地鐵暗挖隧道單線突變雙線轉(zhuǎn)換施工技術(shù)

李 剛

(中鐵十九局集團(tuán)軌道交通工程有限公司 北京 101300)

1 工程概況

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的蓬勃發(fā)展，基礎(chǔ)建設(shè)的逐步擴(kuò)大深化，特別是各個(gè)城市地鐵線路不斷增加，修建技術(shù)得到了長足進(jìn)步，地鐵隧道向長、大、深方向發(fā)展，斷面形式復(fù)雜多變。 深圳地鐵10 號(hào)線1012-2A 標(biāo)甘坑站至涼帽山站區(qū)間，其中右線大里程方向DK22 ＋657.172，設(shè)計(jì)為右線正線與出入段線交匯，右線、出入段線兩個(gè)小斷面匯總進(jìn)入大斷面，大小斷面為突變相接，大斷面寬15.99 m，高11.87 m，圍巖級(jí)別為Ⅲ～Ⅴ級(jí)，采用雙側(cè)壁導(dǎo)洞法施工；右線正線小斷面寬6.5 m，高6 m，圍巖級(jí)別為Ⅲ級(jí)，采用全斷面法施工，大、小斷面的尺寸相差近2.5 倍，給施工帶來很大難度。 現(xiàn)階段小斷面突變至大斷面初支的開挖施工方法基本為傳統(tǒng)的漸變擴(kuò)挖式施工，尺寸差異很大的大小斷面，傳統(tǒng)的漸變擴(kuò)挖式施工難度大，安全風(fēng)險(xiǎn)高，漸變后反掏施工周期長，無法滿足實(shí)際工期要求，施工單位經(jīng)過多位專家及技術(shù)骨干的深入討論，決定采用橫通道施工方法完成大、小斷面轉(zhuǎn)換技術(shù)難題[1]， 該技術(shù)在甘涼區(qū)間得到成功應(yīng)用，安全系數(shù)高，節(jié)約工期，得到業(yè)主、設(shè)計(jì)院一致好評(píng)，為類似工程起到參考借鑒意義。

2 施工方案

小斷面施工完畢，將大斷面按照①、②、③、④、⑤、⑥劃分為6 個(gè)導(dǎo)洞(見圖1)，先用臺(tái)階法漸變反掏開挖①、②導(dǎo)洞，待②導(dǎo)洞進(jìn)尺15 m，在大小斷面端頭處分別施作寬6 m 的上、下部橫通道封閉成環(huán)的矩形洞門；然后開始①導(dǎo)洞向⑤、③導(dǎo)洞橫向沿大斷面上初支輪廓漸變式開挖上部橫通道，隨挖隨撐，直至大斷面左邊緣0.5 m 處停止施工；采用臺(tái)階法開挖②導(dǎo)洞向⑥、④導(dǎo)洞橫向沿大斷面下初支輪廓漸變式開挖下部橫通道，隨挖隨撐，直至大斷面左邊緣0.5 m 處停止施工，橫通道部位全環(huán)支撐體系采用22 工字鋼，間距0.5 m 布置，上下橫通道立柱垂直對正，用鋼板螺栓連接[2]；最后在橫通道大里程端部施作3 榀拱架，向大斷面各導(dǎo)洞方向采用雙側(cè)壁導(dǎo)洞法開挖大斷面。

圖1 大斷面各導(dǎo)洞劃分

3 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

3.1 施工工藝流程(見圖2)

圖2 施工工藝流程

3.2 操作要點(diǎn)

3.2.1 小斷面施工完畢，大斷面施工前準(zhǔn)備

小斷面施工完畢，將掌子面封閉；超前地質(zhì)預(yù)報(bào)探測，檢查洞內(nèi)土體圍巖、溶洞等，為后續(xù)開挖提供安全保證；清理封閉的小斷面掌子面，測量放線，確定施工位置；在小斷面沿隧道環(huán)向1.5 m、水平方向0.8 m梅花形布置注漿孔位。 注漿管為直徑φ42 mm 鋼管，管壁按梅花形布置溢漿孔，注漿壓力1.5 ～2 MPa，水灰比為0.75∶1 ～1∶1，水泥漿與水玻璃的體積比為1∶1 ～1∶0.8，單次注漿深度15 m， 采用后退式方法對圍巖進(jìn)行注漿加固[3]。 注漿時(shí)，將根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際地質(zhì)情況選擇不同的漿液類型，根據(jù)注漿部位的強(qiáng)度要求，隨時(shí)調(diào)整注漿配合比，跳孔施工。

3.2.2 大斷面①、②導(dǎo)洞初支施工

大斷面①、②導(dǎo)洞采用臺(tái)階法漸變反掏開挖，一次開挖步距0.5 m(鋼架間距)，上下臺(tái)階的步距控制在3 ～5 m，①導(dǎo)洞下臺(tái)階與②導(dǎo)洞上臺(tái)階的步距控制在5 m。 每開挖完一步土方，將加工好的臨時(shí)橫撐、豎撐及永久初支鋼架沿導(dǎo)洞開挖方向安裝，并與圍巖密貼，采用鋼板螺栓連接，封閉成環(huán)，并在兩側(cè)打設(shè)鎖腳錨桿，錨桿深度不小于3 m，用鋼筋網(wǎng)及連接筋與臨時(shí)橫撐、豎撐及永久初支鋼架縱向焊接，鋼筋網(wǎng)片搭接不小于10 cm，并對支護(hù)結(jié)構(gòu)噴射混凝土，應(yīng)分段、分片、分層進(jìn)行，由下向上，從無水、少水向有水、多水地段集中，噴嘴與受噴射面應(yīng)保持垂直，距離應(yīng)為1.5 m 左右，保護(hù)層不小于5 cm[4]。

3.2.3 橫通道洞門施工

待②導(dǎo)洞下臺(tái)階進(jìn)尺達(dá)到15 m 后開始施工橫通道洞門，橫通道設(shè)置在小斷面進(jìn)大斷面端頭位置，寬度6 m，見圖3。

圖3 橫通道平面圖

(1)開設(shè)上部橫通道①導(dǎo)洞進(jìn)⑤導(dǎo)洞洞門，在沒割除①導(dǎo)洞臨時(shí)豎撐前先施工洞門，首先在靠近①導(dǎo)洞豎撐頂部內(nèi)邊施工3 道 22a 密排工字鋼縱梁作為上部橫通道洞門頂縱梁，上部橫通道洞門頂縱梁與已完成大斷面①導(dǎo)洞環(huán)向拱架跳榀焊接，縱梁兩端安裝 22a 工字鋼洞門立柱，立柱與頂縱梁用鋼板螺栓連接，在①導(dǎo)洞臨時(shí)橫撐上安裝底縱梁，采用鋼板焊接連接。

(2)開設(shè)下部橫通道②導(dǎo)洞進(jìn)⑥導(dǎo)洞洞門，安裝下部橫通道洞門立柱，位置與上部橫通道洞門立柱垂直對應(yīng)，下部橫通道洞門立柱與①導(dǎo)洞臨時(shí)橫撐采用鋼板焊接連接，立柱底部與大斷面②導(dǎo)洞仰拱拱架焊接連接，安裝下部橫通道洞門底縱梁，底縱梁與立柱鋼板螺栓連接[5]。 見圖4、圖5。

圖4 上、下部橫通道洞門施工

3.2.4 ①、②導(dǎo)洞臨時(shí)豎撐拆除

洞門支護(hù)結(jié)構(gòu)完成后，將①、②導(dǎo)洞上下橫通道洞門范圍內(nèi)的臨時(shí)豎撐全部拆除。 拆除前，在拆除位置增加監(jiān)控量測點(diǎn)，讀取初始值，后跳榀割除，如監(jiān)測數(shù)據(jù)穩(wěn)定可全部拆除臨時(shí)豎撐[6-7]。

3.2.5 上、下部橫通道施工

(1)待橫通道范圍內(nèi)臨時(shí)豎撐拆除完成后即可進(jìn)行上下部橫通道的正常開挖，橫通道采用漸變形式施工。 首先開挖上部橫通道，臺(tái)階法施工，一次開挖步距為0.5 m(鋼架間距)，上下臺(tái)階的步距控制在3 m。 進(jìn)入⑤導(dǎo)洞后橫通道拱頂高程需高于大斷面初支面以上20 cm，底縱梁低于大斷面臨時(shí)橫撐以下20 cm[8]。 橫通道支護(hù)采用22 工字鋼，間距0.5 m 布置，縱梁與立柱采用螺栓連接，進(jìn)洞第一榀拱架架設(shè)緊貼①導(dǎo)洞臨時(shí)豎撐位置，最后一榀拱架需施工至大斷面左邊緣0.5 m 處停止，橫通道立柱兩側(cè)拱腳施作2 根φ25 鎖腳錨桿，長度3 m，錨桿需和橫通道立柱焊接牢固，橫通道全環(huán)設(shè)置單層φ8 鋼筋網(wǎng)片，連接筋φ22 鋼筋間距1 m 布置，噴射25 cm厚混凝土，小里程端頭墻位置施工φ25 中空錨桿，長度4 m，0.5 m×1 m 梅花形布置。 見圖6。

圖5 橫通道洞門 1-1 剖面圖

圖6 上部橫通道拱架設(shè)置

(2)上部橫通道施工完成后即可開始施工下部橫通道，下部橫通道縱梁安裝高度需低于大斷面仰拱拱架底部20 cm，上下橫通道立柱、下部橫通道立柱與底部縱梁均采用螺栓連接，下部橫通道支護(hù)參數(shù)與上部相同，見圖7。

圖7 橫通道拱架設(shè)置

(3)上下部橫通道施工完畢，標(biāo)志著小斷面成功轉(zhuǎn)換進(jìn)入大斷面施工。

3.2.6 大斷面洞門及橫通道初支施工

橫通道施工完成后，在大里程方向靠近橫通道立柱處架設(shè)3 榀拱架，拱架間距0.5 m，需和①、②導(dǎo)洞已施作拱架在同一里程，此3 榀拱架需設(shè)臨時(shí)橫撐、豎撐，并與橫通道頂部縱梁利用工字鋼焊接牢固。 使橫通道進(jìn)大斷面各導(dǎo)洞之前有3 榀已成環(huán)的大斷面拱架。 施工前3 榀大斷面拱架的同時(shí)，將橫通道內(nèi)的大斷面初支全部閉合成環(huán)，但不用施工臨時(shí)支撐[9]。

3.2.7 拆除橫通道臨時(shí)立柱

橫通道內(nèi)的大斷面初支完成后，由于④、⑥導(dǎo)洞進(jìn)洞時(shí)需將橫通道立柱切除，為保證橫通道縱梁安全，在大里程方向進(jìn)洞位置，橫通道縱梁以下設(shè)置兩道橫撐，橫撐兩側(cè)各焊接兩道斜撐，斜撐切割角度需現(xiàn)場量測后再進(jìn)行切割加工[10-11]。

3.2.8 大斷面初支施工

上述工藝流程全部完成后，按設(shè)計(jì)要求采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖大斷面，開挖工序與常規(guī)雙側(cè)壁導(dǎo)坑法一致，在此不作贅述。

4 結(jié)束語

由中鐵十九局集團(tuán)軌道交通工程有限公司施工的深圳地鐵10 號(hào)線1012-2A 標(biāo)甘涼區(qū)間項(xiàng)目，首次應(yīng)用本技術(shù)，從2018 年11 月著手方案比選和理論研究，于2018 年12 月開始應(yīng)用，到2019 年1 月施工完成，歷時(shí)2 個(gè)月，應(yīng)用效果良好，避免了反掏二次開挖帶來的安全風(fēng)險(xiǎn)，并且減少了換拱、拆除支撐的工作量，橫通道形成后將工作面全部拓展開來，各導(dǎo)洞使用小機(jī)械分別開挖，互相不產(chǎn)生干擾影響，有效提升了整體的施工進(jìn)度，節(jié)約人工成本，對比傳統(tǒng)施工技術(shù)，節(jié)約工期至少一個(gè)月[12]。 隨著城市地鐵的不斷發(fā)展，隧道暗挖施工的日益密集，該施工技術(shù)將在以后的施工中得到越來越廣泛的應(yīng)用。