暗挖地鐵車站拱蓋法關鍵施工技術初探

汪劉英

摘要：拱蓋法是近年來發展起來的一種暗挖施工新方法。本文介紹了拱蓋法的工程原理、應用條件、施工過程控制點、工程應用的優缺點，總結地鐵車站采用拱蓋法的依據、施工過程、工程建設控制要點和風險控制措施，突出了拱蓋方法對環境影響小、工序少、效率高、施工安全可靠等優點，在降低投資的同時，可提高工程質量，實現保障安全、工程質量、經濟效益、社會效益的多重目標，對類似工程項目采用拱蓋法施工提供了有益的經驗。

關鍵詞：暗挖地鐵車站拱蓋方法施工技術

該拱蓋方法具備施工工序簡易、影響要素少、地面塌陷小等優勢，可提升地鐵車站工程施工的安全系數，促進地鐵車站按照計劃進程完成。實踐中，相關工作人員應了解清楚拱蓋方式的運用原理，并在實際建筑項目中重點掌握拱蓋工程施工核心技術，以提升地鐵車站建筑施工作業效率。

1拱蓋法簡述

1.1拱蓋法原理

拱蓋法是根據明挖、蓋挖、PBA等工程施工方式而確立的暗挖地鐵站隧道施工方法，關鍵運用于上軟下硬巖石層，是現階段地鐵車站施工過程中運用較多的一種技術。在無強爆或弱爆炸的條件下，運用下伏軟巖的承載能力和穩定性是拱蓋工程施工的核心價值，選用PBA施工技術開展早期基坑支護工程施工，且選用小導洞方法調節基坑支護構造，關鍵技術過程中，選用大拱腳計劃方案，將弧形初基坑支護和二次襯砌構造各自放置平穩的巖石層，產生浮頂。采用全逆、全順作法或混合施工方法，在拱蓋的支撐和保護下建造地鐵車站[1-2]。

1.2拱蓋施工方法的優缺點及要求

1.2.1拱蓋施工的優點和缺點

暗挖地鐵車站的技術類型各種各樣，常見的施工工藝有中洞法、側洞法、PBA法等，這3種工程施工方式已得到實踐的證明。與傳統式的地鐵站暗挖方式相比，拱蓋法的出現就較切實地解決了現有的疑難問題。實踐中選用拱蓋施工技術，從前期準備階段就具備導洞少、工作階段少、工程爆破頻次少等優勢，大大減少了干擾。工程項目中后期施工過程中，臨時性基坑支護費用較低，拆卸量較小，大大減少了資源消耗。導洞邊與導洞中間的接觸面較少，但精準度高，確保了它們中間的密切聯系，使全部支撐點系統更為安全。上后半段竣工后，大規模進行室內工程施工，極大地提高了工效，有利于減少所有施工期。對地鐵站側墻部位的工程施工建設而言，不用開展基坑支護工作就可以確保工程項目的安全性。可是工程施工環節的存在將取決于自然巖石的抗壓強度，且不能人為因素提升圍巖抗壓強度。在側墻下的工程爆破工作中，人為因素只有做預測分析工作，無法具體操縱。

1.2.2拱蓋工程施工規定

建設暗挖地鐵車站工程項目時，在工程施工流程時要對地質環境狀況開展深層次、全方位的勘測，并將其結果作為工藝流程管理方法的一部分。此外，工程建筑的水文條件、自然地理面貌、常見氣溫等自然條件都要進行了解。依據本區域的具體情況進行建筑工程設計工作，所確立的工程施工方案要在企業內部開展多層審查，使相關領導層都能參與其中，最后才能建立工程隊。經確認的施工方案是整個施工的指南，一般不做改動。施工過程中如有異常現象，應及時反饋，并與專業人員進行討論，以合理的形式開展優化調節。要把安全第一的工程施工核心理念貫徹落實到實際中，把超前基坑支護做好，為工作人員的人身安全做好保障。假如發生支撐柱形變問題，要立即開展結構加固，避免隨意亂放。建筑施工應該有專業技術人員指導，執行對工程施工條件的監管，以現場數據為基準進行工程施工。

2拱蓋法工程施工方案的選擇

2.1完全反向方式

全逆作工程施工方案是導洞穿通后，最先開展初期基坑支護拱蓋的工程施工。其次是二次襯砌及土石方工程基坑開挖作業，確保挖出的深度在板鋼以下。最后，依據具體情況明確是否將土石方工程基坑開挖放置基礎位置，并施工部署工程施工方案。在地鐵車站建設工程中，選用全逆作施工技術是一類普遍選用的施工技術，對工程施工作業的穩定度和持續性有較大影響。

2.2全順做計劃方案

全順做工程施工方案是專業技術人員正在進行前期支撐點扣拱以前，必須對施工條件開展檢驗。選用全順作工程施工方案，在前期基坑支護構造工程施工完成后，不會再開展二次襯砌，反而是直接將渣石挖到基礎上，融合側墻、板鋼、拱蓋等構造，相互產生建筑施工的整體性架構。

2.3方案對比

一是全逆作法結構類型具備可靠的特性，不用提升其他關鍵技術負擔。但因為站場一部分為花崗巖構造，且巖石強度比較大，需選用工程爆破方式挖土。充分考慮爆破專業的運用，如對中面板構造的維護不足，易造成相對應的安全風險。為此，必須嚴格管理和控制相關環節[3]。建筑中反向水平接縫過多，接點質量不合格，以及防水措施運用不當等問題，易造成水工現象發生，對工程按進度完成，且完全逆作法上方、下構獨立施工，需分兩次組織基坑開挖構造施工，對當地的勞工組織非常不利。

二是雖然全順作施工工藝的快速推動，促進了土方開挖、面工程施工的安全性、持續、井然有序地開展，使地鐵車站安全施工和品質獲得了有效的保障，但該計劃方案的運用，光憑前期基坑支護設計方案的實際工程施工方案，非常不利于拱蓋法施工工藝運用的合理性和一致性，且基坑支護構造在前期通常需對拱部地質構造開展結構加固，費用較高，影響建筑施工的合理性。此外，建設工程中還面對著二次襯砌的風險，造成高邊軟巖及無縫鋼管柱的可靠性遭受影響。

三是混裝施工工藝的使用主要指半逆法和半順法兩種做法，是在二次襯砌拱蓋的保障下，對洞內土石方工程基坑開挖和產業結構調整。這種技術性的運用，不但展現了該工程項目的建設優勢，并且可以保證地鐵車站工程項目弧形平穩與安全性。為了更好地達到這類效果，可以在與高側墻密切相關的位置對管柱開展結構加固，使管柱構造更為平穩。在暗挖地鐵站建筑施工中，若因為運用了優秀的施工工藝和計劃方案，使建設工程更具有活力，而忽視了無縫鋼管柱壓桿的穩定性問題，則會使施工技術欠缺有效的成分。

3暗挖地鐵車站拱蓋施工工藝

3.1拱頂施工

在暗挖地鐵車站施工中，應明確扣拱施工工藝，設計合理的初支扣拱結構規范，保證了工程施工的安全與穩定。工程前期對扣拱施工技術的運用主要分為以下兩個方面。

第一，開展了初始基坑支護段扣拱段和后側回填土混凝土的工程施工。施工過程中，技術人員需根據兩個導洞的初始支撐點構造開展拆除工作，促進相應構造的運用更平穩，為中后期工程施工給予安全性保障。特別要指出的是，在工程施工前期，應保障埋件扣拱結構時，埋件的接觸面積位置在同樣的水平高度，使扣拱網能確切地連接。

第二，二次襯砌扣拱的工程施工。深入分析地鐵車站工程施工流程中，前期扣拱成功完成后，施工隊伍需依據現場工程施工規定，將正中間部位從地鐵站兩邊向地鐵站兩邊退縮，并沿地鐵站豎向鑿除導洞部分臨時性前期基坑支護構造，施工隊伍需依據現場工程施工規定，沿地鐵站豎向鑿疏導洞。在實踐中，每一鑿的長短都需要明確，實際長短應不大于7m，維持兩個部位同時進行。二次襯砌扣拱的超薄處要超過600mm，為保障工程進度，應用6m長的自行式液壓機模胚輛車或橡膠支座分段進行工作。

3.2大拱腳結構

其工程施工關鍵點及核心價值是運用巖石的承載能力，將前期基坑支護和二次襯砌構造各自放置在雙面崖壁上，進而產生拱蓋樣，此工程施工方式由此得名。實踐工程項目中，根據大拱腳底冠梁可以將拱蓋部分承載力勻稱地配置到對應的支撐構造中。針對地鐵車站建筑施工而言，拱腳的平穩特別關鍵，它會影響全部拱蓋構造的安全性，對工程施工工作的持續性開展起著主導作用。冠梁下圍巖的強度及承載力是確定大拱腳穩定性的前提條件。

據本地地質勘探報告，該工程項目中花崗巖的均值抗拉強度為27MPa，基礎承載能力特征根為1MPa。從工程項目具體承受力構造看來，遮蓋土壤層產生大拱腳的氣體壓強為625kPa。在巖石承載能力確認之后，大拱腳結構將承擔起上方填土產生的絕大多數壓力，這對施工安全具備重要意義。整體上，花崗巖可靠性較強，發掘全過程中未發覺地表水影響問題。為處理由地表水腐蝕導致的部分巖層抗壓強度減少的問題，需要采用必要的控制方法，如大拱腳的軟巖一部分可以開展注漿加固，或將導洞底版挖到風化層巖石層下部位，并且有關位置必須開展混凝土回填工作，促進其內部構造更為平穩。

3.3鉆爆工程施工

在地鐵站建筑施工過程中，對于風化層巖石層、暗挖橫斷面比較大，尤其是在花崗巖構造的工作環境下，可以運用鉆爆方式，將相關位置基坑開挖成洞。在工程施工實踐中，發現相關軟巖構造，尤其是導洞前期基坑支護構造及無縫鋼管柱都會受到相應的影響，嚴重時很有可能造成有關構造的毀壞，影響工程施工的順利開展。此外，由于工程爆破地址在城市淺埋，周邊存有房屋建筑、管路等設備，易造成有關構造的毀壞，產生相應的財產損失。因此，在鉆爆法施工過程中，對安全生產技術及原理作出要求，促進相關技術的安全可靠。深入分析地鐵車站現場工程爆破工作，施工應遵循下列設計原理：為了更好地有效防止工程爆破震動，應選用分階段微差避震控制方法，嚴格監管，以提高工程爆破安全性。梁體下壁2m之內選用疏松工程爆破方法，降低震動對軟巖的影響，確保巖石平穩，確保施工安全。在實際施工過程中，應選用按段工程爆破的方法，造就出多個空港面，并在這個基礎上，科學安排導爆管排位操縱單段爆管劑量，控制工程爆破經營規模和范疇。深入分析地鐵車站建筑施工中，對于其周邊無縫鋼管柱及導洞的前期基坑支護構造，應設計方案避震孔，并選用壓力工程爆破，進而減少鉆爆法工程施工對相關構造的影響。

針對炮眼布置，應確保掏槽眼與水準巖面呈60°角，并充分考慮工程爆破眼所屬巖石層的實際紋路情況，盡可能使炮眼方向與巖層紋路呈豎直狀，使暗挖地鐵車站掏槽工程施工具備實際可能性。為了更好地保證具體的工程施工效果，掏槽孔及外輪廓都有相應的規范限定。在實際施工過程中，掏槽眼的深層要超過輔助孔30～40cm，并且要控制直徑孔位35～50cm，為此降低工程爆破對冠梁下軟巖構造的影響。對部分欠挖位置，應選用人力操作，選用風鎬方法開展整修，使鉆爆法施工工藝的運用更加科學、有效。

4拱蓋施工中的風險控制要點

4.1該場地拱蓋方法的主要風險

4.1.1拱腳不穩定

地下水位對本站威脅較大，車站主體開挖范圍和拱腳以泥巖類為主，泥巖強度不高，變形模量小，由于遇水軟化等特點，對拱蓋法拱腳要求變形要求高的泥巖適應性較差，由于地下水的存在，泥巖基承載力下降造成大拱腳失穩。

防范：加強洞室防滲、控爆開挖，必要時采用機械開挖等。

4.1.2上段兩面墻的臨時支承拆除危險性

拱頂初支施工結束后，要組織拆撐施工，才能進行下段的開挖支撐。但在拆除支撐時，拱架結構的受力方式發生突變，容易導致支護結構開裂、嚴重變形甚至坍塌[4]。

預防性措施：第一，加固拱蓋必須達到強度要求，加固后才能進行支護施工，而地面及洞內的監測數據則應趨于穩定。第二，拆除撐采用分段跳板的方式。從距洞口15～20m處開始跳段拆除，先拆掉2m，根據監測數據的變化，如數據有變化，再拆掉2m，然后監測數據的變化情況，然后再進行2m的跳段監測。

4.1.3影響成渝高速正常運營風險

在拱蓋施工中，上斷面中導洞開挖引起的地面沉降最大，下斷面開挖圍巖變形基本不發展，即中洞開挖至施做加強階段為地表沉降發展最顯著的階段。該站位于老成渝高速正下方，車流量大，速度快，施工中要嚴格控制地面沉降，以免影響成渝高速正常運營[5-6]。

防范措施：第一，加強路面監控，同時對施工影響范圍內的行車采取限速、限流措施。第二，減少中間導洞開掘寬度和循環進尺。第三，中導洞第一層初支尺在施工影響范圍內及時實施限流措施。

4.2施工控制要點

（1）站址泥巖節理裂隙較發育，局部水平層理發育（層厚3～5cm），泥巖、砂巖等工程地質條件較差，應通過注漿措施提高大拱腳圍巖的整體性與承載力。

（2）按照拱蓋法設計理念，加強初支拱（拱）與第一層初支承共同受力，并在下段施工階段承擔全部外荷載作用，因此必須嚴格控制拱蓋施工質量。

（3）下斷面邊墻開挖時，應嚴格控制爆破施工對大拱腳基巖的干擾。

（4）拱蓋法下挖和二層襯砌必須采用雙層疊合初支護，如果拱腳失穩，應對大拱腳進行大拱腳內移，并采用雙層疊合頭支護結構。

5結語

總而言之，在暗挖地鐵車站建筑施工過程中，應主要應用扣拱、大拱腳、鉆爆等施工技術，以做到建設工程的合理性與一致性。在工程施工實踐中，科學研究和討論暗挖地鐵車站拱蓋法前期基坑支護工程施工的核心技術，依據具體工況標準挑選合理的工程施工方案，可以推動建設工程技術的快速發展和進步。

參考文獻

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