暗挖地鐵車站拱蓋法關鍵施工技術分析

肖志平

摘 要：地鐵車站的施工技術對提升工程項目的施工速度具有積極作用，目前常用的暗挖地鐵車站施工方法是拱蓋法，對其進行施工技術研究具有重要意義。本文首先介紹了工程項目的主體部分和拱蓋法應用原理，其次闡述全逆作、全順作、混合施工等拱蓋法施工方案的選擇，最后深入探究拱蓋法施工中應用扣拱施工、大拱腳施工等關鍵技術。

關鍵詞：暗挖地鐵車站；拱蓋法；施工技術

中圖分類號：U231.4 文獻標識碼：A 文章編號：2095-9052（2020）04-0192-02

在地鐵車站項目的施工中，拱蓋法具有施工工序簡單、干擾因素小、地面沉降率低的特點，可提升工程項目施工的安全性，促使地鐵車站按照預期進度完工。實際施工作業(yè)中，相關人員應明確拱蓋法的應用原理，在具體工程項目中，對施工關鍵技術進行重點掌握，以期提升地鐵車站項目的施工作業(yè)效率。

1 地鐵車站項目概述

1.1 工程概況

北嶺站位于青島市北區(qū)人民路和瑞昌路的交叉口北側，鄰近有6層及6層以下居民樓和沿街商鋪，多為20世紀50～70年代建筑。通過鉆探揭示，場區(qū)第四系厚度1.50～15.60m，主要為第四系全新統(tǒng)人工填土層（Q4ml）及上更新統(tǒng)粉質黏土（Qal+pl）?；鶐r為中生代燕山晚期侵入巖花崗巖（γ53），局部為花崗斑巖（γπ53）、細?；◢弾r（γ53）及煌斑巖（χ53）侵入巖脈。受次生構造影響，部分鉆孔中裸露有相應巖性的構造巖。車站全長182.75m，車站拱部覆土最薄處為17.2m，最厚覆土達到24.5m。設計采用全包防水，圓拱曲墻復合式襯砌斷面，開挖高度為19.3m，寬度為26.3m，采用拱蓋法等關鍵施工技術組織具體施工。

1.2 拱蓋法原理

拱蓋法是在明挖法、蓋挖法和PBA施工方法的基礎上創(chuàng)建的暗挖地鐵站施工方法，主要應用在上軟下硬的巖石地層中，是目前地鐵車站施工中應用較為廣泛的技術。拱蓋法施工的核心思想是利用下伏圍巖的承載能力和穩(wěn)定性，在不進行強爆破或弱爆破的前提條件下，利用PBA工法進行前期支護施工，并且以小導洞的方式對支護結構進行調整，技術應用過程中，利用大拱腳方案將拱部的初期支護與二次襯砌結構支撐在穩(wěn)定的巖石層面上，并形成拱蓋[1]。在拱蓋的支撐和保護下，利用全逆作、全順作或混合施工方案，進行地鐵車站建設。

2 拱蓋法施工方案選擇

2.1 全逆作方案

全逆作施工方案是在導洞貫通后，首先對初期支護拱蓋進行施工。其次進行二次襯砌和土石方的開挖工作，并且保證開挖的深度在中板以下。最后，根據(jù)實際情況決定土石方開挖是否應在基底位置，并組織設計施工方案。地鐵車站項目的施工中，全逆作施工方案是目前應用較為廣泛的技術，對施工作業(yè)的穩(wěn)定性與連續(xù)性產(chǎn)生重要影響。

2.2 全順作方案

全順作施工方案是技術人員在完成初期支護扣拱前，需要對施工條件進行檢查。實際上，全順作施工方案的應用，在初期支護結構施工完成后，不進行二次襯砌，而是直接將土石方挖掘至基底，與側墻、中板和拱蓋等結構，共同構成項目施工的整體框架。

2.3 混合施工方案

混合施工方案結合了全逆作和全順作方案的應用優(yōu)勢，對地鐵項目施工作業(yè)的科學性與高效性具有重要的應用意義。實踐應用中，需要結合具體的工況條件，在安全、質量和進度等多方面對應用方案進行選擇，促使地鐵車站項目施工作業(yè)維持在較高的技術水平。

2.4 方案比較

暗挖地鐵車站的施工中，三種技術方案各有優(yōu)缺點。

第一，全逆作法具有施工應用方面的安全性與可靠性，無需增加額外的技術應用負擔。然而，由于車站部分屬于花崗巖結構，并且?guī)r石的強度較強，需要利用爆破技術對其進行土石方的挖掘。鑒于爆破技術的應用，如對中板結構的保護力度不足，容易引發(fā)相關的安全隱患問題。因此，需要對相關部分進行嚴格管理與控制。施工結構中逆向水平接縫過多、接觸位置的質量不過關和防水措施應用不到位問題，容易導致帶水作業(yè)現(xiàn)象出現(xiàn)，不利于項目按照施工進度完工；且全逆作法上部、下部結構分開施工，需要分兩次組織開挖結構施工，不利于現(xiàn)場勞動力組織。

第二，全順作施工技術雖然具有施工進度較快，促使土石方挖掘和作業(yè)面結構施工的安全、連續(xù)有序開展，使得地鐵車站的施工安全和質量得到合理保護。但是該種方案的應用，僅僅憑借初期支護設計具體施工方案，不利于拱蓋法施工技術應用的科學性與完整性，并且支護結構在初期往往需要加固拱部地層，成本花費較多，不利于項目施工作業(yè)的經(jīng)濟性。此外，項目建設中也面臨二次襯砌風險，促使高邊圍巖和鋼管柱的穩(wěn)定性受到干擾。

第三，混合施工技術的應用主要指半逆作和半順作施工作業(yè)方式，是在二次襯砌拱蓋的保護下，進行洞內土石方的挖掘和結構調整。相關技術的應用，不僅體現(xiàn)出施工方法的優(yōu)勢，更能保證地鐵車站項目拱部的穩(wěn)定性和安全性。具體工作中為達到這一效果，可在高邊墻的相關位置對管柱線進行加固，促使鋼管柱結構更加穩(wěn)定[2]。暗挖地鐵項目施工中，由于先進施工技術和方案的應用，使得項目建設更加具有生機和活力，然而當鋼管柱壓桿穩(wěn)定問題被忽視時，則施工技術的應用將欠缺合理成分。

3 暗挖地鐵車站拱蓋法關鍵施工技術

3.1 扣拱施工

暗挖地鐵車站建設中，應對扣拱施工技術進行明確，并設計合理規(guī)格的初期支護扣拱結構，促使項目施工建設的安全和穩(wěn)定。在施工的前期階段，扣拱施工技術的應用主要分兩部分進行：

第一部分，對導洞內初期支護的扣拱部分及背后回填混凝土的施工。技術人員需要根據(jù)兩個導洞的初期支護結構進行加固作業(yè)，促使相關結構的應用更加穩(wěn)定，為后期施工操作提供安全保障。需要特別強調的是，在初期施工中，對支護扣拱進行構建時，需要保證預埋件的接口位置處于同一水平高度上，促使扣拱格柵能夠準確連接。

第二部分，二次襯砌扣拱施工。在暗挖地鐵車站的施工建設中，當初期支護扣拱完成后，施工作業(yè)人員需要根據(jù)現(xiàn)場施工要求，由中間位置向車站兩端后退，并且沿著車站縱向分段鑿除導洞部分臨時初期支護結構，對拱部位置的防水層結構進行二次襯砌。實際工作中，應對每段鑿除的長度進行明確，具體的長度應小于等于7m，保持兩側位置同步進行。二次襯砌扣拱的最薄處應大于600mm，為保證施工作業(yè)進度，可利用6m長自行式液壓模板臺車或支架分段同時進行操作。

3.2 大拱腳施工

拱蓋法施工的關鍵與核心思想是利用巖石的承載能力，將初期支護和二次襯砌結構支撐在兩側的巖壁上，由此形成拱蓋形狀，該施工方法也因此得名。實際施工建設中，通過大拱腳下冠梁可將拱蓋上部分的載荷均勻分布在相關的支撐結構中。針對地鐵車站項目的施工而言，大拱腳的穩(wěn)定尤為重要，影響到整個拱蓋結構的安全，對施工作業(yè)工作的連續(xù)開展起到關鍵作用。決定大拱腳穩(wěn)定的前提條件是冠梁下圍巖的強度和相關結構的載荷承受能力。

根據(jù)當?shù)氐牡刭|勘查報告，在工程項目施工中，花崗巖的平均抗壓強度為27MPa，地基承載力特征值為1MPa。根據(jù)項目實際受力結構，上覆土層對大拱腳形成的壓力值為625kPa。當巖石承載力達到一定數(shù)值后，大拱腳圍巖結構可承擔來自上層覆土的大部分壓力，對項目施工的安全性產(chǎn)生重要影響。具體分析中，根據(jù)青島地鐵一號線北嶺站的地質結構可知，整體上，花崗巖的穩(wěn)定性較強，大拱腳挖掘中尚未出現(xiàn)地下水的干擾問題。對于局部存在的地下水侵蝕導致的巖石強度變低問題，應采取必要的治理措施，例如，可對大拱腳的圍巖部分進行注漿加固，或者將導洞的底板開挖至風化巖層以下位置，并且對相關部分進行必要的混凝土回填作業(yè)，促使內部結構更加穩(wěn)定。

3.3 鉆爆法施工

車站項目施工中，對于暗挖斷面較大的風化巖石層，尤其是在花崗巖結構的工況條件下，可采用鉆爆法對相關部位進行開挖成洞。實際施工中，發(fā)現(xiàn)相關圍巖結構，特別是導洞的初期支護結構和鋼管柱會出現(xiàn)一定的擾動，嚴重時可造成相關結構的破損，影響施工作業(yè)開展的連續(xù)性。同時，考慮到爆破位置位于城市的淺埋層，附近有建筑物和管線通道等設施，容易造成相關結構出現(xiàn)破壞，形成一定的經(jīng)濟損失。因此，在鉆爆法施工中，應對安全技術和工作原則做出規(guī)定，促使相關技術應用的安全性與可靠性。

暗挖地鐵車站項目的爆破施工中，應堅持以下方面的設計原則：為合理避免爆破震動，應采用分臺階微差減震的控制方式，對爆破過程進行嚴格監(jiān)督和管理。冠梁下邊墻2m范圍內適宜采用松動爆破方式，降低震動對圍巖的擾動，確保巖體的穩(wěn)定性，確保工程安全。具體施工中，應采取分部爆破的方式，創(chuàng)造多個臨空面，并且以此為基礎，合理利用導爆管段位控制單段起爆藥量，以控制爆破的規(guī)模和范圍。在暗挖地鐵車站項目施工中，對于臨近邊墻、鋼管柱和導洞初期支護結構的周圍區(qū)域應設計減震空眼和采用水壓爆破，由此降低鉆爆法施工對相關結構的影響[3]。

在炮眼布置上，應保證掏槽眼與水平巖面呈現(xiàn)出60°的夾角，并且考慮爆破眼所在巖層的具體紋理狀態(tài)，保持炮眼的方向盡量與巖石的紋理垂直，使得暗挖地鐵車站的掏槽施工具有現(xiàn)實可能性。為保證實際施工效果，需要對掏槽眼和外部輪廓線進行規(guī)格限制。具體施工中，掏槽眼的深度應大于輔助孔30～40cm，并且控制輪廓線周邊孔的間距在35～50cm，由此降低爆破操作對冠梁下圍巖結構的擾動。對于局部欠挖位置，應利用人工操作，以風鎬方式進行修整，促使鉆爆法施工技術的應用更加科學合理。

4 結語

綜上所述，在暗挖地鐵車站項目的施工作業(yè)中，應注重應用扣拱施工、大拱腳施工和鉆爆法施工技術，實現(xiàn)項目施工建設的科學性與完整性。實際工作中，對暗挖地鐵車站拱蓋法初期支護施工的關鍵技術進行研究與探討，并根據(jù)實際工況條件選擇合適的施工方案，可促進項目工程施工技術的發(fā)展與進步。

參考文獻：

[1]康直.暗挖地鐵車站拱蓋法初期支護施工關鍵技術研究[J].建設科技，2019（20）：97-99.

[2]趙迎，高明生.巖溶地區(qū)暗挖地鐵車站復合初支拱蓋法施工穩(wěn)定性研究[J].市政技術，2019，37（3）：137-140+144.

[3]馬占起.拱蓋法在暗挖地鐵車站中的應用[J].鐵道勘察，2019，45（1）：52-58.

（責任編輯：李凌峰）