎn)，邊墻位置重點(diǎn)考慮控制爆破。

3　同安路站施工方法選擇

根據(jù)地質(zhì)條件，拱部圍巖軟弱需加強(qiáng)超前支護(hù)并采取分部開挖，考慮選用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法或拱蓋法施工。

3.1雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工

開挖采用雙則壁導(dǎo)坑開挖，襯砌采用順作法拱墻一次襯砌，其施工工藝見圖1雙側(cè)壁導(dǎo)坑施工工藝圖及圖2雙側(cè)壁導(dǎo)抗施工工藝流程圖。

3.2拱蓋法施工

圖1　雙側(cè)壁導(dǎo)坑施工工藝圖

圖2　雙側(cè)壁導(dǎo)坑施工工藝流程圖

拱蓋法施工是采用大拱腳的方式，先開挖上臺(tái)，并將拱部襯砌施工結(jié)束后在拱部襯砌的保護(hù)下再施工下臺(tái)階的施工方法。其施工工藝見圖3拱蓋法施工工藝流程圖。

圖3　拱蓋法施工工藝流程圖

3.3雙側(cè)壁導(dǎo)坑法在上軟下硬地質(zhì)施工存在的問(wèn)題

雙側(cè)壁導(dǎo)坑施工工法是一種典型的淺埋暗挖施工工法，屬于新奧法的一個(gè)分支，以新奧法基本原理為依據(jù)。在開挖導(dǎo)坑時(shí)，盡量減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)，導(dǎo)坑斷面近似橢圓，周邊輪廓圓順，避免應(yīng)力集中。工作原理是將大斷面分割成若干個(gè)小斷面，每個(gè)小斷面獨(dú)自閉合成環(huán)，環(huán)環(huán)相套，最終達(dá)到設(shè)計(jì)要求的斷面，在大斷面的淺埋暗挖地下工程中得大量的應(yīng)用。其中間的臨時(shí)支護(hù)體系采用I22工字鋼支撐加上噴射混凝土井字支護(hù)體系，具有強(qiáng)度大，空間剛度大的特點(diǎn)，能有效的約束拱頂下沉和周邊收斂，有效的控制地表沉降。對(duì)于不需要爆破作業(yè)或者對(duì)爆破控制要求不高的整體圍巖較為軟弱的地質(zhì)情況，是比較適合的方法。

但該工法不適于本車站這種上軟下硬的地質(zhì)，由于車站下部為微風(fēng)化的花崗巖，需要進(jìn)行爆破作業(yè)。在核心巖柱下部分（圖中陰影部分）開挖時(shí)，需要進(jìn)行大量的爆破作業(yè)，此時(shí)左右兩導(dǎo)坑已經(jīng)開挖完，對(duì)核心巖柱而言，形成了臨空面，對(duì)巖柱的爆破能量起到一個(gè)引導(dǎo)作用，爆破作業(yè)必然對(duì)臨時(shí)支護(hù)造成破壞變形，爆破產(chǎn)生的能量通過(guò)臨時(shí)支護(hù)對(duì)拱頂?shù)某跗谥ёo(hù)產(chǎn)生向下拉的應(yīng)力，造成初期支護(hù)與圍巖剝離，甚至引起拱部的坍塌，見圖4巖柱爆破參量傳遞示意圖。

圖4　巖柱爆破參量傳遞示意圖

同理，CD工法，CRD工法也不適合于上軟下硬地質(zhì)的地鐵車站工程施工。

3.4拱蓋法施工的優(yōu)缺點(diǎn)

根據(jù)車站所處地質(zhì)條件，為最大限度地保護(hù)好圍巖，充分利用圍巖的自穩(wěn)能力，形成壓力拱，以減少襯砌厚度，降低造價(jià)，優(yōu)先采用“拱蓋法”施工，車站上半斷面采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工，先開挖兩側(cè)洞再開挖中洞，然后施做拱腳托梁、扣拱部二襯；拱部二襯施做完畢后，下半斷面縱向拉槽分層加放坡爆破開挖，開挖至基底后順做剩余二襯結(jié)構(gòu)。

從拱蓋法的施工工藝可以看出，拱蓋法是專門為上軟下硬的地質(zhì)而開發(fā)出來(lái)的一種工法，但工法本身在施工中還存在如下的一些問(wèn)題：

（1）工藝要求對(duì)大拱腳處的開挖控制比較嚴(yán)格，爆破作業(yè)因圍巖變化而存在一定不確定性，很難保證大拱腳處的巖體完整。

（2）防水是拱蓋法最薄弱的環(huán)節(jié)，由于采用逆作法，在拱墻結(jié)合部位，是防水施工的重點(diǎn)與難點(diǎn)，此部分的防水處理需有效的解決方法。

（3）工進(jìn)度較相對(duì)較慢，地鐵車站施工不同于山嶺隧道施工，棄碴及材料都要通過(guò)施工豎井進(jìn)行運(yùn)輸，提升設(shè)備的提升能力及城市施工作業(yè)時(shí)間的限制在很大程度上制約了棄渣。拱蓋法工藝導(dǎo)致了前期出渣量較小，提升設(shè)備運(yùn)能閑置未完全發(fā)揮。后期下臺(tái)階施工雖然開挖快，但受提升能力的制約而進(jìn)度無(wú)法加快，導(dǎo)致施工進(jìn)度較慢。

4　現(xiàn)有施工工法的優(yōu)化

經(jīng)過(guò)綜合對(duì)比同安路車站采用拱蓋法施工，對(duì)于拱蓋法的上述不足，根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際提出以下優(yōu)化措施：

（1）大拱腳開挖采取微差控制爆破，減小最大段裝藥量，特別是對(duì)圍巖較差部分采取小炮開挖，最大程度保證拱腳圍巖的完整性，變鎖腳錨桿為鎖腳錨管，采用φ42錨管注水泥漿的方法加固圍巖較差部分拱腳處圍巖，增加其強(qiáng)度及整體性使其滿足拱蓋法工藝要求。

（2）為防止下部開挖時(shí)對(duì)拱腳預(yù)留防水板的損壞，拱腳處預(yù)留凹槽將防水板置于其中并進(jìn)行封堵保護(hù)，待下部開挖完成施工防水時(shí)，取出拱腳處防水板進(jìn)行連接，最大限度保護(hù)防水板的完整性，保持車站整體防水的有效性。

（3）針對(duì)豎井提升對(duì)施工進(jìn)度的制約，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，本車站采取變更D出入口為施工斜井的方法，在控制施工成本的基礎(chǔ)上，大大加快了車站出渣的效率，加快了施工進(jìn)度，有效解決了豎井出渣的制約問(wèn)題。

U455.4

A

1673-0038（2015）14-0207-02

2015-3-10

范恩菠（1985-），男，助理工程師，本科，從事計(jì)劃合同管理工作。