李祥東，王 偉

(1.青島地鐵集團有限公司，山東青島 266071;2.中鐵隧道集團二處有限公司，河北三河 065201)

0 引言

城市地鐵建設因受到城市地面既有建筑及管線等影響，多采用暗挖法施工［1］。作為新奧法的一個分支，雙側(cè)壁導坑法已占據(jù)了重要位置［2－4］，對第四紀地層特別是軟土地層，對大斷面隧道傳統(tǒng)或常規(guī)多采用雙側(cè)壁，但對巖層有無必要及開挖方案值得探索。

國內(nèi)學者對雙側(cè)壁導坑法也有很多研究，如軟弱圍巖開挖的地表沉降規(guī)律［5］;雙側(cè)壁導洞出洞的技術處理方案［6］;施工參數(shù)如支撐形式和開挖拆撐長度等方面的優(yōu)化［7］;通過數(shù)值模擬分析隧道圍巖應力和位移特征等因素研究雙側(cè)壁導坑法［8］;施工工藝及技術應用等研究［9］。實踐證明:雙側(cè)壁導坑法較為安全，但開挖分部較多，支撐支拆量大，不利于進度控制［10］，留設核心巖柱法減少了導洞開挖個數(shù)及支撐支拆數(shù)量，加快施工進度［11］，如重慶地鐵車站采用全斷面留設核心巖柱且作為初期支護應用［12］。本文以青島市地鐵一期工程(3號線)太平角公園站－延安三路站區(qū)間存車線大斷面的設計及方案為依托，通過施工工法的優(yōu)化與調(diào)整，結合監(jiān)測數(shù)據(jù)可知，預留核心土開挖技術具有安全可靠、施工簡化、節(jié)約成本及加快進度等優(yōu)點。

1 工程概況

1.1 工程位置與周邊環(huán)境

青島市地鐵一期工程(3號線)太平角公園站－延安三路站區(qū)間位于香港西路下方，其中 K5+795.864～K6+000里程段為單洞四線存車線大斷面，開挖支護采用雙側(cè)壁導坑法(2層6部)，穿越新湛二路、東海一路與香港路的交會點;北側(cè)有光大銀行、裕源大廈等高層建筑;南側(cè)局部有7層以下的磚混結構建筑。該段隧道由延安三路站1號風道西側(cè)新增的橫通道作為施工通道進行施工，平面位置關系見圖1。

圖1 存車線大斷面施工平面位置圖Fig.1 Plan sketch of large cross-section tunnel section

1.2 工程水文地質(zhì)概況

存車線B2斷面隧道頂部埋深約18 m，地面以下地質(zhì)情況依次為素填土層，厚度為1.0～1.5 m，局部含砂黏土層0～2.5 m，全風化花崗巖層0～1 m，強風化花崗巖層7～9 m，中風化花崗巖2.7～7.5 m，往下至隧道拱頂微風化花崗巖層1～5 m。隧道結構基本位于微風化花崗巖層，局部存在塊狀碎裂帶。右線B2斷面隧道頂部埋深約18.5 m，地面以下地質(zhì)情況依次為雜填土層1.2～2 m，局部含砂黏土層0～8.7 m，局部粉質(zhì)黏土層0～3.5 m，全風化花崗巖層0～2 m，強風化花崗巖層3～20.5 m，中風化花崗巖1.5～7 m。隧道結構基本位于微風化、中風化花崗巖層，局部位于強風化花崗巖下壓帶。圍巖分級為Ⅲ級。

1.3 設計概況

B2斷面尺寸為寬21.5 m，高13.2 m，初期支護襯砌為350 mm厚C25噴射混凝土，主筋為φ25的鋼格柵，間距 0.5 m/榀，雙層鋼筋網(wǎng) φ8@200 mm ×200 mm，φ22 砂漿錨桿、L=3.5 m、環(huán)向 × 縱向 =1 000 mm×500 mm。二次襯砌為700 mm厚C45、P10防水混凝土。B2斷面結構圖見圖2。

2 施工方法優(yōu)化與調(diào)整

2.1 雙側(cè)壁導坑6部預留核心土開挖

2.1.1 優(yōu)化后的施工開挖步序

雙側(cè)壁導坑預留核心土施工步序及要點如圖3所示。先開挖1部和2部，再開挖3部，先后錯距不小于15 m，待上層施工完成后再施工下部4部和5部，中間預留核心巖柱結合后期二次襯砌施工進度逐步開挖。其中3部采用臺階法開挖，上下臺階只預留一個循環(huán)進尺的步距，上臺階開挖支護完成后，下臺階立即跟進、完成開挖支護;循環(huán)進尺為0.75 m。施工過程中加強地層判定和施工監(jiān)測管理工作，如有異常情況，及時采取措施，確保施工安全;若監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時，及時在上部補強臨時支撐加固。

圖2 B2斷面結構圖Fig.2 Type B2 cross-section of tunnel

圖3 施工順序與分步方法示意圖Fig.3 Schematic diagram of construction sequence of tunnel

與常規(guī)雙側(cè)壁導坑法［13］相比，施工工序相對簡單，后續(xù)二次襯砌前拆撐范圍小，且一次施作寬度較小，有利于隧道整體穩(wěn)定性;人工投入減少，利于施工進度控制，太延區(qū)間大斷面開挖至襯砌結束共用時約13個月，較采用原設計施工方法計劃工期減少3個月;太延區(qū)間大斷面較原設計施工方法費用約減少600萬元，此方案具有明顯的施工優(yōu)勢。

2.1.2 施工參數(shù)

2.1.2.1 爆破開挖參數(shù)

整個斷面分為6部鉆爆開挖，設有掏槽眼、擴槽眼、掘進眼、周邊眼和地板眼等，分別為1－5部及預留巖柱。

1部和2部爆破進尺設計按照750 mm/循環(huán);炸藥單耗量 1.139 kg/m3，每次爆破量 22.52 m3;毫秒管加6發(fā)連接管及引爆管;每循環(huán)共計124發(fā);單段最大裝藥量 4.2 kg。

3部由于斷面高度較大(7 419 mm)，分上下臺階開挖。上臺階爆破進尺設計按照750 mm/循環(huán);炸藥單耗量1.29 kg/m3，每次爆破量11.72 m3;毫秒管加6發(fā)連接管及引爆管;每循環(huán)共計62發(fā);單段最大裝藥量3.6 kg。下臺階爆破進尺設計按照1 000 mm/循環(huán);炸藥單耗量 0.28 kg/m3，每次爆破量 27.67 m3;毫秒管加6發(fā)連接管及引爆管;每循環(huán)共計47發(fā);單段最大裝藥量2.4 kg。

4部和5部爆破進尺設計按照750 mm/循環(huán);炸藥單耗量0.82 kg/m3，每次爆破量 22.63 m3;毫秒管加6發(fā)連接管及引爆管;每循環(huán)共計72發(fā);單段最大裝藥量 3.6 kg。

預留巖柱爆破進尺設計按照750 mm/循環(huán);炸藥單耗量0.15 kg/m3，每次爆破量60.53 m3;毫秒管加6發(fā)連接管及引爆管;每循環(huán)共計45發(fā);單段最大裝藥量6 kg。

2.1.2.2 鎖腳錨管(桿)參數(shù)

在每處拱腳位置布設2根 HRB400的φ22、L=4.0 m的鎖腳錨桿，鎖腳錨桿的孔內(nèi)填塞水泥砂漿、錨桿尾端與鋼架焊接牢固。

2.1.3 臨時支撐拆除

臨時支撐結合二次襯砌混凝土的施工順序進行拆除，拆除時采用了人工輔助挖掘機(帶破碎頭)，先拆除混凝土及網(wǎng)片，再切割鋼架;每次拆除的長度為9 m;臨時支撐拆除時保證先澆筑的混凝土強度達到設計強度要求［14］。

與雙側(cè)壁導坑預留核心土相比，常規(guī)雙側(cè)壁導洞法［13］拆撐需拆3道臨時仰拱，增加臨時破除一層橫向支撐施工工序;施作襯砌仰拱過程需一次拆除2道橫向臨時仰拱，增加拆撐施工安全風險，對初期支護襯砌結構穩(wěn)定造成不利影響;同時增加橫向及豎向臨時支撐架設施工作業(yè)，臨時支撐影響后續(xù)支架搭設等施工的流水作業(yè);最后臨時支撐拆除亦是一項施工內(nèi)容，延長施工工期。

預留核心巖柱6部施工工法拆撐過程中施工下層臨時中隔壁取消臨時拱架，采用簡單的錨網(wǎng)噴支護方法減小破除拱架的工作量，加快施工進度;太延區(qū)間大斷面采用預留核心巖柱6部施工方法，充分利用預留核心巖柱，在下部邊墻及拱頂襯砌施工中，使支架與堅實巖層接觸，減小了支架搭設工程量的同時又降低拱頂襯砌施工高度，大大降低了施工安全風險;同時避免了原設計施工方法中橫向及豎向臨時支撐架設的施工風險。

2.2 二次襯砌施工

結構二次襯砌采用泵送模筑混凝土進行施工，模板采用900 mm×1 500 mm和300 mm×1 500 mm標準組合鋼模板(面板厚度t=5 mm)，支撐體系采用扣件式滿堂支架。施工采用環(huán)向分部、縱向分組的方法進行。B2斷面結合斷面形式、臨時支撐位置和核心巖柱的留置及挖除方式，整個斷面的襯砌施工環(huán)向按施工順序共分兩側(cè)仰拱－下部邊墻－上部邊墻－拱部－核心巖柱處仰拱5個步驟。

2.2.1 核心巖柱兩側(cè)仰拱施工

見圖4。

圖4 核心巖柱兩側(cè)仰拱施工方法示意圖(單位:mm)Fig.4 Construction of parts of invert on both sides of core rock(mm)

初期支護襯砌驗收合格及接地施工完成后，按照縱向分組情況開始分段進行核心巖柱兩側(cè)仰拱的施工。本次施工高度為2.023 m，在底部與核心巖柱之間用20 mm厚膠木板進行封堵并加固牢固，與核心巖柱間空隙主要考慮防水板和鋼筋的預留。

仰拱拆模后，對于仰拱與核心巖柱之間的空隙縱向每隔2 m用C45混凝土預制塊填塞密實(填塞長度為500 mm)，預制塊與核心巖體及襯砌混凝土之間的空隙用混凝土砂漿填塞，作為仰拱封閉前的臨時支護措施。預制塊為目前區(qū)間隧道襯砌施工時的預料加工制成，尺寸為500 mm×200 mm×100 mm。

2.2.2 下部邊墻施工

仰拱施工完成后，拆除臨時仰拱，搭設模板支架，施工下部邊墻二次襯砌。本次施工高度為4.272 m，采用300 mm×1 500 mm鋼模板，每側(cè)15塊。支撐系統(tǒng)采用600 mm×600 mm×600 mm扣件式滿堂支架，鋼管為φ48鋼管，t=3.2 mm。次龍骨采用φ48鋼管梳形木，間距500 mm，梳形木采用φ48×3.2鋼管加工制作，每一組的各榀梳形木之間縱向用鋼管連接成整體，梳形木與縱向主龍骨之間用鐵絲捆扎牢固。為防止模板支架的縱向位移，可在模板支架兩端架設斜向拋撐梳形木加工形式。主龍骨采用50 mm×100 mm方管。

2.2.3 上部邊墻施工

下部邊墻施工完成后，原鋼管支架不拆除，模板和梳形木可根據(jù)拆模要求提前拆除，按圖所示接高模板及支架施工上部邊墻。施工高度為3.717 m，模板均采用300 mm×1 500 mm鋼模板，每側(cè)20塊。模板支架及主次龍骨施工要求同下部邊墻施工。

2.2.4 拱部施工

見圖5。

圖5 拱部施工模板支架示意圖(單位:mm)Fig.5 Falsework for tunnel lining construction(mm)

上部邊墻施工完成后，混凝土達到設計強度后，如圖5所示拆除上部臨時中隔壁，接長模板和支架，施工拱部襯砌結構。拱部弧度共使用31塊鋼模板拼裝而成，模板由兩側(cè)向中間依次拼裝，在中線右側(cè)有215 mm的空隙用2 mm厚膠木板+方木與兩側(cè)鋼模板拼接嚴密。模板支架及主次龍骨同2.2.2。

2.2.5 模板支架拆除及上部核心巖柱的挖除

根據(jù)同條件養(yǎng)護試件強度報告，待混凝土強度達到設計強度后由上至下拆除模板支架。

2.2.6 核心巖柱的開挖

采用松動爆破逐層挖除核心巖柱，每次爆破高度不大于1.5 m，最后預留2.5 m采用分段的方法進行拆除并及時施工中間仰拱。后期核心巖體爆破挖除施工時須對已成型的混凝土和預留防水板、鋼筋進行保護，具體措施如下。

1)下部2.5 m范圍核心巖體的拆除必須分段進行，一次拆除長度不小于每段的分組長度，采用跳段拆除的方法進行，須保證已封閉段仰拱混凝土強度達到設計強度后方可拆除其相鄰段的核心巖體。

2)采用松動爆破的方式進行核心巖體的挖除，嚴格按照爆破設計打眼裝藥，控制好爆破震動和飛石。

3)爆破施工時須按要求設置炮被，炮被上邊壓工字鋼等防止飛石。下部2.5 m范圍核心巖體拆除時，還須在其兩側(cè)已施工完的仰拱混凝土部位鋪設炮被，以防止飛石對已完成混凝土面的損壞。

4)爆破施工前對兩側(cè)仰拱預留的防水板和接頭鋼筋用渣土或砂袋進行保護。

3 監(jiān)控測量分析

監(jiān)測數(shù)據(jù)主要取太延區(qū)間大斷面預留核心巖柱地表沉降、太延區(qū)間主體結構洞內(nèi)收斂、拱頂沉降和地表沉降的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，具體統(tǒng)計數(shù)據(jù)如圖6－10所示。

圖6 地表沉降監(jiān)測圖Fig.6 Ground surface settlement monitoring

圖7 監(jiān)測點布置示意圖(單位:m)Fig.7 Profile showing layout of monitoring points(m)

圖8 地表沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)折線圖Fig.8 Curves of ground surface settlement(mm)

根據(jù)上述監(jiān)測數(shù)據(jù)所示，可以說明采用雙側(cè)壁導坑預留巖柱6步開挖法能達到支護要求，對城市地面影響較小，能滿足安全質(zhì)量生產(chǎn)的需要。該區(qū)段設地表監(jiān)測點共11排121個，最大累計沉降點為DC39－06(K5+996)，－3.21 mm;拱頂沉降監(jiān)測點共33組33個，最大累計沉降為 SGC5－39(K5+996)，－2.43 mm;凈空收斂監(jiān)測點共55組110個，最大累計沉降量為SL5－36(K5+921)，－4.83 mm。預留核心巖柱工法拆撐過程中，地表沉降累計量較小，最大累計沉降－3.21，初期支護襯砌結構監(jiān)測數(shù)據(jù)穩(wěn)定，所有數(shù)值均處于正常范圍之內(nèi)，沒有異常情況發(fā)生，安全符合施工要求。

圖9 收斂監(jiān)測數(shù)據(jù)折線圖Fig.9 Curves of convergence

4 結論與探討

通過對雙側(cè)壁導洞法進行優(yōu)化與調(diào)整，采用預留核心巖柱施工技術，對比常規(guī)雙側(cè)壁導坑法，闡述地鐵淺埋隧道開挖步序、爆破參數(shù)、支撐支拆、二次襯砌施作及監(jiān)控測量等參數(shù)要點，得出結論如下。

圖10 拱頂沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)折線圖Fig.10 Curves of crown settlement

1)簡化了施工步序，減少了洞室開挖數(shù)量，加快了施工進度，太延區(qū)間大斷面開挖至襯砌結束共用時約13月，較原施工工法計劃工期減少3個月。

2)預留核心巖柱法的后續(xù)二次襯砌前拆撐范圍變小，且一次施作寬度變小，有利于隧道整體穩(wěn)定性。

3)拆撐的工程量減少，減少了對拱架等材料消耗，大大降低了人工和機械等成本，提高了施工效率，太延區(qū)間大斷面較原施工工法費用節(jié)約約600萬。

4)通過監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，地表沉降累計變化量較小，主體結構比較穩(wěn)定，拱頂沉降基本可以忽略不計，通過與有關規(guī)范對比，認為太延區(qū)間存車段施工是安全的。

雙側(cè)壁預留核心巖柱法對施工進度控制、拆撐安全、成本降低具有重要的現(xiàn)實意義，但對后期巖柱拆除爆破是否對主體結構有影響及方法的適用范圍還需進一步研究。

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