寒区浅埋软塑粘土地层四联拱地铁隧道施工控制技术

胡利平

【摘要】哈尔滨地铁一号线二期工程哈尔滨南站站～农科院站区间与哈南停车场出入场线区间平交部位设计为四联拱断面，设计长度83m，断面最大宽度27.56m，高度8.42m，采用双侧壁+中导坑法施工。四联拱段结构受力复杂、施工工序多、干扰大、工期紧、施工风险极大。本文重点对四联拱段开挖、衬砌技术进行介绍，希望对类似工程施工提供参考。

【关键词】浅埋 软塑粘土地层 地铁区间 四联拱 施工

1.工程简介

1.1 工程概况

哈尔滨南站站～农科院站区间为哈尔滨市轨道交通一号线延长线，位于学府路规划道路正下方，学府路是城区主干道，规划道路宽80m，隧道中线与规划道路永中基本平行。区间全长1162.585双延米，采用浅埋暗挖法施工，其中区间隧道标准段采用台阶法施工，人防段采用CRD法施工，四联拱段采用双侧壁+中导坑法施工。

学府路规划道路宽80m，四联拱段位于学府路主道下，埋深9.5m，断面开挖宽度27.56m，高度8.42m，属于大跨浅埋隧道。

1.2 工程地质

（1）地形、地貌：南农区间所处地段属岗阜状高平原地貌单元，地面标高介于165.45～166.85米之间，高差约1.4m。

（2）地层岩性：根据钻探揭示及对地层成因、年代的分析，本工点地层主要由第四纪全新世人工堆积层（Q/4ml/）、上更新统哈尔滨组地层（Q/32hral/）、中更新统上荒山组地层（Q/22hl/）、下荒山组地层（Q/21/h lal/）组成，岩性为粉质粘土、砂类土。地层从上到下主要有：杂填土（①）、粉质粘土（②）、 粉质粘土（③）、粉质粘土（③-2）粉质粘土（④）、粉质粘土（④-4）、中砂（⑥）。粉质粘土层标贯击数在14.50左右。区间隧道主要穿越粉质粘土（④）层，底部主要位于粉质粘土（④）层，基底承载力满足设计要求。

（3）场地土的可挖性分级、铁路隧道围岩分级：根据《地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范》（GB50307-1999），粉质粘土层可挖性分级为Ⅰ或Ⅱ级；根据《铁路工程地质勘察规范》（TB10012-2007），粉质粘土层围岩分级为Ⅵ或Ⅴ级。

1.3气候、水文地质特性

哈尔滨市属温带大陆性季风气候。夏季炎热短促、多东南风，冬季漫长寒冷、多西北风。多年平均气温为4.03℃，7月份气温较高，平均气温为22.7℃、最高达36.4℃。一月份气温较低，平均气温为-19.1℃、最低可达-38.1℃。

区间地下水主要赋存于冲洪积地层内，水温14～16℃。含水层主要为孔隙潜水。地下水埋藏较深，对区间施工不会产生影响。地下水的补给来源为地下径流、河流侧渗和大气降水。除此之外，局部地段尚存在上层滞水，赋存在粉质粘土层中，分布不连续。丰水季节水位将有所上升，水位变幅约2米左右。

2.四联拱段开挖支护技术

2.1四联拱段开挖支护施工工序

为进行四联拱段的施工，在K1+380位置设置了一施工竖井，利用横通道创造工作面进行四联拱施工。四联拱段双侧壁+中导坑法施工工序如图1

图1 四连拱隧道断面施工工序图

序号 工序图 说明

1

1、CRD法施工区间上下行正线

先进行拱部小导管注浆超前支护，在完成超前支护后，采用CRD法分别施工上下行线。

2

2、上下导坑法施工中导洞

在两侧CRD施工的区间正线各成环20m时采用上下导坑法施工中导洞。

3

3、区间正线及中导洞衬砌施工

在初支验收合格后進行区间上下行正线衬砌及中导洞中隔墙混凝土施工。

4

4、出入场线区间开挖支护。

在区间正线及中导洞衬砌施工超前20m以上时，分别施工出入场线区间。

5

5、出入场线衬砌施工

在出入场线开挖支护完成后拆除多余部分支护，进行衬砌施工。

2.2 四联拱段开挖支护施工控制要点

（1）严格控制开挖进尺，严禁超挖，每次开挖控制在75cm以内（包括钢架连接筋搭接长度22cm），及时完成封闭。

（2）控制每作业面之间的距离，CRD法上下台阶控制在5m以上，左右控制在10m以上；在CRD法封闭成环20m以上时才容许进行中导洞开挖施工；两侧CRD工法施工的正线和中导洞的中隔墙衬砌混凝土成环超过20m时，才容许前后错开10m进行出入场线开挖支护。

（3）为确保出入场线开挖支护安全，中导洞拱部必须用素混凝土回填密实。

（4）为确保区间正线、中导洞及出入场线支护钢架的连接质量，要求区间正线CRD、中导洞台阶法、出入场线台阶法的每榀格栅必须严格控制纵向里程、设计标高，否则极易造成出入场线的格栅无法安装或安装不牢固，存在安全隐患，影响结构安全，因此对于安装的各导洞格栅钢架，均须详细记录格栅钢架详细里程、标高，以保证各导洞格栅钢架里程对应，标高一致，法兰盘连接质量良好。

3.四联拱段衬砌技术

四联拱段长度83m，存在G和H种断面形式，使用衬砌台车不经济，同时四联拱段工期比较宽松，因此采用搭设满堂脚手架配组合模板及支架进行衬砌施工。

3.1总体衬砌方案

四联拱衬砌在完成初支背后注浆，初支验收合格后进行。区间上下行线CRD段衬砌分4步进行，仰拱施工——仰拱回填施工——隧道内侧直墙混凝土施工——隧道外侧拱墙施工。中导洞衬砌分仰拱和中隔壁2步进行。出入场线分仰拱和拱部进行施工。

3.2区间正线CRD段施工

⑴仰拱施工

①CRD竖撑破除

为保证安全和防水层施工质量，仰拱竖撑采用跳段切割（由于防水板幅宽2.0m，因此需要连续切割3榀竖撑，在此幅防水施工完成后立即对中间竖撑进行回撑，焊接牢固，确保回撑质量，然后依次进行下幅竖撑切割及防水施工），仰拱每循环施工长度为6m～12m（根据监测情况确定每次仰拱拱架切割及混凝土施工长度），为确保防水及钢筋接头位置，破除长度在两侧均各增加1～1.5m，采取跳段破除。在破除后立即进行仰拱防水、防水保护层、仰拱钢筋和仰拱混凝土施工，在仰拱混凝土强度达到2.5MPa时进行仰拱回填施工。在工字钢竖撑破除切割时做好监控量测，当变形速率超警戒时立即全部恢复切割钢支撑，在稳定后采用隔榀破除方式进行施工。钢支撑破除时采用风镐破 图2 CRD竖撑破除

除，严禁破碎锤施工。

②仰拱防水层施工

在仰拱基面处理合格后进行仰拱防水层施工，为确

保中导洞侧防水的搭接，利用苯板或铁皮对防水层保护，在中导洞仰拱施工时去除保护层，实现防水层顺接。

③仰拱防水层保护层施工

在防水层充气试验合格后浇筑7cm厚的C20混凝土 图3 仰拱防水层接头保护

垫层对防水层进行保护。

④仰拱钢筋施工

为确保中导洞仰拱钢筋与CRD仰拱钢筋的整体连接，且钢筋接头满足规范要求，在中导洞侧钢筋接头采用直螺纹套筒，并使用苯板或铁皮对套筒进行保护，防止混凝土进入套筒内而影响下步钢筋连接。其他部位钢筋按区间正洞衬砌钢筋要求施工。

⑤仰拱混凝土施工

为保证净空尺寸，仰拱模板外放5cm进行加工和支立，按要求做好模板加固，在尺寸报验合格后进行仰拱混凝土浇筑。

图4 仰拱混凝土施工 图5 仰拱回填施工

⑵仰拱回填施工

根据设计，轨面以下56cm采用C20混凝土进行回填，为便于拱墙衬砌支架搭设，在仰拱混凝土强度达到2.5MP时进行仰拱回填施工。

3.3中导洞侧直墙施工

在仰拱回填强度具备上部作业后破除中导洞侧横支撑，搭设脚手架，支立模板进行中导洞侧直墙混凝土施工。

①中导洞侧支撑破除

支撑采用风镐凿除，严禁破碎锤施工。

②防水、钢筋施工

拱部混凝土施工范围铺设防水层，为确保与中导洞防水的搭接，利用苯板或铁皮对防水层保护，在中导洞初支破除后去除保护层，实现与出入场线防水层的顺接，同时防水层隧道外侧防水层伸出模板超过20cm，便于下步拱墙防水层施工时进行搭接。 图6 直墙防水层保护

为确保直墙二衬钢筋与出入场线钢筋的整体连接，且钢筋接头满足规范要求，在直墙靠近出入场线侧钢筋接头采用直螺纹套筒，注意套筒保护，防止混凝土进行套筒内而影响下步钢筋连接。其他部位钢筋按区间正洞衬砌钢筋要求施工。为确保下步拱墙施工支撑拆除安全，直墙顶部混凝土和初支密贴，做好钢筋及防水搭接预留。

③支架、模板支立

脚手架基本参数如下：Φ48脚手架满堂搭设， 横杆步距 h=0.6 m； 横距 0.6m；纵距0.75m，上下均使用顶托，直墙模板采用18mm厚多层板， 模板背侧设10cm×10cm的方木内楞（间距0.3m），外侧设φ48双钢管外楞（间距60cm），钢管外楞和支架钢管连接；内外模板采用φ14对拉螺栓固定在钢管外楞之间（螺杆外套PVC管，便于螺杆的重复利用，螺杆间距60cm）。 图7 中导洞侧直墙施工

④混凝土施工

为确保混凝土振捣到位，在模板上设置混凝土输送口， 窗口大小为30×30cm，竖向及纵向间距3m，利用混凝土输送泵直接从窗口处灌入模内，并从窗口处进行振捣，在拱顶最高处设置一窗口，确保混凝土浇筑的饱满。

⑷拱墙施工

①中隔壁拆除

在中导洞侧直墙混凝土浇筑完成后，利用现有支架搭设平台，对剩余中隔壁支撑进行拆除。拱墙衬砌长度为6m～9m（根据仰拱施工缝长度及监测数据确定施工长度），为便于防水及钢筋接头预留，钢支撑拆除长度增加1～2m。

②支架、钢架、模板支立

混凝土模板采用 150cm×30cm×5cm组合模板按设计净空外扩5cm进行拼装成型。模板间用模板扣进行连接。钢模板背后设置工字钢架加固，钢架采用I18工字钢按设计半径冷弯成型，每节钢架采用螺栓连接成环，拱架纵向间距0.75m，采用φ20圆钢纵向连接，连接杆间距1.0m，前后错位布置，为确保拱架支撑到位，拱架外侧采用10×10cm方木支垫，支架采用顶托与方木及拱架连接。

③边墙及拱部混凝土浇筑

在模板上设置混凝土输送口，窗口大小為 30cm×30cm，混凝土直接从窗口处灌入模内， 并从窗口处进行振捣。边墙和拱顶设置输送口，通过混凝土输送泵将混凝土压入模内，并从窗口处进行振捣。

为加快施工进度，保证施工安全， 仰拱和直墙超前施工，拱墙成环时上下行线各采用两套模具进行跳段施工，但前段满堂红脚手架搭设后后段材料运送困难，因此采用门架形式形成施工通道，在确保安全的前提下加快施工进展。

3.4中导洞混凝土施工

⑴中导洞仰拱施工

①防水层施工

在仰拱基面处理合格后进行仰拱防水层施工， 图8 拱墙混凝土施工

为确保与出入场线防水的搭接，利用苯板或铁皮对防水层保护，在出入场线仰拱施工时去除保护层，实现防水层顺接。

②防水保护层、仰拱钢筋、仰拱混凝土施工

在防水层保护完成，报验合格后施作防水保护层。

为确保中导洞仰拱钢筋与出入场线钢筋的整体连接，且钢筋接头满足规范要求，在出入场线侧钢筋接头采用直螺纹套筒，注意套筒保护，防止混凝土进行套筒内而影响下步钢筋连接。中导 图9 中导洞仰拱施工

洞仰拱每循环施工长度为18～30m（采用6m的整数倍）。

⑵中隔壁施工

①横撑拆除

在仰拱模板拆除后跳段拆除中导洞横撑，每次拆除长度为7～8m。

②支架支立

支架基本参数如下：Φ48脚手架满堂搭设， 横杆步距 h=0.6 m； 横距 0.6m；纵距0.75m，上下均使用顶托。

③拱部防水铺设

为确保与中导洞防水与出入场线防水的搭接，利用苯板或铁皮对防水层保护，在中导洞初支破除后去除保护层，实现与出入场线防水层的顺接。 图10 中隔壁施工

④钢筋绑扎

为确保拱部二衬钢筋与出入场线钢筋的整体连接，且钢筋接头满足规范要求，在出入场线侧钢筋接头采用直螺纹套筒，注意套筒保护，防止混凝土进行套筒内而影响下步钢筋连接。

⑤模板安装

直墙模板采用18mm厚多层板， 模板背侧设10cm×10cm的方木内楞（间距0.3m），外侧设φ48双钢管外楞（间距60cm），钢管外楞和支架钢管连接；内外模板采用φ14对拉螺栓固定在钢管外楞之间（螺杆外套PVC管，便于螺杆的重复利用，螺杆间距60cm）。弧形模板采用加工的定型钢模板。

⑥混凝土施工

在模板上设置混凝土输送口，间距3m，窗口大小为 30cm×30cm，混凝土直接从窗口处灌入模内，并从窗口处进行振捣。

3.5出入场线混凝土施工

⑴拱部混凝土施工

①上导洞初支破除

上导洞横支撑作为拱部衬砌支架基础，因此从横支撑以上1.5m开始向上进行支撑破除，破除采用人工风镐施工，跳段破除，每段长度为7～7.5m。

②支架支立

在上导拱架破除后利用上导横撑及两侧竖撑进行支架支立，支架横向及在竖向间距0.6m，纵向间距0.75m。 图11 出入场线拱部混凝土施工

③拱部防水层施工

去除区间正线CRD、中导洞拱部衬砌施工时防水层保护，通过中间防水层使两接头焊接成一整体。

④钢筋施工

凿除预留直螺纹套筒残留混凝土，两侧采用直螺纹接头，中间采用绑扎，确保钢筋接头施工质量和搭接长度。

⑤拱架支立、模板安装

混凝土模板采用 150cm×30cm×5cm组合模板按设计净空外扩5cm进行拼装成型。模板间用模板扣进行连接。钢模板背后设置工字钢架加固，钢架采用I18工字钢按设计半径冷弯成型，每节钢架采用螺栓连接成环，拱架纵向间距0.75m，采用φ20圆钢纵向连接，连接杆间距1.0m，前后错位布置，为确保拱架支撑到位，拱架外侧采用10×10cm方木支垫，支架采用顶托与方木及拱架连接。

⑥混凝土浇筑

在拱顶每隔3m设置一个混凝土泵送孔，确保拱顶混凝土的饱满密实。

⑵仰拱混凝土施工

在拱部衬砌施工完成后，拆除出入场线剩余初期支护进行仰拱衬砌施工。仰拱每次施工长度以30m左右为宜。

⑶仰拱回填施工 图12 出入场线仰拱及回填施工

仰拱施工完成后进行仰拱回填施工。

3.6四联拱段衬砌施工控制要点

（1）严格控制支撑拆除长度，仰拱防水施工完成后立即对切割竖撑隔榀回撑，支撑拆除、切割前后必须进行监测，当监测数据超警戒或突变时，对全部切割的竖撑进行回撑，同时确保回撑质量，回撑后的竖撑真正受力。

（2）区间正线衬砌、中隔墙衬砌及出入场线仰拱及拱墙衬砌施工时，施工缝设置在同一里程，确保防水成环而发挥作用。

（3）做好防水层、钢筋直螺纹套筒的保护，确保下步衬砌施工时能够很好连接。

（4）脚手架、钢模支撑钢架按方案支立、加固，防止混凝土施工时变形而影响净空尺寸。

（5）为确保衬砌内实外美，必须利用设置的工作窗进行振捣，拱部可设置小功率的附着式振动器进行振捣。

（6）采取跳段衬砌时，为提前进行出入场线开挖，及时对跳段预留衬砌进行补充，在衬砌连续20m以上时才容许进行出入场线开挖支护，同时中隔墙顶部已回填密实。

4.结束语

哈尔滨地铁一号线南农区间四联拱段采用“双侧壁+中导坑法”施工，较好的控制了变形，确保施工安全，衬砌采用组合钢模板支架法跳段施工，安全和质量得到保障，施工进度满足工期要求，取得了良好社会和经济效益，希望为同类多联拱隧道的施工提供借鉴。

參考文献：

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