大斷面淺埋暗挖地鐵法車站的施工工法比選

文/ 曲曉輝 大連地鐵有限公司 遼寧大連 116000

1、工程概況

1.1 地理位置

大連市地鐵西安路車站位于大連市沙河口區西安路下方，沿西安路方向南北向布置。西安路路面寬36m，周邊建筑物密集，北側為主要商業區；南側為解放廣場；東側車站為29層科技廣場、23層西安路公寓及四十八中；西側主要為的三層商鋪及長樂小區。建筑基礎為筏板基礎。西安路站是大連市地鐵1、2號線換站，起訖里程1號線DK16+403.101至DK16+640.701，2號線DK11+633.703至DK11+871.303，長237.6米，暗挖單拱雙柱三層島式車站，標準段寬23.0m，高26.65 m，最大斷面寬26.2m，高27.75m，斷面積682.5㎡。埋深約37m，覆土6.7-11米，車站拱頂位于強風化板巖內，部分拱頂位于第四系卵石層內，車站地面為現西安路，路面交通繁忙，有兩條有軌電車通行。

1.2 地質水文情況

車站位于馬欄河二級階地，后經人工改造，地下水位高，周邊管線密集，管道眾多，地層由上至下依次為：人工堆積雜填土、卵石、全風化、強風化、中風化鈣質板巖；巖石節理較發育，局部卵石“V”型侵入車站拱部。

地下水受到季風氣候和海洋影響，車站主要為基巖裂隙水，孔隙水主要賦存在素填土層及卵石層中，基巖裂隙水主要賦存于強風化及中風化巖層中，地下水位埋深2.20～3.2m，水位高程6.42～10.02m，年水位變幅約1～3米。

1.3 工程重難點

西安路車站的工程重難點主要在車站的跨度大，斷面大，工序復雜繁多；地質構造復雜，圍巖破碎，地處繁華街道，地面交通流量大，暗挖工法沉降控制難度大、周邊建筑密集、重點控制風險源多等。

對于大連地鐵西安路站這樣的斷面大、深度也較大的三層車站，存在周邊建筑物近、開挖跨度大、地面動載大等工程特點，如何在施工過程中保證施工安全，控制地面下沉及周邊建筑變形，需要進行研究解決。比選了多種施工方案，本著安全第一的原則，從中洞法、洞樁法、格柵法、雙側洞法等一一進行比選。

2、初期施工方案的比選情況

2.1 初始設計選定的幾種施工方法及優劣性：

圖1 雙側壁導坑法施工工序圖

圖2 中洞法施工工序圖

雙側壁導坑法：研究方案的分析對比初始設計方案先采用雙側壁導坑施工兩側洞，再環形掏槽初支拱頂，開挖核心土使拱部初支成環。中部拉槽，分層順做中部二襯形成受力體系后，開挖兩側邊幅土石方，再分層順做兩側主體二襯施工工序如圖1所示。

此方法前期拱部施工有利，但后期拱部初支成形后，拱幅較寬，拉槽過程中施工時間長， 安全風險大。

中洞法：采用交叉中隔壁法開挖中部土石方，施工中部底板、中柱及頂板二襯，再開挖兩側洞土石方，再順做側洞二襯主體結構。施工工序如圖2所示。

此方法安全性較高，但施工臨時支護量大，施工成本高，不經濟。

圖3 洞樁法施工工序圖

圖4 改進中洞法施工工序圖

洞樁法：先施工兩個中導洞，在中導洞中鉆孔樁，施工做頂縱梁，開挖拱部土石方，采用放大腳施工拱部二襯混凝土，開挖支護下部土石方，順做主體二襯結構，工序如圖3所示。

此方法從受力分析，拱頂動載影響，拱部受力如不均，如拱腳部位受力大于拱頂中部受力，拱腳支座受力方向有可能發生變化，受力方向難以確定，且拱腳下部深基坑開挖，隨著側壓力的增加，邊墻及拱腳穩定性不能保證，且隨著開挖深度的增加，中柱長細比越來越大，安全風險很大。

改進中洞法：根據中洞法改進，先采用CD法施工中部上導洞，及臺階法施工中部下導洞，挖孔柱施工中立柱，及中部底板中部拱頂二襯混凝土。開挖拱部土石方，施工邊墻鉆孔樁，錨固拱腳縱梁，澆筑拱部二襯混凝土，開挖下部土石方，增加側墻錨固支護體系，順做主體結構混凝土，施工工序如圖4所示。

此方法從根本上解決了第三項洞樁法存在的問題，增加拱腳縱梁使拱腳均勻受力，增加錨索及鋼管樁，保證拱腳縱梁水平及豎向位移，以及基坑側壁穩定，施工負一層中部中板減小中柱長細比。

2.2 幾種施工方法的比選及比選結果

在方案比選協調會上，根據該車站施工中能夠遇到的諸多實際困難，如由于斷面跨度大，最大開挖斷面寬26.5m，高27.8m的單拱雙柱地下三層結構。結合設計院根據工程主體結構設計參數的力學計算，規范中建筑限界設置，運營部門提出后期營運空間需求、車站內功能房間的設定等因素，最終考慮最終綜合中洞法、洞樁法、蓋挖法的特點，以中洞法施工中洞并施工中洞混凝土結構，達到減小開挖跨度、降低安全風險，采取上下中洞法和洞樁法施工中洞混凝土結構及中柱，使中洞部份結構一次成形，保證中洞結構的整體穩定和施工精度，以及減少中洞結構的二次施工。采用大拱腳下設置縱梁，保證側拱的受力穩定；并采用錨索控制拱腳縱梁的水平位移，采用φ219鋼管樁控制拱腳縱梁的豎向位移，并起到下部土石方開挖的圍護作用。最終形成穩定的二襯成拱蓋，在保證安全的前提下施工下部工序及結構。

3、施工總體安排

西安路站設四個豎井：盾構吊出井，1號豎井，2號豎井，斜坡道。盾構吊出井及 2號豎井，負責施工下導洞開挖； 1號豎井及斜坡道負責施工上導洞開挖。先利用施工豎井貫通中部上下導洞，施工分段如下圖5。

圖5 西安路站分層開挖施工工序圖

3.1 車站主體總體施工方案

3.2 車站主體工程施工方案

西安站主體支護結構形式采用洞樁法錨噴加格柵鋼架進行支護。各豎井及橫通道開挖完成后，采用CRD法及CD法優先施工主體中部上下兩個導洞，以最快

采用人工挖孔施工中柱，澆筑中部拱頂，使中部支柱及早承重受力，減小拱部受力。再利用斜井配合大型土石方施工機械開挖上部左右側洞及下部土石方第一至第五層。最后利用2號豎井開挖剩余土石方第六層。附屬結構暗挖部分根據主體工程進展適時組織施工。附屬結構明挖部分根據車站施工組織需要及工程實際情況，在滿足工期要求和施工條件允許的情況下適時安排施工，開挖斷面如下圖7。以最快的速度實現貫通；貫通之后開挖中柱樁孔，安裝中柱，澆筑樁底及中部拱頂使主體中部優先形成封閉，保證結構受力穩定；然后澆筑拱頂二襯，做好支護，用臺階法開挖上層側洞；側洞邊挖邊做拱頂二襯，拱角打入鎖腳錨桿加固；側洞貫通以后，充分利用上部空間及斜坡道的排渣優勢，采用蓋挖的方法，全面開挖主體地下二三層，邊挖邊支護；最后順做主體二襯，完成主體施工。西安路站采用動態工法設計

4.施工中監控量測數據分析工作

4.1 監控量測方法

西安路車站屬淺埋暗挖車站，由于導洞先行貫通。洞內控制導線較易與地面控制網聯系。

在論證該工法可行的研究過程中，擬選取該車站的2號豎井橫通道位置的3個典型點位進行分析，通過2號豎井橫通道位置地表沉降值觀測數據分析結果可知，橫通道位置在整個施工過程中最大沉降值為9.47mm，小于規范規定值30mm，滿足地鐵工程監控量測技術規程(DB11/490-2007)中的地鐵淺埋暗挖法施工監控量測值控制標準要求，由此可知2號豎井橫通道在整個施工過程中是安全可靠的。如圖6所示

圖6 2#豎井橫通道位置地表沉降值曲線

4.2 周邊建筑物沉降分析

為了研究該工法選定后，施工中對周邊建筑的影響，在本次研究中同時選取點位JCJ04-04、JCJ04-07中間由于破壞重新取點觀測，沉降取值到相應破壞時間點止，通過點位JCJ04-08曲線可以看出周邊建筑物下沉小于2mm，隆起小于8mm，可以認為車站施工對周邊建筑物沉降影響很小。從表5也可以看出周邊建筑物終沉值小于10mm，隆起小于5mm。在用本施工工法施工的過程中周邊建筑物沉降在可控制范圍內，如圖7所示。

圖7 周邊建筑物沉降觀測值曲線圖

結論：

從本文的數據分析可知，西安路車站在本施工工法的施工過程中，總體安全可靠。本施工工法有效地控制了大斷面地鐵車站淺埋暗挖施工的地表沉降，地表沉降基本上在規范允許值內，周邊建筑物沉降控制效果良好，未出現各類突變。由于北方地區深基坑地表沉降受氣候影響，冬季氣溫降低時沉降變大，氣溫回升時地表回復，沉降值變小，同時有效地控制了車站上方的地面建筑沉降及有軌電車線路沉降，確保了場地周邊既有載物在車站施工過程中的安全及施工安全。