重庆轨道交通浅埋暗挖地铁车站快速施工方案比选

范育辉

(中铁隧道集团四处有限公司，重庆 401147)

0 引言

轨道交通作为城市重大的公益性基础设施工程，近年来飞速发展。城市快速轨道交通 (地铁与轻轨)以其运量大、速度快、安全可靠、准点舒适的技术性能，迅速成为大城市公共客运交通的骨干，是大众化、大运量、独立专用轨道的城市客运系统。同时又是城市的大型基础工程，所以在城市建设总体规划中占有十分重要的地位，并且对城市建设和规划发展具有明显的导向作用［1］。修建车站常用方法有浅埋暗挖法、明挖法、盖挖法、拱盖法、PBA法等，均根据不同的地理环境和水文、地质条件、工期及造价要求等被普遍采用，并不断取得技术进步。高义口站是重庆市轨道交通6号线会展中心支线的中间站，上承黄茅坪站，下接会展中心站，为单拱双层结构地铁车站。车站上方地表为待开发用地，无大型建构筑物。车站埋深15～37 m，围岩级别Ⅳ级，为部分深埋部分浅埋暗挖车站。车站结构按抗震基本烈度为6度设防。车站结构按设计使用年限为100年的要求进行耐久性设计。

1 工程概况

重庆·国际会展中心配套市政交通工程(会展中心—礼嘉段)，主要位于主城区渝北区及北部新区，属城市待开发区域。里程桩号为K0+000～K12+213，长约为12.055 km，共设5个站，分别为平场站、黄茅坪站、高义口站、会展中心站、会展中心北站。其中，平场站、黄茅坪站、高义口站为暗挖车站，会展中心站和会展中心北站为明挖车站。现就高义口站为例进行详细介绍。

高义口车站起始里程为K8+567.300，终点里程为K8+764.300。高义口站采用10 m岛式站台，单拱双层结构，车站总长197 m，最大净宽18.5 m，最大净高15.2 m，车站主体开挖断面面积309.6 m2。车站埋深15～37 m，围岩级别Ⅳ级，为部分深埋部分浅埋暗挖车站。车站采用复合式衬砌结构，采用钻爆法施工。车站上方地表为待开发用地，无大型建构筑物。车站地表暂定规划标高为275～285 m，按此规划实施后车站埋深12～22 m，为浅埋暗挖车站。合同工期为2010年7月1日—12月30日，工期非常紧张。

高义口站地貌类型属于构造剥蚀丘陵区。地形总体特征西高东低，地面高程269～301 m，地形相对高差一般为10～30 m，地形总体坡角一般5～10°。场地东侧有一道高约15 m的边坡，边坡坡角约60°。

高义口站位于嘉陵江左侧及深切溪沟——张家溪左岸，地形切割较大，总体不利于地下水的赋存，属水文地质条件简单的区域。场地覆盖层薄，大气降水后大部分沿斜坡排泄至低洼处，少部分沿基岩裂隙渗入的基岩中形成基岩裂隙水。

2 拟采用方案

本站顶部覆盖层厚约15～37 m，从节约投资，减小施工对地面交通及周边环境的影响等因素考虑，明挖施工不适合，适合采用暗挖法施工。

2.1 方案1

根据围岩条件、断面大小、支护方法等确定初步设计采用拱盖法。

拱盖法施工是一种新的施工工艺，是拱和盖的结合，是地铁车站盖挖法施工和扣拱施工的结合，多应用于采用暗挖钻爆法施工的地铁车站［2］。

拱盖法施工施工步骤如下:

1)拱部侧导洞开挖支护。开挖拱部左导洞和拱部右导洞并施做初期支护，两导洞前后错开不小于10 m。在拱部导洞外侧打设锚杆加固大拱脚处围岩。

2)拱部剩余岩体开挖支护。开挖拱部剩余中间围岩，施作初期支护、临时竖向拱架，并施做两侧冠梁。

3)拱部二次衬砌施工。分段拆除拱部临时支撑，敷设防水层，施作拱部二次衬砌并预留侧墙施工缝，同时应加强监控量测，及时调整分段长度。

4)下部开挖支护施工。放坡开挖车站下部围岩。由上至下开挖车站下部两侧围岩，每步开挖至当层锚杆下0.5 m，施做完锚杆及喷射混凝土后进行下一步开挖。

5)仰拱及侧墙二次衬砌施工。敷设底板及侧墙防水层，采用顺做法施作主体结构。

2.2 方案2

采用双侧壁导坑法开挖，从施工通道进洞，采用钻爆法向车站两端施工。车站上方同时进行场平施工。

在城市软弱围岩底层中，在浅埋条件下修建地下工程，以改造地质条件为前提，以控制地表沉降为重点，以格栅(或其他钢结构)和锚喷作为初期支护手段，遵循“新奥法”大部分原理，按照“十八字”原则(管超前，严注浆，短进尺，快封闭，强支护，勤量测)进行隧道浅埋暗挖的设计和施工［3］。

浅埋暗挖技术从减少地表沉降的要求角度出发，必须要求初期支护具有一定刚度，同时，还必须辅之与其他配套技术，如地层加固，降水等。根据断面大小选择暗挖方法。高义口站开挖跨度20.7 m，因此采用双侧壁导坑法进行施工。

2.3 方案3

考虑高义口车站为全线工期控制点，拟采用三台阶法进行开挖。由施工通道进入车站站厅层相背开挖。上台阶开挖断面134 m2，开挖支护采用多功能作业平台进行，严格按照“管超前、短进尺、快循环”原则进行。上断面开挖支护完成后，由车站端头进行中、下台阶开挖支护，台阶长度为1～1.5倍洞径。车站衬砌施工紧跟下台阶施工。施工过程中，加强地面监控量测的控制和洞内拱顶沉降及侧墙收敛观测，其目的和意义就在于通过将监测数据与预测值做比较，判断上一步施工工艺和施工参数是否符合或达到预期要求，同时实现对下一步的施工工艺和施工进度控制。

3 方案对比

3.1 拱盖法

拱盖法一般应用于Ⅳ级以上围岩、地质条件较好的市内主要干道，不允许采用盖挖法或明挖施工的地铁车站。拱盖法优点:1)导洞少，工序少，爆破次数少，扰动次数少;2)支护简单，初期支护拆除少，废弃工程量小;3)导洞与导洞间的连接点少，支护体系有保证;4)拱盖形成后，即可大面积作业，效率高，工期缩短;5)对于围岩为中风化板岩，不用打桩;6)车站边墙施工预应力锚索，无临时支撑，保证施工安全。缺点是围岩强度要求高，冠梁下侧墙部位弱爆破难以控制。

3.2 双侧壁导坑法

双侧壁导坑法也称眼镜工法，也是变大跨度为小跨度的施工方法，其实质是将大跨度分成3个小跨度进行作业，主要适用于地层较差、单侧壁导坑法无法满足要求的隧道工程。该工法工序较复杂，导坑的支护拆除困难、钢架连接困难，而且成本较高、进度较慢。该工法主要适用于地层较差的、可采用人工或人工配合机械开挖的Ⅳ级和V级围岩地层、不稳定岩体及浅埋段、偏压段、洞口段。

3.3 台阶法

台阶法开挖速度快、作业面多，但对上断面属大断面隧道，隧道开挖后施作初期支护工序时间较长，不安全。鉴于要与车站上方场平施工错开时间，同时为车站附属工程提供时间，台阶法在进度上具有较大优势。

3.4 其他

3.4.1 中洞法

中洞法是以CD法和CRD法为基础，继侧洞法和洞桩法(PBA)之后发展起来的一种开挖大型浅埋暗挖地下洞室的新工法。中洞法施工时，由于中洞的二次衬砌浇筑与中洞开挖和初期支护质检的时间间隔较短，中洞二次衬砌结构在初期支护变形尚未完成时已经参与工作;同时在侧洞开挖时，围岩体应经形成的力学平衡再次被改变，需要与衬砌结构共同变形重新达到新的平衡，已形成的中洞二次衬砌结构的受力状态将又一次发生变化。这些问题在实际工程中并未得到深入考虑和研究，因而会造成一系列工程问题［4］。

3.4.2 暗挖洞桩法

PBA法的不足:1)导洞多、工序多、爆破次数多、扰动地层次数多;2)支护复杂、初期支护拆除多、废弃工程量大;3)导洞与导洞间的连接点多，支护体系比较薄弱;4)进度慢、成本大、浪费多;5)“PBA法”对围护桩的垂直度难以保证，施工工艺复杂，工序转换多，接缝较多，外防水层质量较难保证，特别市很多部位无法使用插入式振捣器振捣［5-8］。优点是掘进过程比较安全。

3.4.3 侧洞法

侧洞法施工导洞多。对于群洞而言，施工前应进行必要的地层变位分阶段的分配控制，设定分阶段的控制基准值，并采取措施予以确保，才能较好地实施对地层的变位控制。用侧洞法施工时，必须做好力系转换:两侧洞二次衬砌施作时，需破除临时初期支护，这将打破原有结构的稳定与平衡，必须采取有效措施进行力的平稳转换，同时应根据监测结果决定二次衬砌的施工长度、顺序和时机;中洞土体开挖时，将引起侧洞二次衬砌结构受偏压作用，此时也必须解决好力的平衡与转换问题［9］。

中洞法、侧洞法、PBA法多应用于软岩及土质地层;而通过各方论证，鉴于工程工期比较紧张，高义口站选择台阶法进行施工。

4 台阶法控制要点

4.1 设计参数

支护参数:超前支护采用R51自进式中空锚杆，长6.0 m，环距0.4 m，纵距5 m;拱架为I22b工字钢，间距0.6m;锚杆为R28中空注浆锚杆，长4 m，间距1.0 m×0.8 m，梅花形布置;钢筋网采用双层φ8钢筋网，网格尺寸为20 cm×20 cm;喷射混凝土采用C25钢纤维混凝土，厚度为30 cm;二次衬砌钢筋主筋为φ32螺纹钢，纵向主筋φ22螺纹钢，衬砌厚度为70 cm。

4.2 施工控制要点

1)根据断面尺寸，设计合理作业台架，为作业提供舒适平台。

2)严格控制开挖进尺，采用光面爆破，严格控制周边眼间距，合理用药及装药方式。

3)为保证立拱质量，钢架接头处连接钢板在螺栓连接后，两块钢板间还需三边围焊，应等强度连接。拱脚处将设计2根锁脚锚杆变更为4根锁脚锚管。

4)根据每道工序的合理施工时间，进行人员机械配备，从而缩短循环作业时间，并做到及时封闭。详细配置见表1。

表1 人员机械配备表Table 1 Labors and equipments

5)在中下台阶开挖过程中，应避免同一断面的拱架同时落底。

6)初期支护必须有一定刚度，要起到支撑作业，不能完全利用围岩的自承能力。

7)及时封闭仰拱，仰拱距下台阶开挖面不得大于10 m。

8)及时监控量测围岩，观察拱顶沉降、拱脚收敛情况，并据此调整初期支护参数。

5 施工效果

施工过程中对洞内的沉降、收敛进行了监测，各监测点均处于稳定状体，无异常情况出现。从洞内的位移及应力监测的数据综合分析可以得出围岩体已主动发挥了其自承能力，围岩体没有过大的松弛而丧失其承载能力。围岩与初期支护密贴，充分发挥了围岩在协调变形的情况下初期支护柔性支护的作用。型钢拱架、锚杆及喷射混凝土工作状态正常。已支护的初期支护没有出现任何的裂纹线，初期支护参数可靠、合理，施工方案与工程场区的岩土体地质条件相匹配。

6 结论与讨论

通过重庆轨道交通6号线3个车站的施工实践，充分体现了的台阶法在外界干扰少、围岩较好的情况下运用的优点:

1)施工快速、工序简单、便用组织，有效保证了工期要求;

2)减少了导洞、工序较少、爆破次数减少、扰动地层次数少;

3)支护结构简单、无临时支护、无废弃工程量、成本小、浪费少;

4)上断面开挖时，断面大、风险较高;

5)衬砌施工采用整体模板台车，大大减少施工缝，结构防水质量大大提高。

目前，车站开挖支护已全部完成，主体结构施工也以接近尾声，为后续工作施工提供了较为充足的时间。

施工实践证明，高义口车站采用该方案切实可行，确保了工期要求，取得了很好的经济效益，为以后类似工程施工提供了一些参考。

［1］ 邓晓沛，侯杰.我国城市轨道交通发展现状探讨［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］ 贾贵宝.拱盖法在地铁车站施工中的应用［J］.合作经济与科技，2011(12):128-129.

［3］ 王梦恕.隧道工程浅埋暗挖法施工要点［J］.隧道建设，2006，26(5):1-4.(WANG Mengshu.Outline of tunnel construction by means of method of undercutting with shallow overburden［J］.Tunnel Construction，2006，26(5):1-4.(in Chinese))

［4］ 张晋毅.中洞法开挖的地铁车站施工力学分析［J］.地下空间与工程学报，2010(4):171-176.(ZHANG Jinyi.Construction mechanics analysis for secondary lining of subway station tunneled by center drift method［J］.Chinese Journal of Underground Space and Engineering，2010(4):171-176.(in Chinese))

［5］ 王吉永.大型地铁换乘站PBA工法应用探讨［J］.西部探矿工程，2008(12):196-198.

［6］ 曾冰海.洞桩法(PBA)暗挖多跨地铁车站扣拱施工［J］.隧道建设，2010，30(4):456-460.(ZENG Binghai.Arch lining construction ofmined multi-span metro station constructed by PBA method［J］.Tunnel Construction，2010，30(4):456-460.(in Chinese))

［7］ 董小龙.青年大街站PBA工法大跨扣拱关键技术［J］.山西建筑，2009(6):162-164.(DONG Xiaolong.On the large-span and supporting arch key technique of PBA construction method on Qingnian avenue station［J］.Shanxi Architecture，2009(6):162-164.(in Chinese))

［8］ 黄瑞金.地铁浅埋暗挖洞桩法车站扣拱施工技术［J］.地下空间与工程学报，2007(2):82-85，90.(HUANG Ruijin.PBA method applied in the construction of arch in subway station［J］.Chinese Journal of Underground Space and Engineering，2007(2):82-85，90.(in Chinese))

［9］ 刘卫功.超浅埋单拱大跨双侧洞法暗挖地铁车站施工技术［J］. 市政技术，2007(6):56-60.(LIU Weigong.Major Techniques of Ultar-shallow Excavation by double side cavernsmethod for a subway station with large span arch［J］.Municipal Engineering Technology，2007(6):56-60.(in Chinese))