地鐵拱蓋法大斷面開挖支護(hù)施工技術(shù)

李賓

摘要： 本文結(jié)合青島地鐵1號線瑞金路為地下雙層島式車站施工實例，詳盡地論述了拱蓋法大斷面開挖施工的工藝特點、適用范圍、工藝原理、施工工藝流程及操作要點等內(nèi)容，該技術(shù)的成功應(yīng)用，可為類似工程的施工提供一定的借鑒作用。

Abstract： Based on the construction case of Ruijin Road in Qingdao Metro Line 1which is a underground double-decker island station， this paper elaborates the technological features， applicable scope， principle， construction process and operating points of large-section excavation with arch cover method. The successful application of the technology can provide some reference for the construction of similar projects.

關(guān)鍵詞： 地鐵；拱蓋法；大斷面開挖；支護(hù)；施工技術(shù)

Key words： metro；arch cover method；large-section excavation；support；construction technology

中圖分類號：TU74 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）05-0106-04

0 引言

拱蓋法施工對圍巖強度要求高，主要適用于風(fēng)化巖石地層，尤其是上軟下硬的土巖復(fù)合地層。但在地鐵施工中，拱蓋法施工的地鐵車站不可避免地要穿越城市主干道、有壓管線。大斷面開挖在施工過程中的沉降問題、地下水流失問題、必然帶來了諸多安全隱患。由中鐵九局承建的青島地鐵瑞金路車站工程，在拱蓋法施工過程中發(fā)現(xiàn)，拱頂沉降大、地下水流失、施工進(jìn)度緩慢，不易達(dá)到設(shè)計要求，經(jīng)多次研究，調(diào)整車站大斷面開挖支護(hù)方案，總結(jié)出一套拱蓋法大斷面開挖支護(hù)技術(shù)，成功解決了拱蓋法大斷面開挖支護(hù)的困難，拱頂沉降大的技術(shù)難題。

1 工藝特點

①通過格柵安裝工具代替人工架立格柵，解決了難以調(diào)整格柵角度及高度，造成螺栓連接孔不能精準(zhǔn)對接，有錯縫問題。避免了工人在裸露圍巖下施工存在安全隱患，操作簡單，縮短施工周期短。

②通過使用鎖腳錨管導(dǎo)向工具及L筋，確保格柵拱腳處鎖腳錨管水平向下15°錨進(jìn)地質(zhì)圍巖中，與支護(hù)結(jié)構(gòu)格柵鋼架焊接連成整體，起到承壓、防止初期支護(hù)結(jié)構(gòu)沉降等作用。便免了鎖腳錨管與格柵連接后形成的整體性較差、掉拱、隧道拱頂失穩(wěn)、垮塌等情況，保證了施工安全。

③采用滲漏水措施，有效的控制了拱頂沉降大、地下水流失問題，確保了隧道圍巖的穩(wěn)定，施工安全可靠。

2 適用范圍

本施工技術(shù)適用于地鐵拱蓋法大斷面開挖支護(hù)。

3 工藝原理

瑞金路站拱蓋法開挖支護(hù)施工中，在進(jìn)洞門時采用雙排超前小導(dǎo)管對圍巖進(jìn)行預(yù)支護(hù)，注漿液選用硅酸鹽水泥，增強了圍巖整體性和強度。開挖前進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報、超前探孔及監(jiān)控量測，為開挖提供了參數(shù)依據(jù)。立架通過使用格柵安裝工具、鎖腳錨管導(dǎo)向工具及L筋，加快了施工進(jìn)度，保證了施工安全。

立架完成后，進(jìn)行噴射混凝土施工。待施工成環(huán)后進(jìn)行背后注漿施工。對滲漏水點采用滲漏水注漿措施，控制了拱頂下沉和內(nèi)徑收斂變形的情況。施工監(jiān)測采用動態(tài)監(jiān)測，及時反饋監(jiān)測數(shù)據(jù)。

4 施工工藝流程及操作要點

4.1 施工工藝流程

施工工藝流程如圖1所示。

4.2 施工操作要點

4.2.1 施工準(zhǔn)備

①圖紙審核，技術(shù)人員會同監(jiān)理、勘察、設(shè)計、業(yè)主代表對圖紙進(jìn)行會審，對圖紙的存在的問題及時解決，確保施工圖紙的準(zhǔn)確性、合理性。

②原材料試驗及進(jìn)場：對要進(jìn)場的噴射混凝土原材、鋼筋原材、鋼架及小導(dǎo)管等材料報監(jiān)理工程師進(jìn)行取樣檢測，請第三方檢測中心取樣檢測，合格后方可使用。

③設(shè)備進(jìn)場報驗、標(biāo)定：對進(jìn)場的鉆孔機、注漿機、電焊機等設(shè)備向監(jiān)理工程師報驗，報驗合格后方可投入施工。

4.2.2 超前地質(zhì)探測

①超前地質(zhì)預(yù)報。考慮地下工程存在諸多不確定性因素，為保證隧道施工正常進(jìn)行，車站隧道施工過程中，對所有地段均進(jìn)行地質(zhì)預(yù)報。雷達(dá)探測可以預(yù)報距離掌子面20米范圍內(nèi)的地質(zhì)情況。儀器采用意大利RIS-K2型探地雷達(dá)，80MHz屏蔽天線。采用點測法進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。采樣頻率：1046MHz；采樣點數(shù)：604；疊加次數(shù)：128次；測點間距：0.1m；采樣時窗：566ns。結(jié)合現(xiàn)場條件以及探測要求，在開挖地面上方1m處，從左邊墻向右邊墻方向測一次，再從左邊墻向右邊墻方向復(fù)測一次。

測得結(jié)果地下水類型為基巖裂隙水，地下水較發(fā)育。局部裂隙發(fā)育，開挖期間預(yù)計出現(xiàn)滲水。 掌子面圍巖為火山集塊巖，巖體塊狀碎裂，節(jié)理較為發(fā)育，均一性一般。圍巖等級為IV 2級。

②超前鉆孔。根據(jù)設(shè)計地質(zhì)資料提供的不良地質(zhì)資料，采用輕型地質(zhì)鉆機在掌子面進(jìn)行鉆孔探測，以便相互印證，根據(jù)雷達(dá)探測資料選擇探孔位置，布置三個Φ50探孔，在鉆孔的同時，記錄鉆空速度、巖碴粉特征、沖洗液顏色、含泥量、出水部位、鉆桿是否突進(jìn)等情況，探明水量和水壓情況，按設(shè)計和開挖面的地質(zhì)資料，判定工作面前方的工程、水文地質(zhì)情況。鉆孔前應(yīng)先用稍大直徑的鉆頭鉆孔，安設(shè)3m孔口管，孔口處設(shè)閘閥，在遇到高壓水時緊急關(guān)閉，防止突水。對于取芯鉆空，每次提鉆后對巖芯進(jìn)行觀察描述和記錄，記錄各巖層位置、巖性、厚度及其裂隙發(fā)育、充填膠結(jié)情況，做好巖芯的地質(zhì)描述，同時記錄好孔內(nèi)出水情況。endprint

4.2.3 施工工序

瑞金路站主體從1、2號風(fēng)道進(jìn)洞施工開始，雙向相對開挖施工車站主體。上臺階拱蓋開挖施工完畢后，進(jìn)行拱蓋襯砌施工。車站分為四個施工段，見圖2。

4.2.4 測量放線

①洞內(nèi)導(dǎo)線測量。內(nèi)導(dǎo)線控制測量是在洞外精密導(dǎo)線控制測量的基礎(chǔ)上，結(jié)合洞內(nèi)施工特點布設(shè)導(dǎo)線，以勘測院澆樁點，布設(shè)點為起始點，沿隧道兩側(cè)分別設(shè)置支導(dǎo)線連接后形成閉合導(dǎo)線閉合于洞外高級點。導(dǎo)線點布設(shè)在施工干擾小、穩(wěn)固可靠的地方。

由洞外向洞內(nèi)的測角、測距工作，在早上、傍晚或陰天進(jìn)行，洞內(nèi)的測角測距，在測回間采用儀器和覘標(biāo)多次置中的方法，并采用雙照準(zhǔn)法（兩次照準(zhǔn)、兩次讀數(shù)）觀測。照準(zhǔn)的目標(biāo)應(yīng)有足夠的亮度，并保證儀器和反射鏡面無水霧。

洞內(nèi)導(dǎo)線的坐標(biāo)和方位角，必須依據(jù)洞外控制點的坐標(biāo)和方位角進(jìn)行平差計算。

②開挖測量。開挖前應(yīng)校核中線點，并在開挖斷面上標(biāo)出設(shè)計斷面輪廓線。開挖工作完成應(yīng)及時測量超欠挖并繪出斷面圖。

開挖在曲線段采用全站儀進(jìn)行中線及高程的放樣。開挖斷面成形后，采用斷面檢測儀對開挖斷面進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)欠挖后及時報與施工班組處理。

用中線法進(jìn)行洞內(nèi)測量隧道時，中線點點位橫向偏差不得大于3mm。

③初期支護(hù)測量。根據(jù)設(shè)計圖紙制作加工的鋼支撐定位放樣。把拱頂高程和起拱線高程以及隧道中線在實地上測設(shè)出來，控制鋼拱架兩側(cè)拱腳的平面位置和高程，用紅油漆標(biāo)定記號并對本工序負(fù)責(zé)人進(jìn)行書面交底。

④高程控制。高程控制點在洞口設(shè)置一個，如特殊需要時還可進(jìn)行加密，其布置形式為閉合水準(zhǔn)線路，閉合于洞外水準(zhǔn)控制點。加密水準(zhǔn)點的復(fù)測按四等水準(zhǔn)控制。采用水準(zhǔn)儀進(jìn)行往返觀測，并定期進(jìn)行復(fù)測。

4.2.5 馬頭門處加固措施

馬頭門處開洞超前支護(hù)采用管棚及超前支護(hù)小導(dǎo)管+超前注漿形式支護(hù)。小導(dǎo)管規(guī)格型號為Ф42，壁厚3.5mm的熱軋鋼花管，管棚規(guī)格型號為Ф108，壁厚5mm的熱軋鋼花管。超前小導(dǎo)管環(huán)向間距0.4m，長4.5m。管棚環(huán)向間距0.4m，長12m，管棚間打設(shè)Ф42超前小導(dǎo)管。注漿漿液為水泥漿，水灰比1：1。

開馬頭門前，應(yīng)在超前支護(hù)施工完畢后才能進(jìn)行架設(shè)格柵施工。進(jìn)洞開挖距離嚴(yán)格按照架設(shè)一榀拱架的距離控制。

根據(jù)馬頭門處并立三榀格柵作為進(jìn)洞加固措施。嚴(yán)格按照圖紙中初期支護(hù)施工方式施工，嚴(yán)格控制超前小導(dǎo)管注漿質(zhì)量。在格柵第一榀架設(shè)、噴錨結(jié)束后，設(shè)置馬頭門拱頂沉降監(jiān)測點及收斂點位，對馬頭門拱頂沉降及收斂取初始值并監(jiān)測。同時施做超前地質(zhì)預(yù)報，加強掌子面圍巖的地質(zhì)素描工作。

4.2.6 車站管線情況

經(jīng)調(diào)查，瑞金路車站穿越重慶中路下埋設(shè)的各種管線共9處，探明其結(jié)構(gòu)形式、水平距離、空間關(guān)系及埋深，有利于施工及排遷。

4.2.7 開挖施工

瑞金路站圍巖由于上軟下硬，拱蓋開挖采用CD法施工見表1瑞金路站施工步驟。

4.2.8 爆破施工

①爆破施工工藝流程：鉆眼——清孔——領(lǐng)藥——裝藥及連線——剩余炸藥返庫——爆破警戒——爆破——爆破后盲炮檢查。

②裝藥結(jié)構(gòu)。掏槽眼、輔助眼采用反向起爆。周邊眼采用間隔裝藥。裝藥結(jié)構(gòu)如圖3所示。

③起爆網(wǎng)路。開挖各炮孔起爆順序為：掏槽眼→輔助眼（掘進(jìn)眼）→周邊眼，由里向外逐層起爆。周邊眼采用導(dǎo)爆索起爆。其中導(dǎo)爆管導(dǎo)爆管采用簇并聯(lián)發(fā)聯(lián)接。

④炮眼直徑。選用YT-28型手持式風(fēng)動鑿巖機，炮眼直徑d=42mm。

⑤炸藥。采用2號巖石乳化炸藥，規(guī)格為Φ32mm×300mm，每卷300g，1kg/m。乳化炸藥的性能見表2。

⑥雷管。地鐵對于爆破振動的控制要求較高，所以本工程選取導(dǎo)爆管延期雷管作為起爆器材。雷管選用第一系列毫秒導(dǎo)爆管雷管。各段別導(dǎo)爆管雷管的延期時間如表3所示。

4.2.9 鋼格柵施工

格柵鋼架在鋼筋加工廠按設(shè)計加工成型后試拼，合格后運至現(xiàn)場拼接安裝。鋼架定位架設(shè)，與定位錨桿焊接牢固，在拱腳設(shè)置鎖腳錨管，以控制下沉。鋼架間設(shè)縱向連接筋，并以噴砼填充密實。

格柵鋼架架設(shè)工藝及技術(shù)要點：

①安裝拱架前，將基面清理干凈，并將基腳置于穩(wěn)定的基巖上，必要時在鋼架基腳處設(shè)混凝土墊塊以增加基底承載力，同時安設(shè)鎖腳錨管；

②鋼架各單元間連接牢固，安設(shè)位置正確、穩(wěn)固并垂直于隧道中線，允許偏差為：與線路中線位置30mm；垂直度5%；前后兩片鋼拱架間距±5cm。

③為增強鋼架的整體穩(wěn)定性，將鋼架與小導(dǎo)管或系統(tǒng)錨桿焊接在一起，鋼架間設(shè)縱向連接鋼筋，環(huán)向間距按1m內(nèi)外交錯布置。

④為使鋼架準(zhǔn)確定位，鋼架架設(shè)時同步定位測量。

⑤架立鋼架后盡快進(jìn)行噴射砼作業(yè)，使鋼架與噴射砼共同受力。噴射砼時從拱腳或墻腳處向上噴射，將拱角處格柵預(yù)留出來，方便下一臺階格柵安裝。拱角處預(yù)留格柵需安放在堅硬圍巖上。

4.2.10 鋼筋網(wǎng)施工

鋼筋網(wǎng)為Φ8鋼筋，網(wǎng)格間距150×150mm。鋼筋網(wǎng)在加工廠加工制作成1.2m×2m的網(wǎng)片，施工時運至工作面進(jìn)行安裝。鋼筋網(wǎng)在初噴砼后與鋼架同時安設(shè)，鋼筋網(wǎng)加工制作及安裝時應(yīng)注意：

①鋼筋加工時要進(jìn)行調(diào)直，除銹、去油污、確保鋼筋質(zhì)量要求；

②鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)前，先噴射3～5cm厚的C25砼；

③鋼筋網(wǎng)鋪設(shè)時，應(yīng)隨砼初噴面起伏敷設(shè)，并與噴砼面接觸緊密；

④鋼筋網(wǎng)片之間須搭設(shè)長度不小于15cm，并與鋼架或錨桿焊接在一起。

4.2.11 中空錨桿施工

中空錨桿型號為Φ25*7mm，錨桿長度3.5m，環(huán)縱向間距1.2*1m，梅花形布置。endprint

①安裝前檢查工作。

錨桿原材料型號、規(guī)格、品種以及錨桿各部件質(zhì)量和技術(shù)性能應(yīng)符合設(shè)計要求；

錨桿孔位、孔徑、孔深及布置形式應(yīng)符合設(shè)計要求；

孔內(nèi)積水和巖粉應(yīng)吹洗干凈。

②錨桿施工工藝流程。

鉆孔→清孔→插入錨桿→安裝止?jié){塞→注漿。

③鉆錨桿孔前，應(yīng)根據(jù)設(shè)計要求和圍巖情況，定出孔位，做出標(biāo)記。錨桿孔距允許偏差宜±100mm。孔深允許偏差宜+100mm；在Ⅳ級圍巖及特殊地質(zhì)圍巖中開挖隧道，應(yīng)先噴混凝土，再安裝錨桿，并應(yīng)在錨桿孔鉆完后及時安裝錨桿桿體。錨桿尾端的托板應(yīng)緊跟壁面，接觸部位必須貼緊。錨桿桿體露出巖面的長度不應(yīng)大于噴射混凝土的厚度。鉆孔方向宜與巖層主要結(jié)構(gòu)面垂直、孔鉆好后用高壓水將孔眼沖洗干凈，并用塞子塞緊孔口，以防止渣土掉入鉆孔。桿體插入孔內(nèi)長度不應(yīng)小于設(shè)計規(guī)定的95%。錨桿安裝后，不得隨意敲擊。

4.2.12 小導(dǎo)管施工

開挖前首先施作超前小導(dǎo)管注漿支護(hù)，在開挖輪廓線拱部范圍，按環(huán)向間距0.4m，以10°-15°仰角施作？準(zhǔn)42長4.5m的超前注漿小導(dǎo)管。鋼管壁厚3.5mm，前端加工成25°～30°的錐形，端頭花管長約2～2.5m，管壁四周鉆四排直徑10mm壓漿孔。

施工時，將注漿嘴接入鋼管，向管內(nèi)注漿，開始采用0.5MPa的壓力注漿，當(dāng)壓力達(dá)到1.0MPa時，暫停注漿，等幾分鐘待壓力降至0.4MPa時，再繼續(xù)注漿。

4.2.13 噴射混凝土施工

本工程采用濕噴噴射工藝。濕噴是將骨料、水泥和水按設(shè)計配合比拌合均勻，用濕噴射機壓送到噴頭處，再在噴頭上添加速凝劑后噴出。

①打開速凝劑輔助風(fēng)→緩慢打開主風(fēng)閥→啟動速凝劑計量泵、主電機、振動器→向料斗加混凝土。

②開機后注意觀察風(fēng)壓，起始風(fēng)壓達(dá)到0.5MPa，才能開始操作，并據(jù)噴嘴出料情況調(diào)整風(fēng)壓。一般工作風(fēng)壓：邊墻0.3～0.5MPa，拱部0.4～0.65MPa。

③噴嘴與受噴面盡量垂直，兩者的距離一般為0.6～1.2m，對掛有鋼筋網(wǎng)的受噴面，噴嘴略傾斜，距離也相應(yīng)減少。

④噴嘴均勻地按螺旋軌跡，分區(qū)段（一般不超過6米），自下而上，一圈壓半圈，緩慢移動，每圈直徑約20cm。若受噴面不平，先噴凹坑找平。

4.2.14 背后注漿管的安設(shè)

初支背后采用1：1水泥漿二次壓漿，注漿管采用？準(zhǔn)42、δ=3.25mm、L=0.35m普通焊接鋼管，注漿孔沿拱部及邊墻布設(shè)，環(huán)向間距：拱部邊墻1.5m，縱向間距1m，梅花形布置，也可根據(jù)實際情況對位移變化較大處或滲漏水處加密布設(shè)，回填注漿管外露噴射混凝土15cm，回填注漿管外露部分在注漿前不得隨意割除。

注漿孔沿起拱線環(huán)向間距1.5m，側(cè)墻環(huán)向間距1.5m，縱向間距1m。注漿深度為初支背后0.5m，注漿終壓0.5MPa，初支背后注漿采用水泥漿，其配合比為：水灰比=1.0。

4.2.15 地下滲水處理方法

在遇到突水、地下滲水較豐富地段或進(jìn)洞馬頭門漏水嚴(yán)重處，采取注漿堵水措施。采用徑向補充注漿方式進(jìn)行止水加固。

4.2.15.1 注漿方法

注漿管采用Ф42*3.5mm的鋼花管，打設(shè)深度2m；注漿漿液采用水泥水玻璃雙液漿，注漿壓力為1.5～2MPa。

滴水及線狀滲水：在距滲水點700mm處打設(shè)4個注漿孔，在滲水點位置打設(shè)一個注漿孔。

大面積滲水：在滲水范圍邊緣打設(shè)注漿孔，注漿孔間距1000mm。在滲水范圍內(nèi)打設(shè)注漿孔，孔間距700mm，梅花形布設(shè)。

鉆孔深度控制在2m，保證鉆孔進(jìn)入初支背后巖體，便于注漿漿液在初支背后形成止水帷幕。

鋼花管采用Φ42*3.5mm的鋼花管，長度2m，鋼花管上鉆注漿孔，孔徑10～16mm，孔間距15cm，呈梅花形布置，尾部留不鉆孔的止?jié){段15cm。

注漿漿液采用水泥水玻璃雙液漿，其中水灰質(zhì)量比為1：1，水泥漿與水玻璃體積比1：0.5。

注漿順序：從外至內(nèi)注漿施工，在最外側(cè)形成止水帷幕，防止?jié)B水范圍注漿過程中地下水從外側(cè)流出。

注漿壓力：由于地下水具備壓力，需要高壓注漿進(jìn)行封堵。壓力范圍為1.5～2MPa。

4.2.15.2 控制要點

①漿液配合比：水灰質(zhì)量比為1：1，水泥漿與水玻璃體積比1：0.5。

②注漿順序：從外至內(nèi)注漿施工，在最外側(cè)形成止水帷幕，防止?jié)B水范圍注漿過程中地下水從外側(cè)流出。

③注漿壓力：壓力范圍為1.5～2MPa。

4.2.15.3 注意事項

①漿液配合比：水灰質(zhì)量比為1：1，水泥漿與水玻璃體積比1：0.5。保證止水效果。

②注漿順序：從外至內(nèi)注漿施工，在最外側(cè)形成止水帷幕，防止?jié)B水范圍注漿過程中地下水從外側(cè)流出。

③注漿壓力：壓力范圍為1.5～2MPa。避免發(fā)生壓力過大對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，壓力過小無法達(dá)到止水效果的作用。

5 應(yīng)用實例

青島地鐵1號線瑞金路為地下雙層島式車站，總長，主體總長215.35m，主體標(biāo)準(zhǔn)段開挖總寬度20.2m，總高度18.12m，大拱腳拱部初期支護(hù)厚度350mm，覆土厚度15.0～15.9m，本站設(shè)有2個出入口，2個風(fēng)道。主體采用拱蓋法施工。

參考文獻(xiàn)：

[1]GB50299-1999，地下鐵道工程施工及驗收規(guī)范[S].

[2]大型起重機械安全管理規(guī)定[1992].

[3]建筑施工特種作業(yè)人員管理規(guī)定[2008].

[4]JGJ59-2011，建筑施工安全檢查標(biāo)準(zhǔn)[S].endprint