范育輝

(中鐵隧道集團(tuán)四處有限公司，重慶 401147)

0 引言

軌道交通作為城市重大的公益性基礎(chǔ)設(shè)施工程，近年來(lái)飛速發(fā)展。城市快速軌道交通 (地鐵與輕軌)以其運(yùn)量大、速度快、安全可靠、準(zhǔn)點(diǎn)舒適的技術(shù)性能，迅速成為大城市公共客運(yùn)交通的骨干，是大眾化、大運(yùn)量、獨(dú)立專用軌道的城市客運(yùn)系統(tǒng)。同時(shí)又是城市的大型基礎(chǔ)工程，所以在城市建設(shè)總體規(guī)劃中占有十分重要的地位，并且對(duì)城市建設(shè)和規(guī)劃發(fā)展具有明顯的導(dǎo)向作用［1］。修建車站常用方法有淺埋暗挖法、明挖法、蓋挖法、拱蓋法、PBA法等，均根據(jù)不同的地理環(huán)境和水文、地質(zhì)條件、工期及造價(jià)要求等被普遍采用，并不斷取得技術(shù)進(jìn)步。高義口站是重慶市軌道交通6號(hào)線會(huì)展中心支線的中間站，上承黃茅坪站，下接會(huì)展中心站，為單拱雙層結(jié)構(gòu)地鐵車站。車站上方地表為待開(kāi)發(fā)用地，無(wú)大型建構(gòu)筑物。車站埋深15～37 m，圍巖級(jí)別Ⅳ級(jí)，為部分深埋部分淺埋暗挖車站。車站結(jié)構(gòu)按抗震基本烈度為6度設(shè)防。車站結(jié)構(gòu)按設(shè)計(jì)使用年限為100年的要求進(jìn)行耐久性設(shè)計(jì)。

1 工程概況

重慶·國(guó)際會(huì)展中心配套市政交通工程(會(huì)展中心—禮嘉段)，主要位于主城區(qū)渝北區(qū)及北部新區(qū)，屬城市待開(kāi)發(fā)區(qū)域。里程樁號(hào)為K0+000～K12+213，長(zhǎng)約為12.055 km，共設(shè)5個(gè)站，分別為平場(chǎng)站、黃茅坪站、高義口站、會(huì)展中心站、會(huì)展中心北站。其中，平場(chǎng)站、黃茅坪站、高義口站為暗挖車站，會(huì)展中心站和會(huì)展中心北站為明挖車站?，F(xiàn)就高義口站為例進(jìn)行詳細(xì)介紹。

高義口車站起始里程為K8+567.300，終點(diǎn)里程為K8+764.300。高義口站采用10 m島式站臺(tái)，單拱雙層結(jié)構(gòu)，車站總長(zhǎng)197 m，最大凈寬18.5 m，最大凈高15.2 m，車站主體開(kāi)挖斷面面積309.6 m2。車站埋深15～37 m，圍巖級(jí)別Ⅳ級(jí)，為部分深埋部分淺埋暗挖車站。車站采用復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)，采用鉆爆法施工。車站上方地表為待開(kāi)發(fā)用地，無(wú)大型建構(gòu)筑物。車站地表暫定規(guī)劃標(biāo)高為275～285 m，按此規(guī)劃實(shí)施后車站埋深12～22 m，為淺埋暗挖車站。合同工期為2010年7月1日—12月30日，工期非常緊張。

高義口站地貌類型屬于構(gòu)造剝蝕丘陵區(qū)。地形總體特征西高東低，地面高程269～301 m，地形相對(duì)高差一般為10～30 m，地形總體坡角一般5～10°。場(chǎng)地東側(cè)有一道高約15 m的邊坡，邊坡坡角約60°。

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(jiǎn)單的區(qū)域。場(chǎng)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的基巖中形成基巖裂隙水。

2 擬采用方案

本站頂部覆蓋層厚約15～37 m，從節(jié)約投資，減小施工對(duì)地面交通及周邊環(huán)境的影響等因素考慮，明挖施工不適合，適合采用暗挖法施工。

2.1 方案1

根據(jù)圍巖條件、斷面大小、支護(hù)方法等確定初步設(shè)計(jì)采用拱蓋法。

拱蓋法施工是一種新的施工工藝，是拱和蓋的結(jié)合，是地鐵車站蓋挖法施工和扣拱施工的結(jié)合，多應(yīng)用于采用暗挖鉆爆法施工的地鐵車站［2］。

拱蓋法施工施工步驟如下:

1)拱部側(cè)導(dǎo)洞開(kāi)挖支護(hù)。開(kāi)挖拱部左導(dǎo)洞和拱部右導(dǎo)洞并施做初期支護(hù)，兩導(dǎo)洞前后錯(cuò)開(kāi)不小于10 m。在拱部導(dǎo)洞外側(cè)打設(shè)錨桿加固大拱腳處圍巖。

2)拱部剩余巖體開(kāi)挖支護(hù)。開(kāi)挖拱部剩余中間圍巖，施作初期支護(hù)、臨時(shí)豎向拱架，并施做兩側(cè)冠梁。

3)拱部二次襯砌施工。分段拆除拱部臨時(shí)支撐，敷設(shè)防水層，施作拱部二次襯砌并預(yù)留側(cè)墻施工縫，同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，及時(shí)調(diào)整分段長(zhǎng)度。

4)下部開(kāi)挖支護(hù)施工。放坡開(kāi)挖車站下部圍巖。由上至下開(kāi)挖車站下部?jī)蓚?cè)圍巖，每步開(kāi)挖至當(dāng)層錨桿下0.5 m，施做完錨桿及噴射混凝土后進(jìn)行下一步開(kāi)挖。

5)仰拱及側(cè)墻二次襯砌施工。敷設(shè)底板及側(cè)墻防水層，采用順做法施作主體結(jié)構(gòu)。

2.2 方案2

采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開(kāi)挖，從施工通道進(jìn)洞，采用鉆爆法向車站兩端施工。車站上方同時(shí)進(jìn)行場(chǎng)平施工。

在城市軟弱圍巖底層中，在淺埋條件下修建地下工程，以改造地質(zhì)條件為前提，以控制地表沉降為重點(diǎn)，以格柵(或其他鋼結(jié)構(gòu))和錨噴作為初期支護(hù)手段，遵循“新奧法”大部分原理，按照“十八字”原則(管超前，嚴(yán)注漿，短進(jìn)尺，快封閉，強(qiáng)支護(hù)，勤量測(cè))進(jìn)行隧道淺埋暗挖的設(shè)計(jì)和施工［3］。

淺埋暗挖技術(shù)從減少地表沉降的要求角度出發(fā)，必須要求初期支護(hù)具有一定剛度，同時(shí)，還必須輔之與其他配套技術(shù)，如地層加固，降水等。根據(jù)斷面大小選擇暗挖方法。高義口站開(kāi)挖跨度20.7 m，因此采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法進(jìn)行施工。

2.3 方案3

考慮高義口車站為全線工期控制點(diǎn)，擬采用三臺(tái)階法進(jìn)行開(kāi)挖。由施工通道進(jìn)入車站站廳層相背開(kāi)挖。上臺(tái)階開(kāi)挖斷面134 m2，開(kāi)挖支護(hù)采用多功能作業(yè)平臺(tái)進(jìn)行，嚴(yán)格按照“管超前、短進(jìn)尺、快循環(huán)”原則進(jìn)行。上斷面開(kāi)挖支護(hù)完成后，由車站端頭進(jìn)行中、下臺(tái)階開(kāi)挖支護(hù)，臺(tái)階長(zhǎng)度為1～1.5倍洞徑。車站襯砌施工緊跟下臺(tái)階施工。施工過(guò)程中，加強(qiáng)地面監(jiān)控量測(cè)的控制和洞內(nèi)拱頂沉降及側(cè)墻收斂觀測(cè)，其目的和意義就在于通過(guò)將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與預(yù)測(cè)值做比較，判斷上一步施工工藝和施工參數(shù)是否符合或達(dá)到預(yù)期要求，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)下一步的施工工藝和施工進(jìn)度控制。

3 方案對(duì)比

3.1 拱蓋法

拱蓋法一般應(yīng)用于Ⅳ級(jí)以上圍巖、地質(zhì)條件較好的市內(nèi)主要干道，不允許采用蓋挖法或明挖施工的地鐵車站。拱蓋法優(yōu)點(diǎn):1)導(dǎo)洞少，工序少，爆破次數(shù)少，擾動(dòng)次數(shù)少;2)支護(hù)簡(jiǎn)單，初期支護(hù)拆除少，廢棄工程量小;3)導(dǎo)洞與導(dǎo)洞間的連接點(diǎn)少，支護(hù)體系有保證;4)拱蓋形成后，即可大面積作業(yè)，效率高，工期縮短;5)對(duì)于圍巖為中風(fēng)化板巖，不用打樁;6)車站邊墻施工預(yù)應(yīng)力錨索，無(wú)臨時(shí)支撐，保證施工安全。缺點(diǎn)是圍巖強(qiáng)度要求高，冠梁下側(cè)墻部位弱爆破難以控制。

3.2 雙側(cè)壁導(dǎo)坑法

雙側(cè)壁導(dǎo)坑法也稱眼鏡工法，也是變大跨度為小跨度的施工方法，其實(shí)質(zhì)是將大跨度分成3個(gè)小跨度進(jìn)行作業(yè)，主要適用于地層較差、單側(cè)壁導(dǎo)坑法無(wú)法滿足要求的隧道工程。該工法工序較復(fù)雜，導(dǎo)坑的支護(hù)拆除困難、鋼架連接困難，而且成本較高、進(jìn)度較慢。該工法主要適用于地層較差的、可采用人工或人工配合機(jī)械開(kāi)挖的Ⅳ級(jí)和V級(jí)圍巖地層、不穩(wěn)定巖體及淺埋段、偏壓段、洞口段。

3.3 臺(tái)階法

臺(tái)階法開(kāi)挖速度快、作業(yè)面多，但對(duì)上斷面屬大斷面隧道，隧道開(kāi)挖后施作初期支護(hù)工序時(shí)間較長(zhǎng)，不安全。鑒于要與車站上方場(chǎng)平施工錯(cuò)開(kāi)時(shí)間，同時(shí)為車站附屬工程提供時(shí)間，臺(tái)階法在進(jìn)度上具有較大優(yōu)勢(shì)。

3.4 其他

3.4.1 中洞法

中洞法是以CD法和CRD法為基礎(chǔ)，繼側(cè)洞法和洞樁法(PBA)之后發(fā)展起來(lái)的一種開(kāi)挖大型淺埋暗挖地下洞室的新工法。中洞法施工時(shí)，由于中洞的二次襯砌澆筑與中洞開(kāi)挖和初期支護(hù)質(zhì)檢的時(shí)間間隔較短，中洞二次襯砌結(jié)構(gòu)在初期支護(hù)變形尚未完成時(shí)已經(jīng)參與工作;同時(shí)在側(cè)洞開(kāi)挖時(shí)，圍巖體應(yīng)經(jīng)形成的力學(xué)平衡再次被改變，需要與襯砌結(jié)構(gòu)共同變形重新達(dá)到新的平衡，已形成的中洞二次襯砌結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)將又一次發(fā)生變化。這些問(wèn)題在實(shí)際工程中并未得到深入考慮和研究，因而會(huì)造成一系列工程問(wèn)題［4］。

3.4.2 暗挖洞樁法

PBA法的不足:1)導(dǎo)洞多、工序多、爆破次數(shù)多、擾動(dòng)地層次數(shù)多;2)支護(hù)復(fù)雜、初期支護(hù)拆除多、廢棄工程量大;3)導(dǎo)洞與導(dǎo)洞間的連接點(diǎn)多，支護(hù)體系比較薄弱;4)進(jìn)度慢、成本大、浪費(fèi)多;5)“PBA法”對(duì)圍護(hù)樁的垂直度難以保證，施工工藝復(fù)雜，工序轉(zhuǎn)換多，接縫較多，外防水層質(zhì)量較難保證，特別市很多部位無(wú)法使用插入式振搗器振搗［5-8］。優(yōu)點(diǎn)是掘進(jìn)過(guò)程比較安全。

3.4.3 側(cè)洞法

側(cè)洞法施工導(dǎo)洞多。對(duì)于群洞而言，施工前應(yīng)進(jìn)行必要的地層變位分階段的分配控制，設(shè)定分階段的控制基準(zhǔn)值，并采取措施予以確保，才能較好地實(shí)施對(duì)地層的變位控制。用側(cè)洞法施工時(shí)，必須做好力系轉(zhuǎn)換:兩側(cè)洞二次襯砌施作時(shí)，需破除臨時(shí)初期支護(hù)，這將打破原有結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定與平衡，必須采取有效措施進(jìn)行力的平穩(wěn)轉(zhuǎn)換，同時(shí)應(yīng)根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果決定二次襯砌的施工長(zhǎng)度、順序和時(shí)機(jī);中洞土體開(kāi)挖時(shí)，將引起側(cè)洞二次襯砌結(jié)構(gòu)受偏壓作用，此時(shí)也必須解決好力的平衡與轉(zhuǎn)換問(wèn)題［9］。

中洞法、側(cè)洞法、PBA法多應(yīng)用于軟巖及土質(zhì)地層;而通過(guò)各方論證，鑒于工程工期比較緊張，高義口站選擇臺(tái)階法進(jìn)行施工。

4 臺(tái)階法控制要點(diǎn)

4.1 設(shè)計(jì)參數(shù)

支護(hù)參數(shù):超前支護(hù)采用R51自進(jìn)式中空錨桿，長(zhǎng)6.0 m，環(huán)距0.4 m，縱距5 m;拱架為I22b工字鋼，間距0.6m;錨桿為R28中空注漿錨桿，長(zhǎng)4 m，間距1.0 m×0.8 m，梅花形布置;鋼筋網(wǎng)采用雙層φ8鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格尺寸為20 cm×20 cm;噴射混凝土采用C25鋼纖維混凝土，厚度為30 cm;二次襯砌鋼筋主筋為φ32螺紋鋼，縱向主筋φ22螺紋鋼，襯砌厚度為70 cm。

4.2 施工控制要點(diǎn)

1)根據(jù)斷面尺寸，設(shè)計(jì)合理作業(yè)臺(tái)架，為作業(yè)提供舒適平臺(tái)。

2)嚴(yán)格控制開(kāi)挖進(jìn)尺，采用光面爆破，嚴(yán)格控制周邊眼間距，合理用藥及裝藥方式。

3)為保證立拱質(zhì)量，鋼架接頭處連接鋼板在螺栓連接后，兩塊鋼板間還需三邊圍焊，應(yīng)等強(qiáng)度連接。拱腳處將設(shè)計(jì)2根鎖腳錨桿變更為4根鎖腳錨管。

4)根據(jù)每道工序的合理施工時(shí)間，進(jìn)行人員機(jī)械配備，從而縮短循環(huán)作業(yè)時(shí)間，并做到及時(shí)封閉。詳細(xì)配置見(jiàn)表1。

表1 人員機(jī)械配備表Table 1 Labors and equipments

5)在中下臺(tái)階開(kāi)挖過(guò)程中，應(yīng)避免同一斷面的拱架同時(shí)落底。

6)初期支護(hù)必須有一定剛度，要起到支撐作業(yè)，不能完全利用圍巖的自承能力。

7)及時(shí)封閉仰拱，仰拱距下臺(tái)階開(kāi)挖面不得大于10 m。

8)及時(shí)監(jiān)控量測(cè)圍巖，觀察拱頂沉降、拱腳收斂情況，并據(jù)此調(diào)整初期支護(hù)參數(shù)。

5 施工效果

施工過(guò)程中對(duì)洞內(nèi)的沉降、收斂進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)均處于穩(wěn)定狀體，無(wú)異常情況出現(xiàn)。從洞內(nèi)的位移及應(yīng)力監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)綜合分析可以得出圍巖體已主動(dòng)發(fā)揮了其自承能力，圍巖體沒(méi)有過(guò)大的松弛而喪失其承載能力。圍巖與初期支護(hù)密貼，充分發(fā)揮了圍巖在協(xié)調(diào)變形的情況下初期支護(hù)柔性支護(hù)的作用。型鋼拱架、錨桿及噴射混凝土工作狀態(tài)正常。已支護(hù)的初期支護(hù)沒(méi)有出現(xiàn)任何的裂紋線，初期支護(hù)參數(shù)可靠、合理，施工方案與工程場(chǎng)區(qū)的巖土體地質(zhì)條件相匹配。

6 結(jié)論與討論

通過(guò)重慶軌道交通6號(hào)線3個(gè)車站的施工實(shí)踐，充分體現(xiàn)了的臺(tái)階法在外界干擾少、圍巖較好的情況下運(yùn)用的優(yōu)點(diǎn):

1)施工快速、工序簡(jiǎn)單、便用組織，有效保證了工期要求;

2)減少了導(dǎo)洞、工序較少、爆破次數(shù)減少、擾動(dòng)地層次數(shù)少;

3)支護(hù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)臨時(shí)支護(hù)、無(wú)廢棄工程量、成本小、浪費(fèi)少;

4)上斷面開(kāi)挖時(shí)，斷面大、風(fēng)險(xiǎn)較高;

5)襯砌施工采用整體模板臺(tái)車，大大減少施工縫，結(jié)構(gòu)防水質(zhì)量大大提高。

目前，車站開(kāi)挖支護(hù)已全部完成，主體結(jié)構(gòu)施工也以接近尾聲，為后續(xù)工作施工提供了較為充足的時(shí)間。

施工實(shí)踐證明，高義口車站采用該方案切實(shí)可行，確保了工期要求，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益，為以后類似工程施工提供了一些參考。

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