季維果

中鐵十局集團(tuán)有限公司 山東濟(jì)南 250001

近年來，隨著城市化進(jìn)程不斷加快，在交通繁忙和建筑密集區(qū)的城市中心區(qū)修建地鐵車站也愈發(fā)困難。隨著施工技術(shù)的發(fā)展，暗挖法車站得到了越來越多的應(yīng)用，但大斷面全暗挖車站，工期長，造價高，施工難度大，風(fēng)險高，且在地質(zhì)情況差或地下構(gòu)筑物限制時不易實(shí)施，于是出現(xiàn)了將站廳明挖、站臺暗挖，利用立體交叉洞室群連接站廳與站臺層更具適應(yīng)性的明暗挖結(jié)合分離島式車站。

交通大學(xué)站場區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，地下水位高，施工風(fēng)險和難度大，且該站在繁華的黃河路，周邊環(huán)境復(fù)雜，地下管線眾多，不具備降水條件，經(jīng)過方案比選最終采用了明暗挖結(jié)合分離島式型式，通過三維數(shù)值模擬分析確定了群洞開挖順序，對軟弱圍巖開挖、二襯施作進(jìn)行了探索研究，有效解決了富水復(fù)雜地層施工風(fēng)險，確保了施工安全。針對大城市交通擁擠、建筑密集的現(xiàn)狀，地鐵車站越來越多的采用明暗挖結(jié)合形式，本文對類似地鐵工程具有很好的借鑒和指導(dǎo)意義[1]。

1 工程概況

1.1 車站結(jié)構(gòu)型式

交通大學(xué)站為明暗挖結(jié)合分離島式車站，車站全長174．3m，總建筑面積14344．5m2。外掛設(shè)備廳采用明挖法施工，圍護(hù)結(jié)構(gòu)為地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐形式。立體交叉洞室群采用暗挖施工，兩端為風(fēng)道，利用風(fēng)道作為通道施工左右線暗挖主體結(jié)構(gòu)，左右線間設(shè)3個聯(lián)絡(luò)通道，暗挖主體結(jié)構(gòu)上方東西設(shè)進(jìn)站通道與斜通道連接外掛設(shè)備廳及站臺層。

圖1 交通大學(xué)車站平面圖

圖2 暗挖立體交叉洞室剖面圖

1.2 項目施工難點(diǎn)

（1）水文及地質(zhì)條件復(fù)雜。交通大學(xué)站原址為馬欄河河道，地下水豐富，施工區(qū)域內(nèi)存在6-9m厚卵石層，具有強(qiáng)透水性。暗挖主體穿越地質(zhì)復(fù)雜，為強(qiáng)、中風(fēng)化鈣質(zhì)板巖和碎裂巖交界，存在順層巖體，屬于V字漏斗型地質(zhì)。同時巖體破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，遇水易崩解軟化，強(qiáng)度、承載力驟減，綜合評定為Ⅴ級圍巖。

（2）地面管線及構(gòu)筑物復(fù)雜。車站上方為黃河路主干道，埋設(shè)有國防光纜、雨污、給水、煤氣等大量管線，以及暗渠、人防等構(gòu)筑物，由于年久失修排污管道存在滲漏易形成水囊。

（3）立體交叉洞室群多，受力體系復(fù)雜。進(jìn)站通道、斜通道和暗挖主體結(jié)構(gòu)最小凈距僅為1．3m，多個洞室同時施工對地層的擾動和相互影響大大增加暗挖施工風(fēng)險。

（4）軟弱圍巖大斷面二襯施工拆撐風(fēng)險大。二襯施工需要分段拆除臨時支撐，可能會引起隧道拱頂和邊墻產(chǎn)生較大變形，存在極大安全隱患[2]。

2 立體交叉洞室群施工順序

2.1 施工順序的擬定

根據(jù)現(xiàn)場施工條件，針對暗挖主體群洞部分，為減小結(jié)構(gòu)間相互影響，分析主洞與上方橫通道和斜通道的合理施工順序。擬定了兩種洞室群的施工順序：方案1先施工主洞初支及二襯結(jié)構(gòu)后施工進(jìn)站通道和斜通道、方案2先施工進(jìn)站通道和斜通道后施工主洞初支及二襯。

2.2 三維數(shù)值模擬計算分析

采用Midas/NX巖土分析軟件分別按照兩種施工方案建立有限元模型計算，分析開挖支護(hù)過程圍巖變形及相鄰洞室間的影響程度，確定圍巖變形相對較小的開挖支護(hù)順序。

方案1進(jìn)站通道、斜通道及聯(lián)絡(luò)通道施工后主洞最終拱頂最大沉降約為8．61mm，較施工前增加約6%，后續(xù)結(jié)構(gòu)施工對主洞的影響較小。位移最大值在車站主洞的兩端，中間部位位移變化較小，沉降值和隆起值均在控制值范圍內(nèi)。方案2先施工進(jìn)站通道和斜通道，后施工的暗挖主體結(jié)構(gòu)需要下穿進(jìn)站通道，且在斜通道下方穿過會對已施工完成的進(jìn)站通道和斜通道產(chǎn)生很大影響，暗挖主體結(jié)構(gòu)施工后，進(jìn)站通道最終沉降由施工前3．3mm增大至6．78mm，增加105%，斜通道最終沉降由施工前3．15mm增大至8．4mm，增加167%。

本站由于高富水卵石層和強(qiáng)風(fēng)化碎裂巖層的存在，實(shí)際施工中的風(fēng)險遠(yuǎn)大于理論計算的結(jié)果?？紤]到施工安全、地質(zhì)變化及變形趨勢，為保證施工過程中暗挖洞室群相互影響及結(jié)構(gòu)變形最小，采用方案1的施工工序。

圖3 暗挖立體交叉洞室三維圖

3 施工關(guān)鍵技術(shù)

不良地質(zhì)段工法優(yōu)化。

（1）原設(shè)計工法存在的問題。暗挖主體開挖斷尺寸10．45×8．91m，采用高直墻扁平拱形斷面，原設(shè)計采用CD工法施工。碎裂巖、泥巖等不良地質(zhì)段開挖，拱部穩(wěn)定性較差，極易引起拱頂塌方；且隧道左右導(dǎo)洞、上下臺階需錯開步距施工，導(dǎo)致下部不能及時封閉，致使初支結(jié)構(gòu)承載能力較小，極易引起初支結(jié)構(gòu)變形、下沉、開裂等問題。

（2）暗挖主體工法優(yōu)化。為有效防止碎裂巖、泥巖等不良地段開挖拱頂土體的松弛和塌方，根據(jù)現(xiàn)場地層變化情況，對施工工法進(jìn)行改進(jìn)。

①超前支護(hù)措施：將原設(shè)計Φ42超前小導(dǎo)管加密加長，環(huán)向間距由300mm調(diào)整為200mm，長度由3m調(diào)整為3．5m，增加棚護(hù)效果。②增設(shè)水平支撐。在拱部與邊墻連接處，每榀增設(shè)22a工字鋼水平臨時支撐，臨時支撐間采用Ф22鋼筋連接，間距1m梅花形布置，提高臨時支撐整體穩(wěn)定形。③直墻段增設(shè)小導(dǎo)管。直墻段每兩榀格柵增設(shè)Φ32小導(dǎo)管3根，小導(dǎo)管長度3m，間距1m，打設(shè)角度為斜向下30度，并注漿加固，增加初支水平向約束。

圖4 優(yōu)化工法施工工序圖

（3）大斷面風(fēng)道不拆撐滿堂支架法施作二襯。1、2號大斷面風(fēng)道開挖斷面9．8m×11-15m，采用CRD工法施工。因所處地層圍巖破碎，為確保二襯施工期間初期支護(hù)穩(wěn)定，采取不拆撐滿堂支架施作二襯，主要步驟：底板施工時按6m一循環(huán)破除中隔壁在底板范圍內(nèi)的噴射混凝土，按2m一循環(huán)割除中隔壁底部工字鋼并鋪設(shè)底板防水后立即恢復(fù)中隔壁工字鋼，再進(jìn)行下一循環(huán)防水施工；中板施工時破除中板范圍中隔壁及臨時仰拱二襯厚度范圍噴射混凝土，割除邊墻0．4m臨時仰拱工字鋼，鋪設(shè)邊墻防水、綁扎鋼筋，將剩余工字鋼澆筑在邊墻二襯混凝土中，形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。待二襯全部施工完畢并達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后，再對臨時支撐集中拆除，確保了軟弱圍巖大斷面風(fēng)道二襯施工過程中支護(hù)體系的穩(wěn)定，避免了拆除臨時支撐與二襯施工的交叉作業(yè)，提高了施工效率[3]。

4 暗挖主體襯砌臺車結(jié)合簡易襯砌支架施作二襯

4.1 臨時支撐合理拆除長度

通過三維有限元模擬分別對中隔壁拆除長度分別為6m、9m、12m及18m四種情況下的最大變形及最大變形增量進(jìn)行比對分析，得出結(jié)論：中隔壁拆除9m是個分界點(diǎn)，拆除12m較9m的增加值是拆除9m較6m增量的3倍；拆除18m較12m的增量是拆除12m較9m增量的1/2。當(dāng)中隔壁拆除超過9m，達(dá)到18m時，雖然沉降值沒有超過控制值，但增加的趨勢已明顯增大，本站所處地質(zhì)為強(qiáng)-中風(fēng)化碎裂巖，當(dāng)?shù)刭|(zhì)較差時變形會突然增大甚至超過控制值。綜合考慮確定了中隔壁每次拆除長度不宜超過9m，實(shí)際施工中加強(qiáng)對拱部及邊墻拆撐前、中、后的監(jiān)測，為拆除中隔壁施工提供指導(dǎo)。

4.2 暗挖主體二襯施工

暗挖主體左右線均為拱形直墻結(jié)構(gòu)，二襯厚度底板0．8m、邊墻0．6m。因現(xiàn)場條件受限，只能從1號風(fēng)道施工車站暗挖主體二襯。采用襯砌臺車施工，受工序等條件限制，車站主體每條隧道僅能使用一部襯砌臺車，由1號風(fēng)道向2號風(fēng)道，逐段拆除臨時支撐施作二襯，施工進(jìn)度受臺車長度，拆撐、防水、鋼筋等工序制約。采用滿堂支架法，隧道直墻部分施工不受中隔壁影響，可在不拆除中隔壁的情況下，連續(xù)施工直墻段二襯，加快邊墻二襯施工進(jìn)度，同時模板采用普通木模或鋼模，與其它工點(diǎn)通用，無需額外增加模板投入。但拱部施工前需拆除中隔壁，并重新搭設(shè)腳手架，且拱部二襯施工時間花費(fèi)時間長[4]。

綜合考慮最終采用襯砌臺車法結(jié)合簡易襯砌支架法，結(jié)合兩種方法的優(yōu)點(diǎn)，加快施工進(jìn)度。施工步驟：每條隧道由一部襯砌臺車及一套邊墻模板施工二襯，用支架法從1號風(fēng)道向2號風(fēng)道施做邊墻二襯，后續(xù)用襯砌臺車施做拱部二襯。邊墻支架法施工無需拆除中隔壁，施工進(jìn)度遠(yuǎn)快于二襯臺車的施工進(jìn)度，二襯臺車施工時可節(jié)省邊墻防水、鋼筋與堵頭的施工，縮減了每循環(huán)臺車施工二襯的時間，加快了二襯施工進(jìn)度。

圖5 襯砌臺車結(jié)合滿堂支架法施工圖

5 結(jié)語

交通大學(xué)站水文及地質(zhì)條件復(fù)雜，圍巖破碎，地下水位高，地下水豐富，同時地下管線眾多，沉降控制要求高，施工風(fēng)險和難度大。如何有效降低在開挖、二襯拆撐施工時初期支護(hù)變形，確保施工安全，是軟弱圍巖分離島式暗挖車站施工的關(guān)鍵。

本文通過三維數(shù)值模擬分析確定了車站群洞最佳開挖順序，對軟弱圍巖不良地質(zhì)段開挖工法進(jìn)行了優(yōu)化，大斷面風(fēng)道采用不拆撐滿堂支架法施作二襯，暗挖主體采用臺車結(jié)合簡易襯砌支架施作二襯，有效降低了富水軟弱圍巖地鐵車站施工風(fēng)險，確保了施工安全，對類似的地鐵工程具有很好的借鑒和指導(dǎo)意義，具有廣泛的推廣前景。