許偉書 劉 平

（中鐵二十四局集團(tuán)有限公司，200071，上?！蔚谝蛔髡?，教授級高級工程師）

隨著城市軌道交通建設(shè)步伐的加快，地質(zhì)條件復(fù)雜、施工環(huán)境敏感、建筑結(jié)構(gòu)新穎的城市軌道交通工程不斷涌現(xiàn)，按傳統(tǒng)施工方法難以順利完成，必須加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新、改進(jìn)工藝工法，以保障工程建設(shè)順利進(jìn)行。

1 工程概述

重慶軌道交通6號線一期禮嘉車站為暗挖車站，原設(shè)計為單洞雙線車站、無換乘，后變更設(shè)計為地下二層雙洞4線暗挖車站，實現(xiàn)4線同站臺換乘，成為特大斷面超小凈距的大跨度隧道。禮嘉車站工程分為車站左線和車站右線，左右線平行布置。其中，車站左線全長196.63 m，右線全長195.00 m，左右洞間凈巖柱寬為6.5～6.9 m；雙洞最大開挖寬度為68 m，最大開挖高度為18.5 m，最大開挖斷面積達(dá)到了856 m2，堪比兩個標(biāo)準(zhǔn)籃球場的面積，是國內(nèi)罕見的特大斷面地鐵隧道（見圖1、圖2）。

禮嘉車站站前區(qū)間與車站聯(lián)絡(luò)段（渡線段）為明挖深基坑施工，結(jié)構(gòu)施工完畢后再填土掩埋?；娱L74.6 m、寬53 m、深10～26 m，邊坡表層為松渣，覆土下為砂質(zhì)泥巖，邊坡穩(wěn)定性極差，存在發(fā)生局部滑坡危險。經(jīng)研究，地表采用φ 76 mm鋼花管注漿固結(jié)，開挖前施作φ 108 mm超前大管棚，以確保進(jìn)洞安全及車站進(jìn)口端邊仰坡的上覆填土層在受爆破震動的影響下能夠保持穩(wěn)定。

圖2 禮嘉車站開挖斷面示意圖

禮嘉車站站后區(qū)間隧道4條線路同時下穿渝合高速公路，隧道埋深4.13 m。通過定向鉆進(jìn)導(dǎo)向儀測定角度，施作φ108 mm超前大管棚，并采用科學(xué)的施工方法，將高速公路路面沉降值控制在允許范圍內(nèi)，保證了高速公路的行車安全。

禮嘉車站為雙島4線、雙層雙拱結(jié)構(gòu)（見圖3），車站左右線站廳層之間采用通道連接。地表出露的地層較簡單，由第四系全新統(tǒng)松散土層和侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組泥巖、砂巖組成。地質(zhì)構(gòu)造上屬沙坪壩背斜西翼，隧道走向與巖層走向趨于一致，呈17°斜交。禮嘉車站地質(zhì)縱斷面示意圖見圖4。車站起點端33 m范圍內(nèi)拱頂上方均為回填土。該車站開挖斷面大，屬淺埋超小凈距特大斷面隧道，開挖風(fēng)險高、施工難度大，必須開展技術(shù)攻關(guān)。

圖3 禮嘉車站隧道斷面示意圖

圖4 禮嘉車站地質(zhì)縱斷面示意圖

2 關(guān)鍵施工技術(shù)研究

在淺埋軟弱圍巖以及地表沉降控制嚴(yán)格的工程中常使用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法。該方法的優(yōu)點是每個開挖斷面分塊能夠及時閉合成環(huán)，可有效控制沉降，安全可靠；缺點是開挖斷面分塊多，開挖面小，不利于大型機(jī)械作業(yè)，施工進(jìn)度慢，成本較高。

重慶軌道交通6號線禮嘉車站單洞跨度為23.5 m，最小凈距為6.5 m。根據(jù)本工程的特點，為了確保施工安全、加快施工進(jìn)度，經(jīng)反復(fù)研究比選，決定優(yōu)化施工方案，采用中巖柱單邊落底法進(jìn)行施工，并對中間巖柱采取必要的加固和輔助措施。

2.1 車站主體施工步驟及方法

如圖5所示，中巖柱單邊落底法主要開挖步序為：①1部開挖及初支；②2部開挖及初支；③3部開挖及初支；④4部開挖及初支；⑤5部中支柱澆注；⑥6部中支柱澆注；⑦7部開挖及初支；⑧8部開挖及初支；⑨9部開挖及初支；⑩10部開挖及初支；11○11部開挖及初支；12○12部開挖及初支；13○13部開挖及初支；14○14 部開挖及初支；15○15 部開挖及初支；16○16部開挖及初支；17○17部開挖及初支；18○18部開挖及初支；19○19 部拆除中柱；20○20 部拆除中柱；21○21部開挖；22○22 部開挖；23○23 部開挖；24○24 部開挖；25○25部仰拱開挖及初支；26○26部仰拱開挖及初支。

圖5 車站主體開挖步序圖

禮嘉車站左右線隧道洞門處于堆積土邊坡下，施工時地勘資料對堆積土層長寬厚不詳?，F(xiàn)場根據(jù)管棚施工取得的資料，管棚里程YDK34+764.6—YDK34+776.093段基本屬于廢棄泥土、含水飽和，進(jìn)洞難度大。采取人工配合機(jī)械開挖，并加強(qiáng)支護(hù)措施。格柵鋼架間距標(biāo)準(zhǔn)和錨桿長度應(yīng)滿足設(shè)計要求并錨固牢固。從YDK34+776.093襯砌斷面開始，進(jìn)入洞內(nèi)圍巖條件滿足中巖柱單邊落底施工法后，即進(jìn)洞15 m后開始在頂部留巖柱，設(shè)臨時支撐、支護(hù)。待全斷面完成開挖及支護(hù)后，二次襯砌施工接近巖柱10～20 m時采取靜態(tài)爆破、人工配合機(jī)械開挖巖柱，然后及時進(jìn)行初期支護(hù)，及早施作二次襯砌，實現(xiàn)“快挖、快支、快封閉”。

中巖柱留置滿足出渣運(yùn)輸要求即可，開挖臺車應(yīng)根據(jù)斷面尺寸作及時調(diào)整和修改。臺車制作滿足有關(guān)安全要求。每個側(cè)壁導(dǎo)坑分三臺階開挖，每兩臺階之間距離為上層開挖高度的1.0～1.5倍，相同層左右兩側(cè)壁之間錯開20 m以上。第一層開挖采用非電毫秒雷管微差不對稱控制爆破，第二、三層開挖采用松動爆破結(jié)合控制爆破的作業(yè)方法。循環(huán)進(jìn)尺不超過1 m，與鋼支撐間距相匹配。

2.2 中巖柱單邊落地法隧道施工關(guān)鍵參數(shù)分析

按該隧道相應(yīng)里程的對應(yīng)斷面建立有限元模型，選取車站的標(biāo)準(zhǔn)型斷面進(jìn)行模擬計算，單洞跨度為 23.5 m、高 18.6 m，x（縱向）、y（橫向）、z（豎向）三維尺寸分別為173.1 m、72.5 m、90.0 m。隧道模型尺寸與模型單元劃分如圖6所示，圍巖采用三維實體單元，隧道襯砌采用三維實體元模擬，隧道初期支護(hù)采用三維實體單元模擬，隧道二次襯砌采用三維實體元模擬，計算模型包括112 747個節(jié)點與105 720個單元網(wǎng)格。

圖6 網(wǎng)格劃分

表1給出了隧道開挖不同步序時，拱頂位移的仿真數(shù)據(jù)變化。通過分析數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，隧道開挖各步序中，在開挖1部時，位移變化最明顯，拱頂位移達(dá)到了最終位移的49%左右，這時的位移變化是很明顯的，所以開挖后應(yīng)給予及時的支護(hù)。第1部開挖完成后，在第2部開挖時，位移變化也很大，變化增量為26%左右。由此可見，在1、2部開挖時，位移變化是重點，兩部開挖完成后，位移達(dá)到了最終位移的76%。所以，在施工過程中，由于上部的開挖面大、跨度大，因此開挖時變形也明顯，故施工時應(yīng)配合施工監(jiān)測，采取相應(yīng)的支護(hù)及加固措施對圍巖變形進(jìn)行控制。中巖柱的拆除即施工中的第19部，施工完成后位移變化了5.5%左右，變化比較明顯，說明這也是施工的重點，實際施工時應(yīng)特別關(guān)注。相鄰隧道開挖后，先行隧道的位移增加到-26 mm，增加了12 mm左右，這表明相鄰隧道開挖也會對已開挖隧道造成影響。

表1 隧道拱頂位移數(shù)據(jù)

通過仿真計算數(shù)據(jù)由表2可以看出，隨著中巖柱寬度的增加，最大豎向位移在增大，但是增加程度并不很明顯。對應(yīng)力進(jìn)行分析，最大主應(yīng)力維持在-2.0×105Pa左右，而最小主應(yīng)力維持在-5.0×105Pa；隨著中巖柱寬度增加，應(yīng)力在數(shù)值上變化不大，但是就分布上看來，分布越來越均勻，安全系數(shù)都有改善。所以綜合起來看，隨著中巖柱寬度增加，結(jié)構(gòu)上隧道相對穩(wěn)定，在不影響施工條件的情況下，增加中巖柱的寬度可以增加隧道的安全性，但寬度過大也會給其他工序帶來不必要的影響。總之，中巖柱寬度采用1.5 m及以上是能滿足要求的。

表2 不同寬度的中巖柱應(yīng)力

通過仿真計算數(shù)據(jù)由表3可以看出，相鄰隧道施工對先行隧道是有很大影響的，會引起應(yīng)力重分布。在不同縱向開挖間距的條件下，后行隧道的開挖時間對先行隧道有比較明顯的影響。通過總結(jié)可以發(fā)現(xiàn)，在后行隧道保持縱距越大的條件下，對先行隧道無論是在豎向位移還是在應(yīng)力或者塑性區(qū)大小上的影響就越??；同樣也可以看出，在縱距達(dá)到20 m以上時對先行隧道的影響已經(jīng)不太大，因此采取20 m以上的縱距是合理的。

表3 相鄰隧道不同施工縱距的影響比較

3 結(jié)語

依托重慶地鐵禮嘉地下二層雙洞4線雙島暗挖車站施工，組織技術(shù)攻關(guān)，對層狀巖層、大斷面、超小凈距、多交叉口隧道進(jìn)行了研究，在仿真分析大斷面小凈距隧道施工力學(xué)效應(yīng)及穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，通過對小凈距隧道的研究，決定采用中巖柱單邊落底法施工大斷面隧道。施工實踐表明，該方法成功解決了淺埋特大斷面超小凈距地鐵車站隧道施工的技術(shù)難題。重慶軌道交通6號線已于2012年投入運(yùn)營。

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