彭海中

北京城建軌道交通建設(shè)工程有限公司，北京 100088

地鐵車站常用的施工工法有明挖法、蓋挖法、淺埋暗挖法等。淺埋暗挖法又分為全斷面法、臺階法、CD法、CRD法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法等。拱蓋法是在明挖法、蓋挖法和PBA工法基礎(chǔ)上創(chuàng)建的一種新的暗挖施工方法。該方法的核心是充分利用下伏基巖的承載能力和穩(wěn)定性，在弱爆破的條件下進(jìn)行扣拱施工。為實(shí)現(xiàn)大跨或多跨結(jié)構(gòu)，采用PBA工法小導(dǎo)洞，通過扣拱形式，實(shí)現(xiàn)由小導(dǎo)洞到扣拱大跨的轉(zhuǎn)換，以及由小斷面變大斷面的轉(zhuǎn)換。在拱蓋的保護(hù)下，實(shí)現(xiàn)地下大空間施工。

王德榮等[1]通過拱蓋法在地鐵車站施工中的應(yīng)用研究，得出拱蓋法具有環(huán)境影響小、工序少、效率高、施工安全可靠的優(yōu)點(diǎn)。馬占起[2]通過拱蓋法在暗挖地鐵車站中的應(yīng)用研究，得出逆做拱蓋法沉降小、施工安全的結(jié)論。肖永強(qiáng)[3]通過拱蓋法車站細(xì)部優(yōu)化設(shè)計(jì)和施工的研究，得出拱蓋法有施工安全、快速的優(yōu)點(diǎn)，解決了上部“軟弱段”上端面開挖與支護(hù)的問題。

大連地鐵一期工程位于城市中心區(qū)域，線路主要沿城市主干道布設(shè)，街道狹窄，兩側(cè)建筑物密集，管線眾多，采用明挖法或蓋挖法施工對城市交通和市民出行影響較大。沿線地表覆蓋第四系軟弱土，地層較薄，其下為不同風(fēng)化程度的巖層，地下水主要賦存于基巖裂隙中，車站結(jié)構(gòu)主要埋置于風(fēng)化巖層中。針對大連地鐵一期工程所處區(qū)域水文地質(zhì)情況，施工人員在吸取PBA工法經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用了一種新型暗挖車站施工工法——拱蓋法。

1 工程概況

中山廣場站位于大連市中山廣場地下，車站為東西向布置，線間距約13m，為島式車站。車站所在地區(qū)為坡殘積臺地，現(xiàn)為廣場，場地開闊。車站站臺寬10m，中心里程覆土厚度約5.86m，暗挖標(biāo)準(zhǔn)段寬18.9m，車站總長為155.7m，為明、暗挖結(jié)合車站，根據(jù)施工工法不同分為3個區(qū)段。東端1～7軸、西端22～25軸為地下3層明挖結(jié)構(gòu)，車站中部7～22軸為暗挖段，總體施工順序?yàn)橄仁┕っ魍诙?、后施工暗挖段。暗挖段主體初期支護(hù)結(jié)構(gòu)厚度為300mm，站臺中心處底板深約21.02m，初支凈寬18.9m，凈高為16.5m，覆土厚度約為5.2～6.7m，暗挖主體結(jié)構(gòu)采用拱蓋法施工，為雙拱單柱兩層結(jié)構(gòu)。

2 工程地質(zhì)與水文地質(zhì)

2.1 工程地質(zhì)

中山廣場站位于中山廣場地下，區(qū)域地貌為坡殘積臺地，場地西高東低，地面高程為14.17～17.66m。場地范圍內(nèi)各層土自上而下依次為，第四系人工堆積層，為人工堆積素填土，主要成分為可塑性黏性土，不均勻，混10%～30%角礫、碎石等硬雜物；第四系全新統(tǒng)沖擊層，為粉質(zhì)黏土層；震旦系長嶺子組板巖，按風(fēng)化程度可分為全風(fēng)化巖、強(qiáng)風(fēng)化巖、中風(fēng)化巖。拱頂主要位于12-2強(qiáng)風(fēng)化板巖層、12-3中風(fēng)化板巖層，側(cè)墻及底板位于12-3中風(fēng)化板巖層。標(biāo)準(zhǔn)段結(jié)構(gòu)地質(zhì)斷面圖如圖1所示。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)段結(jié)構(gòu)地質(zhì)斷面圖（單位：mm）

12-2強(qiáng)風(fēng)化板巖：黃褐色，原巖結(jié)構(gòu)清晰，為薄層狀構(gòu)造，碎裂結(jié)構(gòu)，裂隙發(fā)育，巖芯呈碎片狀、碎塊狀，碎塊手可折斷，浸水易軟化崩解。該土層普遍分布，層厚0.70～11.40m，層頂高程為5.48～16.39m，層底高程為-0.20～14.89m，層頂埋深為0.70～9.30m。巖石質(zhì)量等級為Ⅳ級、軟石，開挖時，用撬棍或十字鎬及大錘開挖，部分用爆破法開挖。

12-3中風(fēng)化板巖：黃色-灰色，為薄層狀結(jié)構(gòu)，層理和節(jié)理裂隙較發(fā)育，礦物主要為云母、石英，局部夾石英巖脈，巖芯呈餅狀，短柱狀。該土層天然單軸抗壓強(qiáng)度為20.6～36.2MPa，平均值為27.057MPa。巖石質(zhì)量等級為Ⅴ級、次堅(jiān)石，開挖時，需用爆破法開挖。

2.2 水文地質(zhì)

該場地地下水按賦存條件主要為基巖裂隙水，基巖裂隙水主要賦存于強(qiáng)風(fēng)化及中風(fēng)化板巖中。穩(wěn)定地下水位埋深為7.90～10.20m，水位高程為5.54～9.19m。地下水的排泄途徑主要是蒸發(fā)和地下徑流，主要補(bǔ)給來源為大氣降水。

3 拱蓋法施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 鉆爆法施工

該工程采用了微差減震控制爆破技術(shù)。采用分部開挖方法，拱部開挖斷面周邊眼間均設(shè)密排減震空眼，減少爆破對圍巖和地下管線的震動影響。炮眼按淺密原則布置，控制單眼裝藥量，采用非電毫秒不對稱起爆網(wǎng)絡(luò)降低隧道爆破的震動強(qiáng)度。

掏槽是爆破開挖的關(guān)鍵，對爆破效果影響較大，掏槽深度影響開挖進(jìn)尺深度，而且震動最大，控制掏槽眼的震動則能控制整個工作面上的爆破震動。根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，該工程中采用中空直眼掏槽技術(shù)。

炮眼根據(jù)巖層情況間距按600～800mm布置，鉆孔采用YT-28風(fēng)鉆，炮眼直徑為φ42mm，炮眼布置如圖2所示。針對爆破震速，對周邊磚混結(jié)構(gòu)房屋震速需控制在1.5cm/s以下。

圖2 炮眼布置斷面圖（單位：mm）

小導(dǎo)洞上臺階光面爆破按照掏槽眼→擴(kuò)槽眼→底板眼、周邊眼順序進(jìn)行，下臺階松動爆破按照掘進(jìn)眼→周邊眼、底板眼順序進(jìn)行。

拱蓋下開挖爆破右側(cè)采用光面爆破，左側(cè)采用松動爆破，爆破順序與其余的小導(dǎo)洞相同。由于導(dǎo)洞爆破開挖需錯距多次進(jìn)行，造成圍巖、初支結(jié)構(gòu)多次擾動，初支扣拱時拱頂圍巖穩(wěn)定性差，沉降增大。邊墻、鋼管柱、中板下爆破施工采取減少裝藥量、設(shè)減震孔措施，以減少交叉擾動影響，降低拱部沉降。

3.2 拱腳施工

為保證拱腳下基巖均勻受力，拱腳坐落在寬2m、高0.8m的冠梁上。為保證冠梁下地基的承載能力，對冠梁主要受力方向進(jìn)行了加固。對于導(dǎo)洞局部加深段，冠梁下采用C20混凝土回填。拱蓋法拱腳做法如圖3所示。

圖3 拱蓋法拱腳做法剖面圖（單位：mm）

3.3 鋼管柱施工

鋼管柱直徑為900mm，壁厚20mm，鋼材為Q235B·Z，在鋼管柱中板處設(shè)置栓釘，栓釘?shù)男阅艿燃墳?.6級，鋼管柱采用10.9級的高強(qiáng)螺栓連接。鋼管柱加工制作所有焊縫的質(zhì)量等級為一級。鋼管柱內(nèi)采用C50混凝土澆筑。鋼管柱剖面如圖4所示。

圖4 鋼管柱剖面圖（單位：mm）

由于導(dǎo)洞內(nèi)作業(yè)場地狹小，鋼管柱每段重量較重（約3t），故為了解決水平運(yùn)輸問題，采用型鋼制作成砲車將鋼管柱分節(jié)運(yùn)至作業(yè)面。為便于鋼管柱準(zhǔn)確快速就位，采用工字鋼組焊成吊裝架。鋼管柱吊裝采用卷揚(yáng)機(jī)+滑輪組進(jìn)行，在孔口做分段拼接。鋼管柱就位后，對柱身進(jìn)行垂直度和標(biāo)高測量校正。

3.4 頂縱梁施工

頂縱梁位于上層中導(dǎo)洞內(nèi)，頂縱梁高3m，底寬1.4m，斷面面積約為8.1m2，斷面大、荷載重。導(dǎo)洞內(nèi)施工作業(yè)面場地狹小，模板支設(shè)完成后，混凝土澆筑振搗困難，拱頂澆筑不易填充飽滿。為解決上述難題，在梁側(cè)預(yù)留混凝土灌筑孔、排氣孔（注漿孔），管伸至拱頂，并首次在大連地鐵應(yīng)用了自密實(shí)混凝土灌注技術(shù)，很好地解決了混凝土澆筑不密實(shí)、填充不飽滿的難題。

3.5 初支扣拱施工

初期支護(hù)扣拱施工是拱蓋法主要受力轉(zhuǎn)換工序，由于先施工導(dǎo)洞的多次擾動，造成導(dǎo)洞間拱部巖層穩(wěn)定性差，沉降效應(yīng)明顯。因此，為了有效控制沉降，采取以下措施：控制開挖步序、減少開挖進(jìn)尺及圍巖暴露時間，開挖減少裝藥量，在頂縱梁附近設(shè)置減震孔，按要求進(jìn)行超前注漿加固地層，待扣拱初支混凝土強(qiáng)度達(dá)到要求后，再分段破除小導(dǎo)洞初支結(jié)構(gòu)。

拱部初支扣拱先施工兩側(cè)邊導(dǎo)洞內(nèi)冠梁，按中導(dǎo)洞格柵里程施工邊導(dǎo)洞內(nèi)初支扣拱，再施工導(dǎo)洞間初支扣拱。其中，冠梁施工時考慮施工誤差，扣拱拱腳預(yù)埋鋼板采用通長鋼板。初支扣拱施工如圖5所示。

圖5 初支扣拱施工示意圖

3.6 二襯扣拱施工

5、6號小導(dǎo)洞貫通后，從車站中間向車站兩端后退，沿車站縱向分段（每段不大于1個柱跨）破除初期支護(hù)結(jié)構(gòu)，施工拱部防水層及二襯結(jié)構(gòu)。為避免二襯扣拱對頂縱梁產(chǎn)生過大偏壓，保證施工安全，兩側(cè)導(dǎo)洞內(nèi)二襯扣拱需保持同步實(shí)施。拱部與頂縱梁接頭處是拱部較低點(diǎn)，也是易滲漏點(diǎn)，防水板接縫和施工縫的處理尤為重要，施工縫鑿毛時要重點(diǎn)做好防水板和中埋止水帶的保護(hù)。

3.7 拱蓋下主體結(jié)構(gòu)施工

該車站為兩層結(jié)構(gòu)，混凝土澆筑分9次進(jìn)行，澆筑順序如圖6所示。中板采用滿堂支架方案，軌頂風(fēng)道先于中板施工優(yōu)于主體完成后施工方案。側(cè)墻采用模板支撐采用斜撐+對拉螺栓形式，底部、頂部設(shè)對拉螺栓，中間采用斜撐支頂。墻頂新澆筑混凝土與原澆筑混凝土結(jié)合部位是側(cè)墻澆筑關(guān)鍵控制技術(shù)之一，為保證灌筑飽滿，側(cè)墻模板分段留設(shè)高于澆筑面的灌筑口，采用重力灌注方式進(jìn)行。

圖6 主體結(jié)構(gòu)澆筑順序示意圖

4 結(jié)論

實(shí)踐證明，拱蓋法具有環(huán)境影響小、工序少、效率高、施工安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。在中風(fēng)化巖層，天然單軸抗壓強(qiáng)度為20.6～36.2MPa，平均值為27.057MPa，巖石質(zhì)量等級為Ⅴ級、次堅(jiān)石，開挖時，采用拱蓋法逆作法施工建造地下大跨度暗挖車站是安全可靠的。另外，充分利用圍巖的自承載能力，采用微差減震控制爆破技術(shù)，炮眼間距按600～800mm布置，炮眼直徑為φ42mm，爆破震速控制在1.5cm/s以下，可在減少震動的情況下有效開挖。