姜 沖
(中鐵隧道集團四處有限公司,南寧 530003)
隨著城市土地資源日益緊缺,發(fā)展地下空間成為解決城市交通問題的一種手段[1-2]。目前在城市地鐵車站施工中常用的施工方法有明挖法、暗挖法、蓋挖法及盾構(gòu)法,各種施工方法各有優(yōu)缺點,通常情況下都會在施工之前根據(jù)實際情況加以確定。其中明挖法是最常見的車站施工方法;但明挖法施工需要比較大的場地,一般都需要對地面建筑物進行拆除。對于地質(zhì)條件不好、洞身埋深較淺、周邊建筑物較多、環(huán)境又較為復(fù)雜、地面無法進行拆遷地段必須采用淺埋暗挖法施工。在繁華的城市中利用淺埋暗挖法修建地鐵車站,不可避免地要穿越地上、地下各種構(gòu)筑物,并且地質(zhì)分布不均、變化萬千,給工程帶來很多困難,如控制不當會造成道路中斷、建筑物倒坍、人員傷亡等重大安全事故。隧道與其他工程相比,其隱蔽性、施工復(fù)雜性、地質(zhì)條件和周圍環(huán)境的不確定性更加突出,大大增加了隧道建設(shè)的難度和施工風(fēng)險[3-6]。
經(jīng)過很多工程的的成功實例,淺埋暗挖法施工的應(yīng)用范圍進一步擴大,由只適用第四紀地層、無水、地面建筑物較少等簡單條件,拓展到非第四紀地層、超淺埋(埋深已縮小到0.8 m)、大跨度、上軟下硬、高水位等復(fù)雜地層及環(huán)境條件下的地下工程中。盡管淺埋暗挖法具有很多優(yōu)點,但也有缺點(應(yīng)用范圍有限就是其中之一)。隨著建設(shè)項目的增多,還需進一步研究新輔助工法和施工工藝,以適應(yīng)各種地層條件、埋深、跨度等方面的要求[7]。本文以重慶地鐵6號線支線高義口車站暗挖施工為實例,結(jié)合淺埋暗挖車站施工特征,詳細介紹了車站淺埋暗挖法施工的輔助施工工藝。
重慶市·西部國際會展中心配套市政交通工程連接禮嘉、黃茅坪、悅來、會展中心等功能區(qū)。起自6號線禮嘉站,終點為會展中心北站。高義口車站設(shè)置于渝北區(qū)悅來鎮(zhèn)新春村,站址位于金興大道(中環(huán)快速干道)悅來立交橋頭,緊鄰金興大道與規(guī)劃大道。車站起始里程為 K8+567.300,終點里程為 K8+764.300。高義口站采用10 m島式站臺,單拱雙層結(jié)構(gòu),車站總長197 m,最大凈寬18.5 m,最大凈高15.2 m。高義口站附屬結(jié)構(gòu)設(shè)風(fēng)井2座、電梯井1座、1個安全出入口和4個出入口(其中1號和4號為預(yù)留出入口)。車站平面位置見圖1。
圖1 高義口車站平面圖Fig.1 Plan layout of Gaoyikou station
車站原狀埋深12~22 m,Ⅳ級圍巖,為部分深埋部分淺埋暗挖車站;但由于車站上方地表為待開發(fā)用地,進行場平施工,場平施工后車站埋深為7~8 m,為超淺埋隧道。車站采用復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu),采用鉆爆法施工。施工時,通過施工通道,作為施工運碴、材料設(shè)備進出的臨時通道。
車站范圍內(nèi)出露的地層由上而下依次為第四系全新統(tǒng)人工填土層、殘坡積層及侏羅系中統(tǒng)上沙溪廟組沉積巖。表層人工填土層主要為素填土,厚度約3~5 m;表層坡積層主要為粉質(zhì)黏土,厚2~5 m;車站埋深范圍內(nèi)為侏羅系中統(tǒng)上沙溪廟組沉積巖,主要為砂質(zhì)泥巖和砂巖,圍巖級別Ⅳ級。本工程場地位于悅來向斜東翼,巖層單斜產(chǎn)出,巖層產(chǎn)狀:340∠9°?;鶐r中主要發(fā)育2組裂隙。
高義口站位于嘉陵江左側(cè)及深切溪溝——張家溪左岸,地形切割較大,總體不利于地下水的賦存,屬水文地質(zhì)條件簡單的區(qū)域。場地覆蓋層薄,大氣降水后大部分沿斜坡排泄至低洼處,少部分沿基巖裂隙滲入基巖形成基巖裂隙水。場區(qū)地下水一般不具腐蝕性。
高義口車站為地下雙層島式車站,采用“曲墻+仰拱”的五心圓馬蹄型斷面。采用鉆爆法施工,圍巖級別為Ⅳ級,車站主體最大開挖寬度為20.740 m,高17.244 m,屬于特大斷面暗挖隧道,采用“雙側(cè)壁導(dǎo)坑法”施工。高義口車站附屬包括4個出入口(其中2個預(yù)留)和2座風(fēng)道。出入口為直墻拱形斷面,暗挖復(fù)合襯砌結(jié)構(gòu),出入口凈寬6.5 m,凈高4.935 m;風(fēng)道為曲墻馬蹄形斷面,暗挖復(fù)合式襯砌,風(fēng)道凈寬13.4 m,凈高12.33 m。
車站主體初期支護采用型鋼拱架、中空注漿錨桿、鋼筋網(wǎng)、C25早強鋼纖噴射混凝土組成,并輔以自進式中空注漿錨桿超前支護措施。二次襯砌采用C40P12鋼筋混凝土,隧道防水等級為Ⅰ級,在初期支護和二次襯砌之間設(shè)置柔性全包式防水層,并在襯砌拱頂設(shè)置注漿孔進行注漿防水。高義口車站施工參數(shù)見表1。
高義口車站完成由施工通道小斷面向車站大斷面的轉(zhuǎn)換后,先進行車站左側(cè)壁導(dǎo)坑開挖,右側(cè)壁導(dǎo)坑緊隨左側(cè)壁導(dǎo)坑開挖,錯開安全距離10 m,雙側(cè)壁導(dǎo)坑開挖完后,開挖雙側(cè)壁核心土20 m,開始拼裝模板臺車,二次襯砌緊隨開挖及初期支護施工。
為保證車站總體工期,當大里程方向左側(cè)壁導(dǎo)坑開挖支護完成20 m后,立即組織車站往小里程方向左側(cè)壁導(dǎo)坑開挖,同理組織右側(cè)壁導(dǎo)坑開挖。先開挖上臺階,當開挖至各出入口及風(fēng)道相交處時,上導(dǎo)坑繼續(xù)開挖,待主體結(jié)構(gòu)通過后,切割風(fēng)道接口部位鋼架,再進行風(fēng)道開挖。高義口車站施工步序見圖2,施工順序見圖3。
表1 高義口車站斷面施工參數(shù)表Table 1 Construction parameters of the cross-section of Gaoyikou station
圖2 高義口車站施工步序圖Fig.2 Construction schedule of Gaoyikou station
高義口車站隧道采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工,出入口通道采用上下臺階法施工,風(fēng)道采用單側(cè)壁導(dǎo)坑法施工。車站開挖由施工通道分別向大小里程2個方向開挖;由于車站上方為場平施工區(qū)域,大里程方向高程較低,開挖由大里程方向向小里程方向開挖,大里程方向最先開挖至場平標高。拱墻襯砌由車站小里程向大里程方向襯砌,3部和4部核心土須等待襯砌緊跟后方能拆除。由于車站上方場平施工、洞身埋深較淺及緊靠離悅來立交、金興大道及規(guī)劃大道的影響,車站洞身開挖采用履帶液壓地質(zhì)鉆機鉆設(shè)減震孔。減震孔施工完成后,核心土進行控制爆破,掏槽區(qū)設(shè)中空大孔減震,減震帶到開挖邊線部分進行二次爆破。車站大里程方向2號風(fēng)道與車站交叉,為確保道路、立交及上方場平施工安全,車站右1部施工至車站大里程端頭后,進行2號風(fēng)道開挖,2號風(fēng)道開挖采用靜態(tài)爆破方式進行。
施工通道與車站隧道正交于里程K8+664.85處,由于車站隧道斷面大,施工通道與車站主洞在墻部和大拱腳處相交相接,受力復(fù)雜,須精心組織,確保施工安全。
在通道施工至與車站邊墻初支相切處時,設(shè)“現(xiàn)澆鋼筋混凝土門柱+H型鋼橫梁”組合門架,以支撐車站隧道開口處的初支格柵鋼架。從車站襯砌內(nèi)輪廓往外2.5 m范圍的施工通道采用40 cm厚二次襯砌進行加強。交叉口處通道初期支護及二次襯砌施工完畢強度達到85%以后,開始車站洞室擴挖。通道進車站采用轉(zhuǎn)換通道逐漸爬高至主洞拱頂外,將主洞拱部范圍開挖出來,施工通道開挖至車站主體隧道初支外輪廓后,采用人工方式擴挖門柱基礎(chǔ)、門柱及門架橫梁,擴挖完成后及時噴射5 cm厚C20混凝土封閉巖面,門柱坑壁巖面施作φ25藥卷錨桿,間距2.0 m,長3.5 m帶0.3 m彎折,然后綁扎門柱基礎(chǔ)、門柱鋼筋及柱頂?shù)啬_螺栓,安裝模板,澆筑C30混凝土。待門柱混凝土達到設(shè)計強度后,開始安裝門架橫梁。門架橫梁由2根長度7.5 m的HM400×300型鋼拼裝而成,每根H型鋼分為2.4 m+2.7 m+2.4 m 3段,接頭采用鋼板及M16高強螺栓連接,門架橫梁端部采用鋼板與M30預(yù)埋地腳螺栓與門柱連接(如圖4所示)。門架橫梁采用裝載機提升安裝,鋼梁安裝完成后,噴射10 cm的C25混凝土封閉。開挖至施工通道對面車站邊墻后,分段拆除臨時門架支撐,開始向大小里程向開挖挖車站主體隧道,轉(zhuǎn)入車站正常施工。
車站隧道均采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法進行開挖,嚴格按照1.5 cm/s的震速要求進行控制爆破。由于車站上方場平施工、洞身埋深較淺及緊靠離悅來立交、金興大道及規(guī)劃大道的影響,車流量較大,車站洞身開挖采用履帶液壓地質(zhì)鉆機鉆設(shè)減震孔,考慮到鉆機的高度,在開挖邊線內(nèi)約0.5~0.8 m位置鉆孔取芯。拱部減震孔施工采取渣土回填至距洞頂3 m高位置,臺階長約為5 m,機械設(shè)備在該臺階上進行鉆孔施工;減震孔的高度下降,該臺階高度隨之下降,直至施工完畢為止。
減震孔施工完成后,核心土進行控制爆破,掏槽區(qū)設(shè)中空大孔減震。減震帶到開挖邊線部分進行二次爆破,每循環(huán)進尺控制在0.6~0.8 m,根據(jù)監(jiān)控量測情況進行調(diào)整。
減震帶采用履帶式潛孔鉆機(履帶液壓地質(zhì)鉆機)鉆設(shè),鉆孔采用φ150孔。中空減震孔采用履帶式潛孔鉆機外鉆設(shè),鉆孔采用φ150大孔,環(huán)向間距為30 cm,共布設(shè)兩圈(如圖5所示)。每次鉆孔長度控制在10 m以內(nèi)。
圖5 隧道減震孔布置圖Fig.5 Layout of shock absorption holes
由于2號風(fēng)道車站上部交叉處位于車站隧道斷面的弧形部位,且圍巖破碎,不能承重、周邊環(huán)境復(fù)雜(緊靠離悅來立交、金興大道及規(guī)劃大道,車流量較大,且車站上方場平施工車輛須通過此段)。為保證施工安全,當車站主體開挖到距附屬結(jié)構(gòu)處,繼續(xù)施工,車站主體全部通過后,噴射混凝土強度達到100%后,再破除風(fēng)道接口部位的噴射混凝土,切割1號風(fēng)道接口部位鋼架,再進行風(fēng)道施工,風(fēng)道采用CD法施工,風(fēng)道開挖采用采用靜態(tài)破碎劑脹裂巖石、液壓錘破碎巖石、人工手持風(fēng)鎬修整成型的方法,嚴格控制炸藥量。風(fēng)道開挖在導(dǎo)坑周邊初期支護和臨時支護,架設(shè)型鋼鋼架,并設(shè)鎖腳錨桿(見圖6)。同時,在洞口段,拱頂120°范圍內(nèi)設(shè)置R25自進式中空注漿錨桿,長8.0 m,環(huán)距0.4 m,縱距3.5 m,外插角10°,共布設(shè)2環(huán)。同時為防止道路及車站上方車輛對交叉口的影響,在交叉口段上方50 m范圍內(nèi)的道路上滿鋪10 mm后鋼板,較少車輛行駛對隧道擾動。
圖6 風(fēng)道接口縱斷面圖Fig.6 Longitudinal cross-section of connection of ventilation tunnel
5.3.1 靜態(tài)爆破輔助機械人工開挖
2號風(fēng)道開挖采用靜態(tài)破碎劑脹裂巖石、液壓錘破碎巖石、人工手持風(fēng)鎬修整成型的方法,出碴采用人工轉(zhuǎn)運至出入口明挖段地面后由機械裝車外運。
1)施工工藝流程
靜態(tài)爆破施工工藝流程為施工前準備—爆破設(shè)計—鉆孔—裝藥—機械結(jié)合人工二次破碎—開挖出碴。
2)施工工藝及主要技術(shù)措施
①設(shè)計布眼。布眼前首先要確定至少有一個以上臨空面(自由面),鉆孔方向應(yīng)盡可能做到與臨空面(自由面)平行??拙嗯c排距布置見表2和表3。
表2 孔距與排距布置表Table 2 Layout of row pitch and array pitch
2號風(fēng)道地質(zhì)多為砂質(zhì)泥巖和砂巖,巖體較完整,且無臨空面,因此孔距×排拒采用20 cm×20 cm。
開挖鉆孔孔徑為φ42 mm,孔深為1.0 m(開挖循環(huán)進尺0.5~1.0 m),靜態(tài)破碎劑延孔深全長裝藥。
表3 布孔設(shè)計參數(shù)表Table 3 Parameters of pitch design
②鉆孔。孤立的巖石和混凝土塊鉆孔深度為目標破碎體80% ~90%;大體積需要分步破碎的巖石和混凝土塊,鉆孔深度可根據(jù)施工要求選擇,一般在1~2 m較好,本設(shè)計為1.0 m。裝藥深度為孔深的100%。
③二次破碎及開挖出碴。采用液壓巖石破碎機分解開裂的巖石,局部小塊孤石采用人工手持風(fēng)鎬破除由機械裝車外運。
5.3.2 2號風(fēng)道與主體隧道交叉口襯砌施工
當2號風(fēng)道開挖支護完成后,須等待主體隧道拱墻襯砌跟進至2號風(fēng)道交叉口邊緣,此時嚴禁開挖交叉口段主體隧道3部和4部核心土。為防止出現(xiàn)群洞效應(yīng),需先施工2號風(fēng)道交叉段2.5 m范圍內(nèi)的拱墻襯砌(含2號風(fēng)道與主體隧道交叉口中間部位的立柱及頂部暗梁),2號風(fēng)道與車站主體交叉口斷面圖見圖7。2號風(fēng)道交叉口處拱墻襯砌強度達到75%后方可分段進行車站主體核心土開挖,開挖長度不得超過9 m。
圖7 2號風(fēng)道與車站主體交叉口斷面圖Fig.7 Cross-section of the crossing between No.2 ventilation tunnel and main station body
本文通過通道進入車站主體轉(zhuǎn)換施工、周邊鉆設(shè)減震孔減震施工、靜態(tài)爆破施工等輔助施工措施,與淺埋暗挖法施工理念進行有效結(jié)合,不但進一步拓寬了淺埋暗挖法的適用范圍,而且有效降低了施工對周邊環(huán)境的影響,提高了施工的機械化程度,加快了施工進度。
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