青岛地铁大断面隧道双侧壁和大拱脚施工技术

张国辉

(中铁十九局集团第五工程有限公司，辽宁大连 116100)

1 工程概况

青岛地铁江西路车站位于南京路与江西路十字路口南侧，沿南京路南北走向，与远期规划的地铁5号线换乘，为地下两层岛式站台车站。车站起讫里程为:K8+358.491～K8+605.491，车站全长247 m，车站主体结构采用暗挖法施工，拱顶埋深9.3 m～10.5 m，双层大拱脚复合衬砌结构，宽 20.6 m，高14.65 m。车站设风井2座，均为单跨双层拱形结构，出入口3座。

江西路站前接五四广场站，后接宁夏路车站，车站所处位置地面交通流量较大;车站西北角及西侧均为高层建筑，东侧为多层住宅小区，建筑为6层～7层，东北侧为南京路小学操场。路面地势较为平坦，南京路现状路宽25 m～35 m，地面交通流量较大。车站位置道路下市政管线密集，并且在江西路路口以北的南京路下方有雨水盖板涵，宽约3 m，埋深在2.5 m左右，其他管线埋深较浅。

2 车站地质情况

沿线为密集居住楼和商铺，沿主干道南京路分布，交通繁忙。地貌为山前侵蚀堆积坡地，地面标高10.70 m～12.20 m，地形较平坦。第四系填土层厚度较浅，粉质粘土局限分布，下伏基岩为中生代燕山晚期侵入岩，主要为花岗岩，见煌斑岩岩脉，强风化带厚度较大。填土分布较浅，补给条件较差。花岗岩强风化带较厚处，含水较丰富，中等透水性。

3 施工方法

地铁隧道浅埋暗挖双侧壁导坑法施工是矿山法中的一种，其原理是把整个隧道大断面分成左右上下多个小断面施工，每一小断面单独掘进，最后形成一个大的隧道，且利用土层在开挖过程中短时间的自稳能力，采用网状支护形式，使围岩或土层表面形成密贴型薄壁支护结构，且用中隔壁及中隔板承担部分受力，适合于城市地区松散土介质围岩条件下，隧道埋深不大于隧道直径，以很小的地表沉降修筑隧道的技术方法。它的突出优势在于不影响城市交通，有效控制地表沉降，保证施工安全，无污染、无噪声，而且适合于各种尺寸与断面形式的隧道洞室。

大拱脚施工方法是指在隧道施工过程中将作业面分为多个开挖面，以前后多个不同的位置相互错开同时开挖。然后分部同时进行支护形成支护整体，缩短作业循环时间，逐步向纵深进行推进的方法。对于软弱围岩承载力不足，扩大上部钢架拱脚及垫板或增加锁脚锚管增大地基承载力，每循环进尺0.5 m～0.8 m，尽量缩短台阶长度，确保初期支护及早成环，仰拱和衬砌及时跟进，及时形成稳定的支护体系。

综合施工条件、围岩条件、隧道断面面积大、埋深浅、工期、环境条件复杂等因素考虑，江西路车站选用双侧壁导坑法和大拱脚法施工，确保施工安全。车站结构断面形式有ZA型大拱脚薄边墙断面结构形式和ZB复合式衬砌结构形式两种，ZA型断面长211 m，采用大拱脚施工;ZB型断面长36 m，采用双侧壁导坑法施工，中间涉及到由双侧壁施工转换到大拱脚施工工艺。根据青岛“上软下硬”的地层特点，充分利用硬岩地层承载能力高的特点，本站以大拱脚边墙断面结构形式为主，在穿越断层破碎带及节理发育密集带处采用单拱直墙复合式衬砌。

3.1 总体原则

江西路车站隧道围岩软弱，地质条件复杂，埋深浅，跨度大，在施工中严格遵循“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”等技术措施。在开挖导坑时，尽量减少对围岩的扰动，导坑断面近似椭圆，周边轮廓圆顺，避免应力集中。初期支护采用格栅钢架、挂网、喷混凝土柔性支护体系，及时施作，使断面及早闭合，以充分利用围岩的自承能力，控制围岩变形。建立一整套围岩支护结构监控量测系统，进行信息化施工管理，随时掌握施工过程中的动态变化，合理安排，调整施工工艺和设计参数，确保施工安全。

3.2 施工步骤

江西路车站首先从车站两头施工ZB型断面，再施工ZA型断面，考虑到隧道断面面积大，车站拱部总体采用108超前大管棚支护和超前小导管支护辅助施工，在过断层时采用拱部帷幕注浆辅助施工，确保施工安全，总体施工步序图如图1所示。

图1 江西路车站总体施工步序图

3.2.1 双侧壁导坑法施工

双侧壁导坑法分9个导洞，每个导洞分上中下3个台阶开挖，隧道施工步序如下，施工步序图如图2所示。

图2 江西路车站双侧壁施工步序图

1)施作拱部超前大管棚支护，完成长管棚注浆施工后，在管棚支护环的保护下，按设计的施工步骤进行掘进开挖，管棚的施作应保证二次衬砌厚度，长管棚设计参数如下:

a.钢管规格:热轧无缝钢管φ108 mm，壁厚6 mm。

b.管距:环向间距40 cm。

c.倾角:仰角1°～3°(不包括路线纵坡)，方向:与路线中线平行。

d.钢管施工误差:径向不大于10 cm。

e.隧道纵向同一横断面内的接头数不大于50%，相邻钢管的接头至少须错开1 m。

f.长管棚注浆按劈裂注浆进行设计，注浆采用分段注浆，灌注纯水泥浆液，水泥浆水灰比 1∶1～1∶1.5;注浆压力:0.7 MPa～1.0 MPa。

2)双侧壁导坑1，1′开挖支护时，左右两侧应错开不小于15 m，避免开挖一侧导坑所引起的围岩应力重分布影响另一侧的已成导坑。每循环进尺1 m，并打设φ32超前小导管，L=3.5 m，环向间距400 mm，纵向间距1.5 m。开挖支护后及时架设横撑和侧壁临时支撑，及早闭合成环，临时横撑和侧壁支撑采用Ⅰ22a工字钢，间距50 cm，侧壁支撑需临时喷射30 cm厚C25混凝土。

3)当中洞距离最近的侧洞大于15 m时，可以开挖核心岩柱上部4，开挖前打设超前小导管，及时施作拱部初期支护。为确保掌子面稳定安全，开挖采取预留核心土，同时可以在核心土上人工打钻并进行初期支护，方便施工，也节约了施工成本。

4)下部导坑 2，3，2′，3′分短台阶开挖，2 步滞后于 1 步 5 m ～8 m，3步滞后于2步6 m～10 m，并且及时施作支护和临时支撑，闭合成环，右侧2′，3′与左侧错开15 m距离后施工方法与2，3步相同。

5)根据监控量测结果，分段拆除临时支撑，一次拆撑纵向长度4.5 m～6 m，施作拱墙防水层及二次衬砌Ⅳ，5，6步为施工预留并随施工进行逐步开挖。

6)拆除剩余临时支撑，施作底部防水层及二次衬砌。7)施工车站中板、立柱等内部结构及装修。

3.2.2 双侧壁—大拱脚转换施工

由于ZA型大拱脚断面拱脚处宽于ZB型双侧壁断面2.2 m，所以拱脚转换处需要向外扩挖。为确保两种断面类型能够连接牢固，在转换处两种断面类型都增加了4m长的锁脚锚杆8根，并将此处的连接筋由原来的1 m间距加密到0.5 m。

3.2.3 大拱脚施工

江西路车站ZA型断面大拱脚施工方法可以比喻成在车站上部扣上了一顶“帽子”，在这个“帽子”的保护下进行下部的开挖，开挖步序图如图3所示。

图3 大拱脚施工步序图

4 监控量测

现场监控量测是现代化施工管理的主要组成部分，它不仅能指导施工，预报险情，确保安全，而且还能获得围岩动态和支护工作状态的数据，为修正、确定初期支护参数及混凝土二衬提供依据。为此在隧道施工过程中进行了全过程监控量测。

开挖支护后，测量组应及时按每10 m埋设一个量测断面，每断面不少于3个点(拱顶1点，水平2点或4点)。勤测量拱顶下沉及净空收敛情况并及时汇报，发现变形过大时及时采取措施，并要求每个断面每天测1次～2次。

5 施工中遇到的问题及解决方案

1)因施工工艺的原因，将大断面隧道转化成小断面隧道，因此挖掘机及装载机开挖及倒碴必须是正面进入导洞，然后倒退出隧道，不能掉头。并且是必须等一台进入出来一个循环后，另一台机械设备才能再进入。随着隧道的开挖掘进深入，循环时间加长，若一台大型机械设备在导洞内工作时出现故障，基本上各工序都得停滞，钢架、喷浆料的材料运输等也受到了很大的限制。对此解决的方案是在不影响隧道结构安全和稳定性的基础上，将临时侧壁支撑处每隔40 m切断支撑7 m，留一个侧门进行渣土和材料的倒运，并且避免了因开挖下导而导致对上导的影响，加快了每循环的时间，左右两侧所预留的侧门也应该错开相应的距离。

2)由于临时中隔壁支护与初期支护形成了全封闭，造成临时中隔壁为连续的钢筋喷射混凝土，对后期的二衬时的钢筋喷射混凝土破除难度有很大的影响，并且临时竖撑与横撑的拆除会打破原有的力学平衡状态，形成具有普遍性的天窗时间，影响地铁车站的施工安全。并且每次拆除临时支撑长度不大于6 m，也造成了施工进度缓慢。所以拟对临时支撑的拆除过程与二次衬砌的施作工法进行优化调整，调整的思想就是“以锚代撑”，表现为拆撑前在相应部位安设预应力锚索，在临时支撑与锚索之间实现应力转化后，再进行大规模的支撑拆除和二次衬砌工作。预应力锚索按长度分为两种，其中长锚索长度为8 m～10 m，短锚索长度为5 m～6 m。锚索的打设角度以向两侧倾斜为主，适当向掌子面前方倾斜，为了保护隧道拱顶附近的地下管线，建议尽量水平钻设，但应避免中间部位的两组间锚索相互干扰。

3)大拱脚施工工艺对拱脚处要求严格，拱脚处一定要落于坚实的基础上，这样才能有效支撑上部土体的压力，保护下部施工的安全。但是由于施工爆破技术的限制，难以严格控制拱脚处超欠挖;其次由于拱脚围岩多变，遇到强风化围岩也难以保证拱脚处受力稳定;再次后续防水的施工也增加了难度。因此解决的方案是进行设计变更，在拱脚超挖部位，增加高为800 mm，宽为1 260 mm的明梁，混凝土等级为C45，配构造钢筋，该方案将会为后期防水层的施作提供便利。

6 对双侧壁、大拱脚施工工艺的几点总结

目前，国内的地铁工程工期一般比较紧张，所以，施工方法选择除考虑经济、安全因素之外，更重要的还要考虑如何确保快速掘进。

1)双侧壁导坑法能够适应岩溶、破碎、断层、膨胀岩为体的特别复杂的大断面隧道，而且其施工过程易控制，从总体上说，这是一种安全可靠的施工方法，这种施工方法，为我们今后在复杂的地层修建大断面地下工程开辟了新的途径。并且从市区的施工情况来看，这种工法在措施得当的情况下，能够保证每月30 m～40 m的掘进速度。

2)双侧壁导坑法、大拱脚工法由于工作面多，施工组织难度较大。其运输组织应根据现场的实际情况及采用的设备来确定，运输设备最好采用小型机械。

3)在施工过程中，一定要保证中隔壁以及横撑钢架、喷混凝土的质量，以确保施工安全。施工初期支护是其重要组成部分，其中，支护刚度在整个施工过程中发挥着举足轻重的作用，如果刚度过大，则容易造成浪费，而且也不符合新奥法的基本原理;反之，如果刚度过小，则因不能提供足够的支护阻力造成塌方，因此，我们必须遵循刚度“适度”的原则，防止有关事故的发生。

4)加强结构受力转换时的监测，及时反馈信息，由监测反馈信息指导施工，做到信息正常，严密监测;信息反常，即刻采取应对措施。严格控制各导洞开挖步距及各部工作面间隔距离，避免出现群洞效应。如果导洞间工作面齐头并进，会造成多个导洞的应力和沉降叠加，加大地表沉降，危及地面管线安全。

5)为了减小地面沉降，导洞暗挖施工中，重点采取及时打设锁脚锚杆，格栅底部铺木板增加受力面，及时进行拱背回填注浆等加强措施。格栅结点板处是初支结构受力的薄弱环节，连接筋的焊接质量应严格控制。

6)针对浅埋暗挖风险比较大的特点，施工中应制定防坍塌及管线保护措施以及详细的应急预案。如掌子面出现土体含水量增多、土体坍塌、管线渗漏、遇中雨以上的降雨天气等特殊情况，应停止开挖，封闭掌子面，并采取相应措施。

7 结语

双侧壁导坑法和大拱脚工法施工虽然具有安全度高，地表沉降小等优点，非常适用于地质条件差的大断面开挖施工。但其方法最大的缺点就是工序多，施工干扰大，因此青岛地铁江西路车站为了保证隧道开挖的进度，考虑到开挖方法、人员配置、机械选型等一整套施工组织问题，从几套方案中根据现场实际择优选择。始终坚持信息化施工，以监控量测的信息数据指导并检验施工方案的正确与否，随时调整施工工艺及施工参数为隧道施工技术的根本。施工工艺必须科学并符合施工现场实际情况，只有这样施工过程才能省时省力，同时也将带来可观的经济效益。

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