超大断面轻轨车站中洞法隧道施工技术研究

王哲宇，阳生权，黄　飞

(湖南科技大学 土木工程学院，湘潭 411201)



超大断面轻轨车站中洞法隧道施工技术研究

王哲宇，阳生权，黄飞

(湖南科技大学 土木工程学院，湘潭 411201)

基于重庆市环线冉家坝车站工程超大断面隧道近接施工工程实践，针对该工程地质条件复杂、施工难度大、施工风险高的工程特点，分析论证了超大断面中洞法隧道施工技术的可行性.阐述了依托工程车站重点区域采用的中洞法隧道施工方法、技术以及相应的支护措施，结合现场监控量测结果进一步对比验证，结果表明中洞法施工技术有效控制了超大断面隧道开挖施工对既有车站的影响，保证了既有六号线的安全运营.研究结论与建议为类似工程施工提供了有益的参考和依据.

轻轨车站；中洞法；施工技术；既有隧道；近接施工

近年来我国各主要城市轨道交通发展迅猛，很大程度上有效改善了城市交通状况、缓解了能效压力.为了满足日常的便捷出行与换乘，城市轨道交通规划势必存在线路交叉与空间重叠等问题，因此，新建轨道交通工程穿越或接近既有施工不可避免[1,2].由于轻轨地铁施工地质条件复杂多变以及周边环境的诸多限制，施工控制要求严格，工程施工难度大[3,4]，如何在保证新建轻轨地铁隧道的安全、质量与工期的同时，确保既有线的安全与运营，就成了复杂条件下城市轻轨地铁地下工程施工的关键问题[5].

重庆市环线冉家坝车站工程位于重庆市渝北区龙山一路下方，沿道路呈东西向布置，为五号线、六号线、环线三线换乘车站.环线车站下部穿越既有车站，与五、六号线十字换乘，其中五、六号线冉家坝车站已施工完成，且六号线已开通运营.在复杂条件下，针对工程重点、难点区域采用中洞法施工，并通过现场监控量测数据，优化指导施工[6].

1　工程概况及水文地质条件

1.1工程概况

环线冉家坝站采用侧式站台，线间距为5.3m，车站主体总长245.4m，施工开挖断面最大净宽22.44m，最大净高19.54m.环线车站与运营六号线车站十字交叉换乘，B、C区DK15+174.834～DK15+305.744段位于六号线冉家坝站正下方.五、六号线冉家坝站修建时为环线冉家坝站预留了换乘节点，换乘节点区域采用桩基础将上部结构荷载传递到环线底板以下的基岩，其中A1区、A2区为单拱双层结构，B区为连拱单层结构，C区为明挖掏槽段单层结构，C区与5、6号线结构底板连接.A区采用双侧壁导坑法进行控制爆破分部开挖；B区采用中洞法进行非爆破开挖施工；C区位于既有运营六号线下方与其底板近接相连，采用非爆破机械掏挖施工，非爆破开挖方式有效控制了施工过程中对既有车站及运营六号线的影响，环线冉家坝车站剖面图见图1.

1.2水文地质条件

冉家坝车站位于沙坪坝背斜轴部近北倾末端，岩层呈单斜产出，岩层倾向80°，岩层倾角4°，区内无断层，地质构造简单.根据已知地质勘察报告，地质围岩主要为砂质泥岩与砂岩，基岩裂隙发育程度为较发育，岩体呈层状结构.拟建场地原为丘陵斜坡地貌，由于后期施工回填，上覆土层厚度增大，地下水主要赋存于原始沟谷地段，属潜水，局部含有上层滞水.拟建场区范围内填土和强风化砂岩层地下水综合渗透系数为10.28m/d，水量较大.原始沟谷是地下水的汇水部位，若在雨季施工，水量较大，拟建场地地表应采取相应封闭措施，避免雨季大规模雨水渗入.

图1　环线冉家坝车站剖面图

2　工程难点与施工技术

2.1工程难点

该车站为地下浅埋暗挖工程，根据环境调查报告车站北侧为在建东和广场商业，东北侧为重庆审计局，东南侧为重庆海关，西北侧为已建成居民小区，西南侧为扬子江商务中心写字楼.整个施工区域对既有运营六号线及周边建筑影响较大.工程应用技术复杂，工法转换频繁，工法种类包括双侧壁导坑法、中洞法、台阶法、明挖掏槽法、非爆开挖法等工法[7].冉家坝车站下穿既有运营车站区域施工具有极高风险源，必须严格控制.上部既有车站采用明挖法施工，对岩层已造成了一次扰动，加之多数地段新修车站隧道覆盖层较薄，B区连拱单层断面拱顶距已建站厅至环线站台通道底板约0.414m岩层，相邻结构物极近，围岩成拱效应变差，施工难度较大，风险极高，如何确保施工进度的同时又保证既有建筑物和六号线运营的安全[8]，在B区施工开挖过程中，特别是拱顶与通道结构底缘最小垂直净距最不利断面处为工程的难点.施工过程中，如对施工精度控制不够，较易对既有底板结构造成损伤破坏；且连拱断面开挖过程中，如未及时封闭支护，上部既有换乘通道较易发生下沉，如下沉位移值过大，势必导致其衬砌结构发生破坏.

2.2中洞法施工技术

2.2.1施工方案确定

根据环线冉家坝站B区断面图2特点确定施工方案，在A1区完成施工后，在A1和B区分界端墙打设0°超前大管棚支护.采用中洞法施工开挖车站主体B区中导洞，开挖完成后对中导洞浇筑竖向承载力强的中墙.采用台阶法开挖B区左导洞，拱架成环后进行防水、仰拱、拱墙衬砌施工，与钢筋砼支撑墙形成整体受力体系；采用台阶法开挖B区右导洞，完成剩余B区断面防水、仰拱、拱墙衬砌施工.环线冉家坝站B区根据设计要求采用中洞法非爆破开挖施工，严格遵循“进尺短、控制严、封闭早、量测勤”的原则[9].

图2　环线冉家坝站B区断面图

2.2.2具体施工方法

车站B区施工的具体方法：①进行B区断面开挖前，打设0°超前大管棚.②开挖B区断面中洞，并施做中墙，中墙顶部应紧靠初支，与断面二次衬砌连接部位预留钢筋接头，且需妥善保护；③左洞上台阶开挖前，对中墙上方进行微膨胀混凝土封堵，并通过预埋注浆导管进行注浆，使其位置填充饱满.左洞上断面开挖，开挖进尺不得大于0.5m，拱部初期支护完成后破除中洞左部初期支护，中洞采用碎石进行抵抗回填，回填至距拱部800mm时，采用C15素混凝土进行回填，并在左上断面设临时竖向支撑.④左洞下台阶半断面开挖，施做初期支护，保证初支拱脚落于稳定岩层，保留中岩柱与临时竖向支撑，左洞初支成环后，拆除临时竖向钢支撑，开挖剩余部分的中岩柱，施做左洞二次衬砌.⑤右洞上断面开挖，破除中洞右上部分支护，清除上部回填料，架设临时竖向支撑.⑥右洞下台阶半断面开挖以及右洞初支成环后，施做方法同左洞一致[10].

B区隧道断面分为5部分开挖如图3所示，采用特制支架机械钻孔取芯并膨胀破岩的方式进行非爆破开挖，无轨运输.使用YT28风钻沿各分部开挖轮廓线边缘钻孔取芯，间距约为13cm，深度约为0.6～1m.再在内侧开挖范围分层布设膨胀孔，间距40cm，深0.5～1m.在膨胀孔中注入静态破碎剂通过其剧烈反应挤压破碎岩石，达到非爆破方式开挖的效果.非爆破开挖施工现场图如图4所示.

图3　B区断面施工分部开挖图

图4　非爆破开挖施工现场图

2.2.3主要施工支护技术

根据地质条件车站主体隧道转换断面从A区进入小里程B区时，在B区拱顶设计大管棚超前支护如图5所示.管棚沿B区隧道左、右洞拱部90°范围环向设置，管棚角度0°，长度35～40m.管棚导向墙采用C20混凝土管距：环向间距400mm.倾角：外插角为0°.注浆材料为M20水泥浆或水泥砂浆.初压0.5～1.0MPa，终压2MPa，持压15min后停止注浆.超前大管棚施工过程中严格按照设计要求进行间隔注浆.B区连拱隧道拱顶与既有换乘通道结构底板竖向距离较近，中洞法开挖前为有效控制下穿既有车站结构底板的竖向沉降变化，预先施做超前大管棚增加了隧道拱顶岩体刚度[11].

图5　0°超前大管棚支护

根据环线冉家坝车站B区穿越既有车站工程特点，中洞法施工开挖过程中为保护好周边建筑和维持既有六号线的正常运营，采取砂浆锚杆施工、中空注浆锚杆施工、超前小导管以及回填注浆等一系列支护加固措施，如图6所示.依照设计参数与规范要求严格控制施工，以达到加固主体成环支护结构、改善主体结构受力条件和控制地层沉降的目的[12].

图6　超前小导管详图

3　现场监控量测结果

通过拱顶沉降、净空收敛、地表沉降、钢支撑内力量测等监测方法采集现场数据，实时监测隧道围岩稳定情况以及上部既有车站结构的变形[13].选取典型断面DK15+190(距已建站厅至环线站台通道底板约0.414m岩层处)监测结果结合施工步序绘出地表各测点距离隧道中线累计沉降与施工分部开挖步序曲线如图7所示.

图7　 地表测点沉降与施工步序曲线图

从图7中可以看出，典型断面DK15+190断面地表最大沉降变化出现在隧道中线0m处测点累计值为-8.47mm，沉降变化最为明显.距离中线50m处的两个测点沉降变化较小，基本处于稳定状态，整个施工开挖过程对50m处两测点影响较小.距离中线5m处两测点变化趋势与0m处测点保持基本一致，其最大累计沉降值为-7.48mm.B区断面中导洞开挖并施做中墙期间，地表测点沉降变化趋势较大，累计最大值为-4.53mm.左洞上断面

开挖期间，各测点沉降变化趋势较为明显，累计最大值为-6.89mm.左洞下断面开挖较上断面开挖相比，沉降趋势较缓.右洞上断面开挖时，沉降趋势较明显，累计最大值为-8.28mm.右洞下断面开挖完成后，沉降趋势逐渐平稳.

选取DK15+190断面监测数据绘出左洞拱顶、右洞拱顶、中洞拱顶沉降累计沉降与施工分部开挖步序曲线如图8所示，DK15+190断面净空收敛与时间变化曲线如图9所示.

从图8 、图9中可得，DK15+190断面最大沉降位于中洞处累计值为-9.87mm，左洞、右洞以及中洞拱顶沉降趋势随施工工序变化趋势基本保持一致，上断面开挖较下断面开挖沉降趋势更为明显，中墙施做完工后，中洞处沉降逐渐变缓，随着施工工序的转换，先开挖的洞室沉降变化较大，各洞室拱顶沉降速率逐渐减弱，中洞处拱顶沉降趋于逐渐稳定的状态.通过长期现场观测DK15+190断面累计收敛最大值-2.35mm，从3月25至 5月6日左洞上断面至右洞下断面施工开挖期间，断面测点收敛变化趋势较为明显，5月6日以后施工开挖完成，收敛变化趋势基本保持稳定状态.

图8　累计沉降变化与施工步序曲线

图9　典型断面净空收敛与时间变化曲线

4　结　论

(1)环线冉家坝车站工程中B区连拱隧道断面根据工程概况、水文地质条件以及上部既有运营车站等方面因素选用中洞法施工，设置竖向承载力强的中墙，增强初期支护参数，通过对施工工序与施工进尺的严格控制，保证了新建车站主体B区的安全施工和既有六号线的正常运营，表明中洞法施工在超大断面隧道近接施工工程中的可行性.

(2)动态施工过程中通过采用特制支架机械钻孔取芯并膨胀破岩的方式非爆破开挖，避免了爆破施工对既有运营六号线和既有建筑物的影响.针对工程特点运用了超前大管棚支护、锚杆施工、超前小导管、回填注浆等一系列施工支护加固技术，优化施工的同时降低了施工风险，为今后类似工程提供了参考.

(3)通过对工程难点处的典型断面DK15+190现场监测结果分析，结果表明各测点监测结果均在允许范围内，施工期间未出现异常突变现象.对于上部既有车站影响较小，有效控制了开挖洞室的围岩变形.施工开挖上断面较开挖下断面时对周边围岩的扰动更为明显.地表沉降量随距隧道中线位置逐步递减，且沉降趋势随之减弱，开挖过程中对周边50m处地表影响微弱.合理的施工步序设计与科学的施工技术控制，有效的减小了施工工序转换带来的不利影响，进一步验证了中洞法施工技术的可行性.通过分析典型断面现场监控量测结果，进行有效反馈，及时调整施工支护参数，优化、指导施工.

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TunnelConstructionTechnologyandEngineeringPracticebyCenterDriftMethodinLightRailStationofSuperLargeSection

WANGZhe-yu，YANGSheng-quan，HUANGFei

(CollegeofCivilEngineering，HunanUniversityofScienceandTechnology，Xiangtan411201，China)

BasedonthesuperlargecrosssectiontunnelapproachingconstructionengineeringpracticeofRanjiabalightrailstationinChongqing,thecomplicatedengineeringgeologicalconditionsandthedifficultiesduringtheconstructionaswellasthehighriskinconstruction,thefeasibilityofthetunnelconstructiontechnologybycenterdriftmethodinsuperlargesectionisanalyzed.Moredetailedexpositionofthekeyareasofengineeringstationtousethecenterdriftmethodfortunnelconstructionmethods,technologyandthecorrespondingsupportmeasuresisgiven.Combinedwiththeresultsofsitemonitoringmeasurementtofurthercontrastverification,theanalysisresultsshowthatthetechnologyofcenterdriftmethodcancontroltheimpactofsuperlargesectiontunnelexcavationontheexistingstationseffectively,andensurethesafetyoperationoftheexistinglinesix.Theconclusionandsuggestionsoftheresearchprovidethebeneficialreferenceandbasisforthesimilarengineeringconstruction.

lightrailstation；centerdriftmethod；constructiontechnology；existingtunnel；approachingconstruction

2015-09-29

2013年度湖南省高校产业化培育资助项目(13CY013).

王哲宇(1991-)，男，硕士研究生，研究方向：岩土工程.

U121

A

1671-119X(2016)01-0090-05