范育輝

(中鐵隧道集團(tuán)四處有限公司，重慶 401147)

0 引言

軌道交通作為城市重大的公益性基礎(chǔ)設(shè)施工程，近年來飛速發(fā)展。城市快速軌道交通 (地鐵與輕軌)以其運量大、速度快、安全可靠、準(zhǔn)點舒適的技術(shù)性能，迅速成為大城市公共客運交通的骨干，是大眾化、大運量、獨立專用軌道的城市客運系統(tǒng)。同時又是城市的大型基礎(chǔ)工程，所以在城市建設(shè)總體規(guī)劃中占有十分重要的地位，并且對城市建設(shè)和規(guī)劃發(fā)展具有明顯的導(dǎo)向作用［1］。修建車站常用方法有淺埋暗挖法、明挖法、蓋挖法、拱蓋法、PBA法等，均根據(jù)不同的地理環(huán)境和水文、地質(zhì)條件、工期及造價要求等被普遍采用，并不斷取得技術(shù)進(jìn)步。高義口站是重慶市軌道交通6號線會展中心支線的中間站，上承黃茅坪站，下接會展中心站，為單拱雙層結(jié)構(gòu)地鐵車站。車站上方地表為待開發(fā)用地，無大型建構(gòu)筑物。車站埋深15～37 m，圍巖級別Ⅳ級，為部分深埋部分淺埋暗挖車站。車站結(jié)構(gòu)按抗震基本烈度為6度設(shè)防。車站結(jié)構(gòu)按設(shè)計使用年限為100年的要求進(jìn)行耐久性設(shè)計。

1 工程概況

重慶·國際會展中心配套市政交通工程(會展中心—禮嘉段)，主要位于主城區(qū)渝北區(qū)及北部新區(qū)，屬城市待開發(fā)區(qū)域。里程樁號為K0+000～K12+213，長約為12.055 km，共設(shè)5個站，分別為平場站、黃茅坪站、高義口站、會展中心站、會展中心北站。其中，平場站、黃茅坪站、高義口站為暗挖車站，會展中心站和會展中心北站為明挖車站?，F(xiàn)就高義口站為例進(jìn)行詳細(xì)介紹。

高義口車站起始里程為K8+567.300，終點里程為K8+764.300。高義口站采用10 m島式站臺，單拱雙層結(jié)構(gòu)，車站總長197 m，最大凈寬18.5 m，最大凈高15.2 m，車站主體開挖斷面面積309.6 m2。車站埋深15～37 m，圍巖級別Ⅳ級，為部分深埋部分淺埋暗挖車站。車站采用復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)，采用鉆爆法施工。車站上方地表為待開發(fā)用地，無大型建構(gòu)筑物。車站地表暫定規(guī)劃標(biāo)高為275～285 m，按此規(guī)劃實施后車站埋深12～22 m，為淺埋暗挖車站。合同工期為2010年7月1日—12月30日，工期非常緊張。

高義口站地貌類型屬于構(gòu)造剝蝕丘陵區(qū)。地形總體特征西高東低，地面高程269～301 m，地形相對高差一般為10～30 m，地形總體坡角一般5～10°。場地東側(cè)有一道高約15 m的邊坡，邊坡坡角約60°。

高義口站位于嘉陵江左側(cè)及深切溪溝——張家溪左岸，地形切割較大，總體不利于地下水的賦存，屬水文地質(zhì)條件簡單的區(qū)域。場地覆蓋層薄，大氣降水后大部分沿斜坡排泄至低洼處，少部分沿基巖裂隙滲入的基巖中形成基巖裂隙水。

2 擬采用方案

本站頂部覆蓋層厚約15～37 m，從節(jié)約投資，減小施工對地面交通及周邊環(huán)境的影響等因素考慮，明挖施工不適合，適合采用暗挖法施工。

2.1 方案1

根據(jù)圍巖條件、斷面大小、支護(hù)方法等確定初步設(shè)計采用拱蓋法。

拱蓋法施工是一種新的施工工藝，是拱和蓋的結(jié)合，是地鐵車站蓋挖法施工和扣拱施工的結(jié)合，多應(yīng)用于采用暗挖鉆爆法施工的地鐵車站［2］。

拱蓋法施工施工步驟如下:

1)拱部側(cè)導(dǎo)洞開挖支護(hù)。開挖拱部左導(dǎo)洞和拱部右導(dǎo)洞并施做初期支護(hù)，兩導(dǎo)洞前后錯開不小于10 m。在拱部導(dǎo)洞外側(cè)打設(shè)錨桿加固大拱腳處圍巖。

2)拱部剩余巖體開挖支護(hù)。開挖拱部剩余中間圍巖，施作初期支護(hù)、臨時豎向拱架，并施做兩側(cè)冠梁。

3)拱部二次襯砌施工。分段拆除拱部臨時支撐，敷設(shè)防水層，施作拱部二次襯砌并預(yù)留側(cè)墻施工縫，同時應(yīng)加強監(jiān)控量測，及時調(diào)整分段長度。

4)下部開挖支護(hù)施工。放坡開挖車站下部圍巖。由上至下開挖車站下部兩側(cè)圍巖，每步開挖至當(dāng)層錨桿下0.5 m，施做完錨桿及噴射混凝土后進(jìn)行下一步開挖。

5)仰拱及側(cè)墻二次襯砌施工。敷設(shè)底板及側(cè)墻防水層，采用順做法施作主體結(jié)構(gòu)。

2.2 方案2

采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖，從施工通道進(jìn)洞，采用鉆爆法向車站兩端施工。車站上方同時進(jìn)行場平施工。

在城市軟弱圍巖底層中，在淺埋條件下修建地下工程，以改造地質(zhì)條件為前提，以控制地表沉降為重點，以格柵(或其他鋼結(jié)構(gòu))和錨噴作為初期支護(hù)手段，遵循“新奧法”大部分原理，按照“十八字”原則(管超前，嚴(yán)注漿，短進(jìn)尺，快封閉，強支護(hù)，勤量測)進(jìn)行隧道淺埋暗挖的設(shè)計和施工［3］。

淺埋暗挖技術(shù)從減少地表沉降的要求角度出發(fā)，必須要求初期支護(hù)具有一定剛度，同時，還必須輔之與其他配套技術(shù)，如地層加固，降水等。根據(jù)斷面大小選擇暗挖方法。高義口站開挖跨度20.7 m，因此采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法進(jìn)行施工。

2.3 方案3

考慮高義口車站為全線工期控制點，擬采用三臺階法進(jìn)行開挖。由施工通道進(jìn)入車站站廳層相背開挖。上臺階開挖斷面134 m2，開挖支護(hù)采用多功能作業(yè)平臺進(jìn)行，嚴(yán)格按照“管超前、短進(jìn)尺、快循環(huán)”原則進(jìn)行。上斷面開挖支護(hù)完成后，由車站端頭進(jìn)行中、下臺階開挖支護(hù)，臺階長度為1～1.5倍洞徑。車站襯砌施工緊跟下臺階施工。施工過程中，加強地面監(jiān)控量測的控制和洞內(nèi)拱頂沉降及側(cè)墻收斂觀測，其目的和意義就在于通過將監(jiān)測數(shù)據(jù)與預(yù)測值做比較，判斷上一步施工工藝和施工參數(shù)是否符合或達(dá)到預(yù)期要求，同時實現(xiàn)對下一步的施工工藝和施工進(jìn)度控制。

3 方案對比

3.1 拱蓋法

拱蓋法一般應(yīng)用于Ⅳ級以上圍巖、地質(zhì)條件較好的市內(nèi)主要干道，不允許采用蓋挖法或明挖施工的地鐵車站。拱蓋法優(yōu)點:1)導(dǎo)洞少，工序少，爆破次數(shù)少，擾動次數(shù)少;2)支護(hù)簡單，初期支護(hù)拆除少，廢棄工程量小;3)導(dǎo)洞與導(dǎo)洞間的連接點少，支護(hù)體系有保證;4)拱蓋形成后，即可大面積作業(yè)，效率高，工期縮短;5)對于圍巖為中風(fēng)化板巖，不用打樁;6)車站邊墻施工預(yù)應(yīng)力錨索，無臨時支撐，保證施工安全。缺點是圍巖強度要求高，冠梁下側(cè)墻部位弱爆破難以控制。

3.2 雙側(cè)壁導(dǎo)坑法

雙側(cè)壁導(dǎo)坑法也稱眼鏡工法，也是變大跨度為小跨度的施工方法，其實質(zhì)是將大跨度分成3個小跨度進(jìn)行作業(yè)，主要適用于地層較差、單側(cè)壁導(dǎo)坑法無法滿足要求的隧道工程。該工法工序較復(fù)雜，導(dǎo)坑的支護(hù)拆除困難、鋼架連接困難，而且成本較高、進(jìn)度較慢。該工法主要適用于地層較差的、可采用人工或人工配合機械開挖的Ⅳ級和V級圍巖地層、不穩(wěn)定巖體及淺埋段、偏壓段、洞口段。

3.3 臺階法

臺階法開挖速度快、作業(yè)面多，但對上斷面屬大斷面隧道，隧道開挖后施作初期支護(hù)工序時間較長，不安全。鑒于要與車站上方場平施工錯開時間，同時為車站附屬工程提供時間，臺階法在進(jìn)度上具有較大優(yōu)勢。

3.4 其他

3.4.1 中洞法

中洞法是以CD法和CRD法為基礎(chǔ)，繼側(cè)洞法和洞樁法(PBA)之后發(fā)展起來的一種開挖大型淺埋暗挖地下洞室的新工法。中洞法施工時，由于中洞的二次襯砌澆筑與中洞開挖和初期支護(hù)質(zhì)檢的時間間隔較短，中洞二次襯砌結(jié)構(gòu)在初期支護(hù)變形尚未完成時已經(jīng)參與工作;同時在側(cè)洞開挖時，圍巖體應(yīng)經(jīng)形成的力學(xué)平衡再次被改變，需要與襯砌結(jié)構(gòu)共同變形重新達(dá)到新的平衡，已形成的中洞二次襯砌結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)將又一次發(fā)生變化。這些問題在實際工程中并未得到深入考慮和研究，因而會造成一系列工程問題［4］。

3.4.2 暗挖洞樁法

PBA法的不足:1)導(dǎo)洞多、工序多、爆破次數(shù)多、擾動地層次數(shù)多;2)支護(hù)復(fù)雜、初期支護(hù)拆除多、廢棄工程量大;3)導(dǎo)洞與導(dǎo)洞間的連接點多，支護(hù)體系比較薄弱;4)進(jìn)度慢、成本大、浪費多;5)“PBA法”對圍護(hù)樁的垂直度難以保證，施工工藝復(fù)雜，工序轉(zhuǎn)換多，接縫較多，外防水層質(zhì)量較難保證，特別市很多部位無法使用插入式振搗器振搗［5-8］。優(yōu)點是掘進(jìn)過程比較安全。

3.4.3 側(cè)洞法

側(cè)洞法施工導(dǎo)洞多。對于群洞而言，施工前應(yīng)進(jìn)行必要的地層變位分階段的分配控制，設(shè)定分階段的控制基準(zhǔn)值，并采取措施予以確保，才能較好地實施對地層的變位控制。用側(cè)洞法施工時，必須做好力系轉(zhuǎn)換:兩側(cè)洞二次襯砌施作時，需破除臨時初期支護(hù)，這將打破原有結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定與平衡，必須采取有效措施進(jìn)行力的平穩(wěn)轉(zhuǎn)換，同時應(yīng)根據(jù)監(jiān)測結(jié)果決定二次襯砌的施工長度、順序和時機;中洞土體開挖時，將引起側(cè)洞二次襯砌結(jié)構(gòu)受偏壓作用，此時也必須解決好力的平衡與轉(zhuǎn)換問題［9］。

中洞法、側(cè)洞法、PBA法多應(yīng)用于軟巖及土質(zhì)地層;而通過各方論證，鑒于工程工期比較緊張，高義口站選擇臺階法進(jìn)行施工。

4 臺階法控制要點

4.1 設(shè)計參數(shù)

支護(hù)參數(shù):超前支護(hù)采用R51自進(jìn)式中空錨桿，長6.0 m，環(huán)距0.4 m，縱距5 m;拱架為I22b工字鋼，間距0.6m;錨桿為R28中空注漿錨桿，長4 m，間距1.0 m×0.8 m，梅花形布置;鋼筋網(wǎng)采用雙層φ8鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格尺寸為20 cm×20 cm;噴射混凝土采用C25鋼纖維混凝土，厚度為30 cm;二次襯砌鋼筋主筋為φ32螺紋鋼，縱向主筋φ22螺紋鋼，襯砌厚度為70 cm。

4.2 施工控制要點

1)根據(jù)斷面尺寸，設(shè)計合理作業(yè)臺架，為作業(yè)提供舒適平臺。

2)嚴(yán)格控制開挖進(jìn)尺，采用光面爆破，嚴(yán)格控制周邊眼間距，合理用藥及裝藥方式。

3)為保證立拱質(zhì)量，鋼架接頭處連接鋼板在螺栓連接后，兩塊鋼板間還需三邊圍焊，應(yīng)等強度連接。拱腳處將設(shè)計2根鎖腳錨桿變更為4根鎖腳錨管。

4)根據(jù)每道工序的合理施工時間，進(jìn)行人員機械配備，從而縮短循環(huán)作業(yè)時間，并做到及時封閉。詳細(xì)配置見表1。

表1 人員機械配備表Table 1 Labors and equipments

5)在中下臺階開挖過程中，應(yīng)避免同一斷面的拱架同時落底。

6)初期支護(hù)必須有一定剛度，要起到支撐作業(yè)，不能完全利用圍巖的自承能力。

7)及時封閉仰拱，仰拱距下臺階開挖面不得大于10 m。

8)及時監(jiān)控量測圍巖，觀察拱頂沉降、拱腳收斂情況，并據(jù)此調(diào)整初期支護(hù)參數(shù)。

5 施工效果

施工過程中對洞內(nèi)的沉降、收斂進(jìn)行了監(jiān)測，各監(jiān)測點均處于穩(wěn)定狀體，無異常情況出現(xiàn)。從洞內(nèi)的位移及應(yīng)力監(jiān)測的數(shù)據(jù)綜合分析可以得出圍巖體已主動發(fā)揮了其自承能力，圍巖體沒有過大的松弛而喪失其承載能力。圍巖與初期支護(hù)密貼，充分發(fā)揮了圍巖在協(xié)調(diào)變形的情況下初期支護(hù)柔性支護(hù)的作用。型鋼拱架、錨桿及噴射混凝土工作狀態(tài)正常。已支護(hù)的初期支護(hù)沒有出現(xiàn)任何的裂紋線，初期支護(hù)參數(shù)可靠、合理，施工方案與工程場區(qū)的巖土體地質(zhì)條件相匹配。

6 結(jié)論與討論

通過重慶軌道交通6號線3個車站的施工實踐，充分體現(xiàn)了的臺階法在外界干擾少、圍巖較好的情況下運用的優(yōu)點:

1)施工快速、工序簡單、便用組織，有效保證了工期要求;

2)減少了導(dǎo)洞、工序較少、爆破次數(shù)減少、擾動地層次數(shù)少;

3)支護(hù)結(jié)構(gòu)簡單、無臨時支護(hù)、無廢棄工程量、成本小、浪費少;

4)上斷面開挖時，斷面大、風(fēng)險較高;

5)襯砌施工采用整體模板臺車，大大減少施工縫，結(jié)構(gòu)防水質(zhì)量大大提高。

目前，車站開挖支護(hù)已全部完成，主體結(jié)構(gòu)施工也以接近尾聲，為后續(xù)工作施工提供了較為充足的時間。

施工實踐證明，高義口車站采用該方案切實可行，確保了工期要求，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益，為以后類似工程施工提供了一些參考。

［1］ 鄧曉沛，侯杰.我國城市軌道交通發(fā)展現(xiàn)狀探討［J］.北方交通，2009(4):132-133.(DENG Xiaopei，HOU Jie.Approach to developing current situations of city track traffic in our country［J］.Northern Communications，2009(4):132-133.(in Chinese))

［2］ 賈貴寶.拱蓋法在地鐵車站施工中的應(yīng)用［J］.合作經(jīng)濟(jì)與科技，2011(12):128-129.

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