鄧尤術(shù)，楊永祥

(中鐵隧道集團(tuán)三處有限公司，廣東深圳 518052)

0 引言

在TBM引進(jìn)之初，TBM主要用于水工隧道及鐵路隧道。但隨著城市軌道交通的快速發(fā)展和人們對(duì)環(huán)境等要求的提高，TBM將越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于城市軌道建設(shè)領(lǐng)域。重慶地鐵光電園暗挖車(chē)站及大跨區(qū)間采用了雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工［1］，西安地鐵軌道交通二號(hào)線采用盾構(gòu)空推過(guò)暗挖段區(qū)間施工［2］，重慶臨江門(mén)車(chē)站采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法在繁華地區(qū)超大斷面硬巖車(chē)站隧道施工中得到了成功應(yīng)用［3］。以上工程均是由TBM獨(dú)立完成施工，均未涉及到敞開(kāi)式TBM與鉆爆法交叉施工，而相關(guān)領(lǐng)域?qū)Υ搜芯恳草^少。為解決車(chē)站施工與TBM施工的工期矛盾，保證TBM硐室及車(chē)站拱部的施工安全和質(zhì)量。以重慶軌道交通六號(hào)線紅土地車(chē)站施工為例，經(jīng)過(guò)多種方案比較，采用先拱后墻的方法，通過(guò)科學(xué)合理地組織施工，并在施工中加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，確保了紅土地車(chē)站的施工安全，同時(shí)也滿足了工期要求，為類(lèi)似工程施工積累了經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概況

紅土地車(chē)站位于重慶市主干道五紅路正下方，隧道兩側(cè)均為高層商住樓。紅土地車(chē)站長(zhǎng)211 m，為地下雙層島式車(chē)站，采用曲墻+仰拱的五心圓馬蹄型斷面。車(chē)站最大開(kāi)挖寬度25.9 m，高18.34 m，開(kāi)挖斷面面積375.8 m2，屬于特大斷面暗挖隧道，TBM掘進(jìn)過(guò)站采用先拱后墻法施工。

車(chē)站暗挖隧道覆蓋層厚度約44 m，中等風(fēng)化巖石厚度34.1～38.2 m，洞身圍巖為中等風(fēng)化的砂質(zhì)泥巖夾薄層砂巖，巖體完整性指數(shù)Kv=0.62，巖體較完整。砂質(zhì)泥巖單軸飽和抗壓強(qiáng)度為15.7 MPa，為較軟巖。圍巖基本分級(jí)為Ⅳ級(jí)。隧道巖層傾角平緩，巖層傾向1°左右。地下水以脈狀分布的基巖裂隙水為主，水量較小，呈滴狀或串珠狀。

2 施工順序

施工準(zhǔn)備完成后，首先施工斜井，完成斜井開(kāi)挖支護(hù)后，開(kāi)始進(jìn)行車(chē)站側(cè)壁導(dǎo)坑1步施工。為減少后期爆破作業(yè)，TBM到達(dá)前，車(chē)站1步開(kāi)挖必須完成，然后停止正線施工，等待TBM掘進(jìn)過(guò)站。TBM掘進(jìn)過(guò)站后，立即開(kāi)始車(chē)站側(cè)壁導(dǎo)坑3步施工，逐段開(kāi)挖核心土4步和5步并施工中部臨時(shí)仰拱，車(chē)站拱部二次襯砌緊跟核心土開(kāi)挖。TBM過(guò)站后，在區(qū)間范圍內(nèi)設(shè)置道岔段，左右線合并成1條線用于運(yùn)輸，拱部二次襯砌施工60 m以后，開(kāi)始分邊施工車(chē)站下部工程。車(chē)站施工順序如圖1所示。

圖1 紅土地車(chē)站施工順序圖Fig.1 Construction sequence of Hongtudi Metro station

3 紅土地車(chē)站施工技術(shù)措施

3.1 合理預(yù)留TBM硐室覆蓋層厚度

為了保證TBM在車(chē)站范圍內(nèi)掘進(jìn)時(shí)不發(fā)生隆起、坍塌等事故，確保TBM順利施工，同時(shí)在1步開(kāi)挖時(shí)充分利用機(jī)械化施工，1步開(kāi)挖底部至TBM掘進(jìn)硐室頂部控制在3 m以上［4］。在局部因?yàn)槭┕ねǖ?、?chē)站附屬結(jié)構(gòu)施工，TBM硐室上方覆蓋層達(dá)不到3 m的部位(最小僅有1m)，開(kāi)挖后應(yīng)及時(shí)澆筑30cm厚混凝土板，并設(shè)置I20a工字鋼，工字鋼間距為1m。TBM在車(chē)站范圍內(nèi)掘進(jìn)過(guò)程中，未發(fā)生坍塌、隆起等事故，也未對(duì)已施工的車(chē)站上部初期支護(hù)產(chǎn)生較大的影響，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)反映，變化均在控制范圍內(nèi)。

3.2 加強(qiáng)TBM硐室的支護(hù)質(zhì)量

紅土地車(chē)站范圍內(nèi)的TBM掘進(jìn)硐室雖然是臨時(shí)設(shè)施，用于TBM施工時(shí)的出碴和進(jìn)料，但是使用時(shí)間較長(zhǎng)，且不做二次襯砌，只做初期支護(hù)，施工過(guò)程必須加強(qiáng)初期支護(hù)的施工質(zhì)量控制［5－6］。紅土地范圍內(nèi)的TBM掘進(jìn)硐室初期支護(hù)采用I14工字鋼+鋼筋網(wǎng)片+連接鋼筋+15cm厚C25噴射混凝土，支護(hù)斷面如圖2所示。

紅土地車(chē)站設(shè)計(jì)施工順序?yàn)?1)雙側(cè)壁1步導(dǎo)坑開(kāi)挖和支護(hù)。2)TBM掘進(jìn)過(guò)站。3)雙側(cè)壁3步導(dǎo)坑開(kāi)挖和支護(hù)。4)開(kāi)挖4步核心土并支護(hù)。5)開(kāi)挖5步核心土。6)施作臨時(shí)仰拱和拱部二次襯砌。7)下部在TBM硐室基礎(chǔ)上分兩側(cè)擴(kuò)挖并支護(hù)，完成二次襯砌。8)取下部核心土，支護(hù)并完成二次襯砌澆筑。

圖2 TBM硐室支護(hù)斷面圖(單位:mm)Fig.2 Support of tunnel excavated by TBM(mm)

3.3 TBM過(guò)站后隧道開(kāi)挖措施

TBM掘進(jìn)過(guò)站后，立即進(jìn)行車(chē)站3步、核心土第4步和第5步的開(kāi)挖。由于3步開(kāi)挖底部距離TBM硐室較近，只有1 m，車(chē)站3步開(kāi)挖時(shí)，必須采取有效措施，確保車(chē)站3步正常施工及TBM硐室的正常運(yùn)營(yíng)，保證TBM硐室的安全。因車(chē)站3步開(kāi)挖時(shí)，已有1步底及TBM硐室2個(gè)臨空面，分層按周邊眼布置進(jìn)行光面爆破［4］，炮眼采用空氣柱間隔裝藥，以減小對(duì)下部圍巖的擾動(dòng)。為減小外插角的影響，應(yīng)嚴(yán)格控制每循環(huán)的鉆孔深度，經(jīng)過(guò)認(rèn)真分析及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，最終每循環(huán)進(jìn)尺控制在1.5 m以?xún)?nèi)。爆破設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖3 爆破設(shè)計(jì)圖Fig.3 Blasting design

兩側(cè)大拱腳是拱部的主要受力支撐點(diǎn)，為了保證大拱腳在開(kāi)挖過(guò)程中不被破壞，在實(shí)際施工中大拱腳處采用人工配合機(jī)械開(kāi)挖。為了確保拱部與邊墻連接處襯砌鋼筋及防水板的連接質(zhì)量，在兩側(cè)大拱腳下面開(kāi)挖1個(gè)預(yù)留槽，將拱部?jī)蓚?cè)防水板及襯砌鋼筋埋在預(yù)留槽內(nèi)。

3.4 模板臺(tái)車(chē)設(shè)計(jì)

紅土地拱部二次襯砌采用液壓臺(tái)車(chē)一次成型，因TBM硐室頂部覆蓋層厚度不一，為保護(hù)下方TBM掘進(jìn)硐室的安全［7］，在設(shè)計(jì)臺(tái)車(chē)時(shí)，要優(yōu)先考慮模板臺(tái)車(chē)主要受力點(diǎn)的位置。為避免模板臺(tái)車(chē)、汽車(chē)運(yùn)輸?shù)仁┕み^(guò)程中產(chǎn)生集中荷載，臺(tái)車(chē)支撐點(diǎn)必須偏離TBM硐室正上方。在車(chē)站3步開(kāi)挖完成后澆筑1層30 cm厚混凝土板，板內(nèi)布設(shè)I20 a工字鋼，工字鋼間距為1 m。同時(shí)為了方便二次襯砌模板臺(tái)車(chē)定位和綁扎襯砌鋼筋，在車(chē)站兩側(cè)拱腳處設(shè)置矮邊墻。矮邊墻的設(shè)置不得破壞大拱腳處混凝土的完整性，要做好矮邊墻處的防水工作，在矮邊墻的上下分別設(shè)置1道鋼邊止水帶，加強(qiáng)鋼邊止水帶的定位質(zhì)量。模板臺(tái)車(chē)設(shè)計(jì)如圖4所示。

圖4 模板臺(tái)車(chē)設(shè)計(jì)圖(單位:mm)Fig.4 Design of formwork trolley(mm)

3.5 拱墻結(jié)合部位處理措施

車(chē)站3步和5步開(kāi)挖完成后，及時(shí)進(jìn)行臨時(shí)型鋼支撐的鋪設(shè)，鋼架間采用縱向鋼筋連接，最后進(jìn)行現(xiàn)澆混凝土施工。左右側(cè)臨時(shí)仰拱的端頭各預(yù)留1個(gè)深為0.56 m，寬為襯砌厚度的凹槽，將拱部襯砌防水板藏在凹槽內(nèi)，留夠接茬長(zhǎng)度。拱部與直墻部位的襯砌鋼筋直接伸入凹槽內(nèi)，鋼筋端頭接駁器安裝好，預(yù)埋在凹槽內(nèi)，以確保直墻部位二次襯砌鋼筋與拱部襯砌鋼筋的有效連接，預(yù)留凹槽用細(xì)砂回填密實(shí)。為了減小拱部襯砌混凝土的水分流失，在上面抹2 cm厚的水泥砂漿。為了確保矮邊墻的穩(wěn)定，防止發(fā)生側(cè)移和沉降，每隔5m澆筑1個(gè)0.5m寬的柱子，使矮邊墻的受力直接傳遞到基巖和初期支護(hù)上，具體做法如圖5所示。

4 監(jiān)控量測(cè)

在施工過(guò)程中，除了進(jìn)行常規(guī)的監(jiān)控量測(cè)外，還應(yīng)加強(qiáng)TBM掘進(jìn)過(guò)站時(shí)對(duì)圍巖震動(dòng)情況、底板沉降情況、初期支護(hù)變形情況、拱架應(yīng)力變化情況的監(jiān)測(cè)［8－10］;在拱部二次襯砌混凝土澆筑過(guò)程中，加強(qiáng)底板沉降監(jiān)測(cè)和TBM掘進(jìn)硐室變形監(jiān)測(cè)。紅土地車(chē)站DK18+577斷面洞內(nèi)位移如表1所示，監(jiān)控量測(cè)如圖6所示，底板沉降監(jiān)測(cè)如圖7所示。

表1 2010年紅土地車(chē)站DK18+577斷面洞內(nèi)位移Table 1 Displacement of Hongtudi Metro station at DK18+577 in 2010 mm

圖7 2010年紅土地車(chē)站DK18+517底板沉降監(jiān)測(cè)圖Fig.7 Settlement of floor at DK18+577 in 2010

由表1和圖6—7可知:紅土地車(chē)站DK18+577斷面的洞周位移均已穩(wěn)定;在拱部二次襯砌施工中，臨時(shí)底板較為穩(wěn)定，單次沉降量、累計(jì)沉降量、單次收斂量和累計(jì)收斂量均在合理范圍內(nèi)。

5 結(jié)論與討論

通過(guò)對(duì)紅土地車(chē)站施工情況的分析表明，先開(kāi)挖車(chē)站拱部側(cè)壁導(dǎo)洞，采用TBM從下部掘進(jìn)過(guò)站后再進(jìn)行上部核心土開(kāi)挖，先施作拱部二次襯砌混凝土，再進(jìn)行下部開(kāi)挖及邊墻襯砌施工，即大跨徑暗挖車(chē)站采用先拱后墻的施工方法，通過(guò)設(shè)置臨時(shí)仰拱，在施工過(guò)程中加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)的控制，采取有效措施，能保證TBM硐室及車(chē)站拱部的施工安全和施工質(zhì)量。先拱后墻的施工方法很大程度上減小了車(chē)站施工與TBM施工的相互影響，使車(chē)站和TBM均能連續(xù)不中斷地組織施工，能有效地縮短工期，提高整體施工效益，同時(shí)也確保了工程質(zhì)量，值得在今后類(lèi)似工程中推廣應(yīng)用。

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