層狀巖地層超大斷面暗挖車站雙層疊合初支拱蓋法施工技術

張浩然

（中鐵十八局集團市政工程有限公司，天津 300354）

在當前的工程環境下，國內已經展開了有關于拱蓋法的研究，但多數側重于初支以及二襯拱蓋法層面，對于雙層疊合初支拱蓋法的研究相對較少。對此，本文將該技術應用于某市地鐵3號線車站工程中，實踐證明，該技術可以良好地適應工程所在區域的層狀巖地層特性，在進行鉆爆暗挖施工時效果良好。

1 工程概況

某市地鐵3號線車站工程中，車站總長為219.8 m，提出了447 m2的斷面開挖要求。車站設置為單拱雙層地下暗挖形式，區域內地形條件較為復雜，涉及到各類風化砂巖以及泥巖等結構。隧道圍巖部分以Ⅳ級圍巖為主，基于雙層疊合初支拱蓋法施工，車站標準斷面如圖1所示。

2 雙層疊合初支拱蓋法基本原理

（1）出于提升拱蓋穩定性的目的，需要在大拱腳下方區域設置一個縱向冠梁結構，在其作用下可以將來自于拱蓋的上部荷載傳遞給下方的基巖結構。

（2）考慮到大跨或多跨的影響，選定淺埋暗挖的方式對扣拱進行開挖作業，最終完成由小跨到大跨的順利轉換。

（3）基于確保地下高邊墻圍巖穩定性的目的，工程選用了預應力錨索與噴錨支護相組合的方式，由此滿足地下大空間施工要求。

（4）出于控制沉降現象的目的，宜采用減振爆破的方式施工。

圖1 車站標準斷面（單位：mm）

3 雙層疊合初支拱蓋法施工

3.1 施工步序

本工程中采用了雙層疊合初支拱蓋法，嚴格控制單個循環的開挖進尺，即不大于1.5 m。具體的施工步序如圖2所示。

圖2 施工步序

（1）進行左右上導洞1、2的開挖作業，并隨即做好初支工作。

（2）進行3、4的開挖作業，除初支施工外，還需要在大拱腳處設置注漿管并進行注漿，由此形成拱蓋拱腳縱梁。

（3）對上部中導洞5進行開挖，同時設置錨桿等各類支護結構。

（4）進行拱部中央區域的施工并采取拱蓋加強措施，在此基礎上進行中導洞6的開挖作業，此環節需要將臨時豎撐結構拆除。

（5）對下半部分的7進行開挖，兼顧面層混凝土施工。

（6）開挖作業轉移至下半部分，即進行兩側8、9的開挖，同時應設置側墻初支結構。

（7）繼續開挖下部，對兩側10、11展開土體開挖，此環節也需設置側墻初支結構。

（8）進行下半部分12的開挖作業，并設置仰拱初支結構。

（9）繼續進行下半部分13、14的開挖作業，依然需要設置側墻初支結構。

（10）在做好上述工作后開挖15、16，此時應確保初支具有高度的封閉性。

3.2 錨噴施工

3.2.1 錨桿施工

（1）控制主體支護錨桿的規格，以φ25 mm為宜，要求拱部長度為4 m，基于梅花形方式布置。

（2）在進行臨時支護施工時，所需要的錨桿規格以φ22 mm為宜，長度應設置為1.5 m，同樣布置為梅花形。

3.2.2 鋼筋網施工

控制好網片的規格，以φ8 mm@200 mm×200 mm為佳，對于主體部分宜設置雙層形式，對于臨時支護部分則設置為單層網片形式。

3.2.3 鋼支撐施工

在對主體部分進行鋼支撐結構安裝時，宜使用I25b型材料，而對于臨時支撐部分則使用I22a型材料。在對邊墻進行中空錨桿安裝時，其長度為5 m且保持水平，彼此縱向間距50～75 cm。在進行臨時支護鎖腳部分施工時，需使用φ22 mm的砂漿錨桿，單件錨桿長度以1.5 m為宜，縱向間距與中空錨桿相同。

3.2.4 噴射混凝土施工

不同的部分所對應的初支噴射參數存在差異，無論是主體還是臨時初支結構，均需要使用強度為C25的混凝土，但前者厚度以33 cm為宜，后者厚度稍薄，以25 cm為宜。

3.2.5 超前小導管施工

關于體系轉換處的超前小導管，其長度以4 m為宜，而隧道部分則以3.5 m為宜，二者均需要使用規格為φ42 mm的鋼管。

3.3 拱蓋初支施工

（1）在拱蓋拱腳施工時，將拱腳設置在縱梁結構之上。基于提升縱向下側地基穩定性的目的，對大拱腳下的圍巖區域進行注漿加固處理，此環節需設置錨管以及中空錨桿兩部分，經加固處理后應達到中風化巖層強度標準。

（2）基于對初支與拱蓋的連接，可以使二者形成一個穩固的整體結構。施工時在初支中預埋規格為φ22 mm的錨固鋼筋，并采用焊接的方式將其固定在初支拱架上，確保錨入鋼筋深度至少30 cm，此外預留長度應不小于35 cm。

（3）在進行圖2中5的微臺階開挖施工時，應盡可能降低對圍巖的擾動，嚴格控制單次循環進尺，即不可超過2榀拱架。結束5的施工作業后，需要確保拱蓋及時封閉成環，在此基礎上方可展開圖2中6的開挖作業。

（4）因泥巖軟化指標高，當遇到水后極容易出現軟化現象，因此在施工中需要采取洞內防排水措施，避免大拱腳被地下水淹沒現象的發生。

（5）對大拱腳內移以及拱蓋下沉情況做深度監測，當發生緊急情況后可以采取針對性處理措施，如拱部注漿、邊墻注漿，確保施工在安全的環境下進行。

3.4 邊墻及仰拱施工

本文所涉及工程的原方案是將車站下斷面設置為4層開挖的形式，但由于分層施工次數的增加將進一步加劇對支撐土體的擾動幅度，因此經商討后決定采用3層開挖的方式，對應高度分別為2.5 m、3.5 m、3.383 m。基于避免爆破對縱梁造成損傷的目的，在進行第1層施工時應與原設計高度相同，同時需要給每榀安裝根鎖腳錨桿結構，由此提升拱架對縱梁的支撐水平。

3.5 二次襯砌施工

基于提升拱墻襯砌施工效率的目的，引入了9 m自行式模板臺車，將5 cm厚度的模板作為原材料進行加工，由此形成堵頭模板，而后使用邊長為10 cm的方鋼做進一步加固處理。當臺車進行澆筑施工時，遵循自下而上的原則，注重對稱灌注施工，單層灌注高度小于40 cm。為提升結構密實性，以附著式平板振動器為基礎，加之人工振搗的方式。在展開二次襯砌施工時，當結束仰拱初支結構后應隨即進行鋼筋施工，并澆筑混凝土，由此確保拱蓋的穩定性。

3.6 體系轉換

在對車站主體進行施工時，首先應對1號導洞展開施工，當施工到達人防以及普通段區域時則設置2榀密排鋼架結構，在此基礎上繼續進行矩形斷面的開挖作業。在臺階法施工時，需要將循環進尺控制在小于1 m，伴隨著高度的變化確定是否需要設置矩形門型鋼架，同時設置初支結構。此外，在中部區域設置十字鋼橫梁，而后展開開挖作業。

4 結束語

綜上所述，在拱蓋法施工時，必須確保大拱腳下側的圍巖具有足夠的穩定性，要求縱梁具有較高的承載水平，使用錨管以及中空錨桿結構，由此對大拱腳下圍巖區域展開注漿作業，從而起到加固的作用。拱腳縱梁是極為重要的結構，在其作用下可以將上部荷載以均勻的方式傳遞至具有高度穩定性的基巖，加之可行的體系轉換參數，由此確保雙層疊合初支拱蓋法順利進行。