高 生 偉

(中鐵三局集團(tuán)有限公司，山西 太原 030001)

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下穿既有火車站廣場大斷面暗挖隧道施工技術(shù)

高 生 偉

(中鐵三局集團(tuán)有限公司，山西 太原 030001)

針對重慶北站地鐵車站下穿既有繁忙火車站廣場的實(shí)際情況，對不具備明挖法施工條件的結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行了綜合比較，選定了礦山法暗挖施工，并分析了工程施工的重難點(diǎn)，確定了合理的技術(shù)參數(shù)和施工方法，可為類似工程提供借鑒和參考。

地鐵，大斷面，暗挖隧道，基坑

0 引言

隨著國內(nèi)城市軌道交通的快速發(fā)展，越來越多的城市進(jìn)入到地鐵時(shí)代，同時(shí)，同一城市規(guī)模的不斷擴(kuò)展，地鐵線路也在不斷的增加和延伸，地鐵規(guī)劃和設(shè)計(jì)理念也逐漸人性化，多種交通運(yùn)輸方式盡量實(shí)現(xiàn)“無縫對接”，地鐵站與火車站、機(jī)場、汽車站以及場館的無縫對接，大大方便了人們的出行。為了在不影響既有建筑安全運(yùn)行的狀態(tài)下順利完成地鐵線路的建設(shè)，需要通過綜合比選各種方案，選擇最安全、科學(xué)合理的方案，并采取各種有效技術(shù)措施，實(shí)現(xiàn)地鐵工程的建設(shè)和確保周圍環(huán)境的安全。

目前，地鐵線路與既有火車站、場館銜接修建的情況已經(jīng)非常多，但各個(gè)項(xiàng)目的情況不同，其施工特點(diǎn)、施工方法和施工難度以及采取的措施也各有千秋。本文通過重慶北站地鐵車站下穿既有繁忙火車站的施工案例，針對其具體情況和工程難點(diǎn)所采用的施工方法、工藝以及采取的措施進(jìn)行闡述，為類似工程的施工提供參考依據(jù)。

1 工程背景

重慶北站(南廣場)位于重慶市北部新區(qū)龍頭寺火車站南廣場既有地下廣場下方，軌道交通3號線、10號線、環(huán)線匯集于此。3號線、10號線、環(huán)線三站間為H形換乘，其中3號線與環(huán)線、環(huán)線與10號線均為T形換乘。

沿10號線方向(D區(qū))位于龍頭寺火車站南廣場既有地下廣場下方。沿環(huán)線方向根據(jù)施工方法及使用功能的不同分為A，B，C1，C2四個(gè)區(qū)段，其中A，C1區(qū)為明挖法施工(見圖1)。

車站主體圍巖主要為砂質(zhì)泥巖、砂巖，圍巖等級為Ⅳ級。場地內(nèi)水文地質(zhì)環(huán)境多為大氣降水和城市地下給排水管線滲漏補(bǔ)給，總體水量不大。

本站施工區(qū)域條件復(fù)雜、交通繁忙、人流密集、建筑、管線等產(chǎn)權(quán)單位多，是重慶較繁華地段，施工對社會(huì)影響大。

2 總體方案選擇

本站最初的方案是A區(qū)、C1區(qū)采用明挖法施工，B區(qū)、C2區(qū)、D區(qū)采用先托換既有結(jié)構(gòu)，然后采用蓋挖順筑法施工。但經(jīng)過詳細(xì)的調(diào)查了解和綜合的分析比選，原方案的實(shí)施存在以下難點(diǎn)：

1)B區(qū)下穿3號線頂梁板混凝土澆筑時(shí)，容易在頂板與3號線底板之間造成不密實(shí)或空洞問題，工后沉降難免對3號線的安全造成影響。

2)C2區(qū)按照托換蓋挖施工前需進(jìn)行底板破除重新改造，而該區(qū)域集中大量商鋪，需進(jìn)行商鋪的臨時(shí)征拆，施工時(shí)拆遷難度極大。而且既有結(jié)構(gòu)改造下部開挖后結(jié)構(gòu)受力不平衡勢必引起底板變形，施工控制難度大，安全風(fēng)險(xiǎn)較高。

3)D區(qū)按照托換蓋挖施工時(shí)需占用大部分地下廣場，而此處人流、車流量較大，部分停車場需暫停使用，施工期間會(huì)對交通影響較大。

4)若采用托換順筑法施工，托換工程量大，托換風(fēng)險(xiǎn)極大，而且大部分施工作業(yè)需要在地下廣場內(nèi)實(shí)施，作業(yè)空間受限，各種大型機(jī)械設(shè)備無法采用，對施工工效嚴(yán)重制約。

鑒于以上主要因素，B區(qū)、C2區(qū)、D區(qū)施工難度較大。通過調(diào)查和綜合比選，如若采用暗挖法施工，一些不可控因素如征拆、作業(yè)空間受限影響工效、占用廣場地下室等可以盡量減少到對工程影響的最小程度。既能保證項(xiàng)目的節(jié)點(diǎn)工期，又能最大限度確保周圍環(huán)境的安全。通過積極協(xié)調(diào)，確定B區(qū)、C2區(qū)、D區(qū)采用暗挖法施工。

3 工程重難點(diǎn)

1)C2區(qū)下穿地下廣場、隧道斷面大,埋深淺。C2區(qū)主體結(jié)構(gòu)中的單拱雙層結(jié)構(gòu)，施工開挖高度18.437 m，寬25.75 m，開挖面積386 m2，下穿已建的地下廣場，距已建地下廣場梁基礎(chǔ)最小豎向距離約9.7 m。工程地質(zhì)為Ⅳ級圍巖，屬特大斷面淺埋隧道，安全風(fēng)險(xiǎn)較高(見圖2)。

2)D區(qū)下穿地下廣場。D區(qū)位于火車站南廣場既有地下廣場下方，采用單拱三跨單層結(jié)構(gòu)，施工開挖高度11.55 m，寬25.25 m，開挖面積268 m2。距已建地下廣場樁基礎(chǔ)最小豎向距離約2.58 m，與地下室梁基礎(chǔ)的垂直距離約為5.15 m，施工難度大(見圖3)。

3)大跨車站轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)施工。由于車站隧道斷面大，施工通道與D區(qū)車站主洞在拱墻部相交相接，受力復(fù)雜，施工安全風(fēng)險(xiǎn)大。

4 重難點(diǎn)工程施工關(guān)鍵技術(shù)

4.1 C2區(qū)大斷面淺埋暗挖施工技術(shù)

1)暗挖隧道通過C1區(qū)明挖基坑進(jìn)行施工。調(diào)整C1區(qū)基坑的支撐系統(tǒng)滿足隧道施工條件，同時(shí)，C1區(qū)靠近C2區(qū)暗挖隧道12 m范圍內(nèi)基坑中洞位置及左右下導(dǎo)洞的石方暫時(shí)不開挖，以確保明挖基坑的穩(wěn)定，待C1基坑下部兩層結(jié)構(gòu)施工完成后開挖。

2)C2區(qū)車站拱頂5.3 m及初始開挖部位10 m范圍內(nèi)采用機(jī)械作業(yè)，其余采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法爆破開挖，分八部開挖，循環(huán)進(jìn)尺控制在0.6 m以內(nèi)。

3)嚴(yán)格控制循環(huán)進(jìn)尺和裝藥量。分段微差爆破、控制裝藥量，減少爆破對既有結(jié)構(gòu)及圍巖的擾動(dòng)，控制震速不超過1.5 cm/s。

4)以建筑物基礎(chǔ)底部至爆源中心距離為安全控制半徑，并以質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)波速度限值1.5 cm/s作為控制標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行反算各部分所允許的單段用藥量，并進(jìn)行試爆試驗(yàn)，取定合理的爆破參數(shù)。

5)炮眼按淺、密原則布置，控制單眼裝藥量，使有限的裝藥量均勻地分布在被爆破體中，采用非電毫秒不對稱起爆網(wǎng)路降低隧道爆破的震動(dòng)強(qiáng)度。

6)掏槽眼位盡量布置在開挖部位的底部，以加大掏槽部位爆源至建筑物基礎(chǔ)底部的距離，減小掏槽爆破對構(gòu)筑物的震動(dòng)影響。

7)除光爆層部分的爆破以松動(dòng)爆破為主外，需控制爆破飛石對開挖臺(tái)架和初期支護(hù)的破壞，同時(shí)降低爆破震動(dòng)對核心巖石的破壞和臨時(shí)支撐的破壞，保證支撐系統(tǒng)的穩(wěn)定。

8)加強(qiáng)監(jiān)控量測，以量測成果指導(dǎo)施工。

4.2 D區(qū)下穿地下廣場施工技術(shù)

1)D區(qū)暗挖隧道通過施工主通道和施工豎井進(jìn)行施工。2)車站主體開挖支護(hù)采用中洞法施工，先施工中洞上導(dǎo)坑(上導(dǎo)坑分上下臺(tái)階施工)，上導(dǎo)坑貫通后，施工通道進(jìn)行落底，施工中洞下導(dǎo)坑，中洞完成后，對稱開挖兩側(cè)洞，形成初期支護(hù)(根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，必要時(shí)先施作中洞二襯，再開挖兩側(cè)導(dǎo)洞)。3)采用控制爆破技術(shù)，嚴(yán)格控制爆破振速，每循環(huán)進(jìn)尺不超過0.5 m。4)以地下廣場基礎(chǔ)底至爆源中心距離為安全控制半徑，設(shè)計(jì)以質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)波速度限值1.5 cm/s作為控制標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行爆破控制。5)基于結(jié)構(gòu)物距隧道頂不足2.6 m，同時(shí)結(jié)合安全校核藥量(Q)和單眼裝藥量(q)的計(jì)算結(jié)果，分別采用不同的起爆方法。當(dāng)Q=nq時(shí)，采用高精度非電導(dǎo)爆管毫秒雷管起爆法；當(dāng)Q≥q時(shí)，采用電子雷管逐孔起爆法；當(dāng)Q

4.3 大跨車站轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)施工技術(shù)

1)為了解決交叉口處受力轉(zhuǎn)換問題，于施工通道與D區(qū)主體初期支護(hù)交界處設(shè)置矩形門架，末端密排4榀Ⅰ18并焊接牢固，形成整體框架，共同支撐正洞鋼架。破除門架側(cè)壁后，主洞鋼架荷載轉(zhuǎn)化至密排鋼架上。

2)施工通道拱頂開始挑頂、往車站內(nèi)開挖0.5 m安裝Ⅰ25門式鋼架，間距0.5 m/榀，施作錨桿，門式型鋼架立柱采用定位錨桿將直立工字鋼鎖在邊墻上(如圖4所示)，以保證門式型鋼門架受力的穩(wěn)定性，并及時(shí)噴30 cm C25混凝土將拱部封閉。

3)交叉口處應(yīng)弱爆破，分部開挖。開挖時(shí)逐漸將底板標(biāo)高抬高至D區(qū)正洞上臺(tái)階底臨時(shí)仰拱標(biāo)高，按正洞上半斷面開挖尺寸進(jìn)行開挖，施工至右側(cè)車站拱墻開挖外輪廓線后，環(huán)向架立車站主體拱架，完成接口處車站主體上半斷面施工。

4)噴射混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后，施作洞內(nèi)臨時(shí)立柱基礎(chǔ)、臨時(shí)立柱及橫梁。

5)破除臨時(shí)門架支撐時(shí)應(yīng)逐榀拆除，不允許同時(shí)拆除多榀，拆除時(shí)要按照“先頂后下”的原則進(jìn)行。

5 主要結(jié)論

1)下穿既有建筑施工地鐵，方案的選擇要綜合考慮現(xiàn)場條件、周圍環(huán)境、施工進(jìn)度等要求。具體的工藝工法要根據(jù)構(gòu)筑物、環(huán)境所能允許的影響程度確定合理的施工參數(shù)。2)大斷面淺埋暗挖車站，在距離地下廣場基礎(chǔ)只有不足2.6 m的情況下，通過采用中洞法控制爆破施工，并根據(jù)安全藥量，分別采用不同的起爆法等施工方法，使施工對地下廣場影響控制在允許范圍之內(nèi)，滿足了施工安全要求。3)通過采用整體型鋼框架、定位錨桿、分部開挖等技術(shù)，使通道與正洞交叉口處正洞拱部型鋼鋼架的受力安全轉(zhuǎn)換，確保了安全。

在施工過程中，借鑒類似工程施工經(jīng)驗(yàn)，對淺埋大斷面隧道下穿地下廣場施工、大跨暗挖車站三岔口結(jié)構(gòu)受力轉(zhuǎn)換等關(guān)鍵技術(shù)、工序進(jìn)行持續(xù)優(yōu)化改進(jìn)，工程施工質(zhì)量可控。同時(shí)，運(yùn)用施工監(jiān)控量測技術(shù)，及時(shí)收集分析監(jiān)測數(shù)據(jù)指導(dǎo)現(xiàn)場，有效的保證了施工安全。所采用的技術(shù)方法，在類似工程中具有一定的工程借鑒和參考意義。

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Key technologies of tunnel construction in the large section of the railway station square

Gao Shengwei

(ChinaRailway3rdBureauGroupCo.,Ltd,Taiyuan030001,China)

According to the undercrossing existing railway station square of Chongqing north railway station, the paper undertakes the comprehensive comparison of the structural scheme under the construction conditions unfavorable for the open cut method, selects the mine underground excavation, and analyzes the difficulties and important sections of the engineering construction, identifies the reasonable technical parameter and construction methods, so as to provide some reference for similar projects.

subway, large-section, underground excavation tunnel, foundation pit

1009-6825(2016)10-0149-03

2016-01-21

高生偉(1974- )，男，高級工程師

U455

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