地铁拱盖法大断面开挖支护施工技术

2018-01-24李宾

价值工程 2018年5期

李宾

摘要：本文结合青岛地铁1号线瑞金路为地下双层岛式车站施工实例，详尽地论述了拱盖法大断面开挖施工的工艺特点、适用范围、工艺原理、施工工艺流程及操作要点等内容，该技术的成功应用，可为类似工程的施工提供一定的借鉴作用。

Abstract： Based on the construction case of Ruijin Road in Qingdao Metro Line 1which is a underground double-decker island station， this paper elaborates the technological features， applicable scope， principle， construction process and operating points of large-section excavation with arch cover method. The successful application of the technology can provide some reference for the construction of similar projects.

关键词：地铁；拱盖法；大断面开挖；支护；施工技术

Key words： metro；arch cover method；large-section excavation；support；construction technology

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）05-0106-04

0 引言

拱盖法施工对围岩强度要求高，主要适用于风化岩石地层，尤其是上软下硬的土岩复合地层。但在地铁施工中，拱盖法施工的地铁车站不可避免地要穿越城市主干道、有压管线。大断面开挖在施工过程中的沉降问题、地下水流失问题、必然带来了诸多安全隐患。由中铁九局承建的青岛地铁瑞金路车站工程，在拱盖法施工过程中发现，拱顶沉降大、地下水流失、施工进度缓慢，不易达到设计要求，经多次研究，调整车站大断面开挖支护方案，总结出一套拱盖法大断面开挖支护技术，成功解决了拱盖法大断面开挖支护的困难，拱顶沉降大的技术难题。

1 工艺特点

①通过格栅安装工具代替人工架立格栅，解决了难以调整格栅角度及高度，造成螺栓连接孔不能精准对接，有错缝问题。避免了工人在裸露围岩下施工存在安全隐患，操作简单，缩短施工周期短。

②通过使用锁脚锚管导向工具及L筋，确保格栅拱脚处锁脚锚管水平向下15°锚进地质围岩中，与支护结构格栅钢架焊接连成整体，起到承压、防止初期支护结构沉降等作用。便免了锁脚锚管与格栅连接后形成的整体性较差、掉拱、隧道拱顶失稳、垮塌等情况，保证了施工安全。

③采用渗漏水措施，有效的控制了拱顶沉降大、地下水流失问题，确保了隧道围岩的稳定，施工安全可靠。

2 适用范围

本施工技术适用于地铁拱盖法大断面开挖支护。

3 工艺原理

瑞金路站拱盖法开挖支护施工中，在进洞门时采用双排超前小导管对围岩进行预支护，注浆液选用硅酸盐水泥，增强了围岩整体性和强度。开挖前进行超前地质预报、超前探孔及监控量测，为开挖提供了参数依据。立架通过使用格栅安装工具、锁脚锚管导向工具及L筋，加快了施工进度，保证了施工安全。

立架完成后，进行喷射混凝土施工。待施工成环后进行背后注浆施工。对渗漏水点采用渗漏水注浆措施，控制了拱顶下沉和内径收敛变形的情况。施工监测采用动态监测，及时反馈监测数据。

4 施工工艺流程及操作要点

4.1 施工工艺流程

施工工艺流程如图1所示。

4.2 施工操作要点

4.2.1 施工准备

①图纸审核，技术人员会同监理、勘察、设计、业主代表对图纸进行会审，对图纸的存在的问题及时解决，确保施工图纸的准确性、合理性。

②原材料试验及进场：对要进场的喷射混凝土原材、钢筋原材、钢架及小导管等材料报监理工程师进行取样检测，请第三方检测中心取样检测，合格后方可使用。

③设备进场报验、标定：对进场的钻孔机、注浆机、电焊机等设备向监理工程师报验，报验合格后方可投入施工。

4.2.2 超前地质探测

①超前地质预报。考虑地下工程存在诸多不确定性因素，为保证隧道施工正常进行，车站隧道施工过程中，对所有地段均进行地质预报。雷达探测可以预报距离掌子面20米范围内的地质情况。仪器采用意大利RIS-K2型探地雷达，80MHz屏蔽天线。采用点测法进行数据采集。采样频率：1046MHz；采样点数：604；叠加次数：128次；测点间距：0.1m；采样时窗：566ns。结合现场条件以及探测要求，在开挖地面上方1m处，从左边墙向右边墙方向测一次，再从左边墙向右边墙方向复测一次。

测得结果地下水类型为基岩裂隙水，地下水較发育。局部裂隙发育，开挖期间预计出现渗水。掌子面围岩为火山集块岩，岩体块状碎裂，节理较为发育，均一性一般。围岩等级为IV 2级。

②超前钻孔。根据设计地质资料提供的不良地质资料，采用轻型地质钻机在掌子面进行钻孔探测，以便相互印证，根据雷达探测资料选择探孔位置，布置三个Φ50探孔，在钻孔的同时，记录钻空速度、岩碴粉特征、冲洗液颜色、含泥量、出水部位、钻杆是否突进等情况，探明水量和水压情况，按设计和开挖面的地质资料，判定工作面前方的工程、水文地质情况。钻孔前应先用稍大直径的钻头钻孔，安设3m孔口管，孔口处设闸阀，在遇到高压水时紧急关闭，防止突水。对于取芯钻空，每次提钻后对岩芯进行观察描述和记录，记录各岩层位置、岩性、厚度及其裂隙发育、充填胶结情况，做好岩芯的地质描述，同时记录好孔内出水情况。endprint

4.2.3 施工工序

瑞金路站主体从1、2号风道进洞施工开始，双向相对开挖施工车站主体。上台阶拱盖开挖施工完毕后，进行拱盖衬砌施工。车站分为四个施工段，见图2。

4.2.4 测量放线

①洞内导线测量。内导线控制测量是在洞外精密导线控制测量的基础上，结合洞内施工特点布设导线，以勘测院浇桩点，布设点为起始点，沿隧道两侧分别设置支导线连接后形成闭合导线闭合于洞外高级点。导线点布设在施工干扰小、稳固可靠的地方。

由洞外向洞内的测角、测距工作，在早上、傍晚或阴天进行，洞内的测角测距，在测回间采用仪器和觇标多次置中的方法，并采用双照准法（两次照准、两次读数）观测。照准的目标应有足够的亮度，并保证仪器和反射镜面无水雾。

洞内导线的坐标和方位角，必须依据洞外控制点的坐标和方位角进行平差计算。

②开挖测量。开挖前应校核中线点，并在开挖断面上标出设计断面轮廓线。开挖工作完成应及时测量超欠挖并绘出断面图。

开挖在曲线段采用全站仪进行中线及高程的放样。开挖断面成形后，采用断面检测仪对开挖断面进行检查，发现欠挖后及时报与施工班组处理。

用中线法进行洞内测量隧道时，中线点点位横向偏差不得大于3mm。

③初期支护测量。根据设计图纸制作加工的钢支撑定位放样。把拱顶高程和起拱线高程以及隧道中线在实地上测设出来，控制钢拱架两侧拱脚的平面位置和高程，用红油漆标定记号并对本工序负责人进行书面交底。

④高程控制。高程控制点在洞口设置一个，如特殊需要时还可进行加密，其布置形式为闭合水准线路，闭合于洞外水准控制点。加密水准点的复测按四等水准控制。采用水准仪进行往返观测，并定期进行复测。

4.2.5 马头门处加固措施

马头门处开洞超前支护采用管棚及超前支护小导管+超前注浆形式支护。小导管规格型号为Ф42，壁厚3.5mm的热轧钢花管，管棚规格型号为Ф108，壁厚5mm的热轧钢花管。超前小导管环向间距0.4m，长4.5m。管棚环向间距0.4m，长12m，管棚间打设Ф42超前小导管。注浆浆液为水泥浆，水灰比1：1。

开马头门前，应在超前支护施工完毕后才能进行架设格栅施工。进洞开挖距离严格按照架设一榀拱架的距离控制。

根据马头门处并立三榀格栅作为进洞加固措施。严格按照图纸中初期支护施工方式施工，严格控制超前小导管注浆质量。在格栅第一榀架设、喷锚结束后，设置马头门拱顶沉降监测点及收敛点位，对马头门拱顶沉降及收敛取初始值并监测。同时施做超前地质预报，加强掌子面围岩的地质素描工作。

4.2.6 车站管线情况

经调查，瑞金路车站穿越重庆中路下埋设的各种管线共9处，探明其结构形式、水平距离、空间关系及埋深，有利于施工及排迁。

4.2.7 开挖施工

瑞金路站围岩由于上软下硬，拱盖开挖采用CD法施工见表1瑞金路站施工步骤。

4.2.8 爆破施工

①爆破施工工艺流程：钻眼——清孔——领药——装药及连线——剩余炸药返库——爆破警戒——爆破——爆破后盲炮检查。

②装药结构。掏槽眼、辅助眼采用反向起爆。周边眼采用间隔装药。装药结构如图3所示。

③起爆网路。开挖各炮孔起爆顺序为：掏槽眼→辅助眼（掘进眼）→周边眼，由里向外逐层起爆。周边眼采用导爆索起爆。其中导爆管导爆管采用簇并联发联接。

④炮眼直径。选用YT-28型手持式风动凿岩机，炮眼直径d=42mm。

⑤炸药。采用2号岩石乳化炸药，规格为Φ32mm×300mm，每卷300g，1kg/m。乳化炸药的性能见表2。

⑥雷管。地铁对于爆破振动的控制要求较高，所以本工程选取导爆管延期雷管作为起爆器材。雷管选用第一系列毫秒导爆管雷管。各段别导爆管雷管的延期时间如表3所示。

4.2.9 钢格栅施工

格栅钢架在钢筋加工厂按设计加工成型后试拼，合格后运至现场拼接安装。钢架定位架设，与定位锚杆焊接牢固，在拱脚设置锁脚锚管，以控制下沉。钢架间设纵向连接筋，并以喷砼填充密实。

格栅钢架架设工艺及技术要点：

①安装拱架前，将基面清理干净，并将基脚置于稳定的基岩上，必要时在钢架基脚处设混凝土垫块以增加基底承载力，同时安设锁脚锚管；

②钢架各单元间连接牢固，安设位置正确、稳固并垂直于隧道中线，允许偏差为：与线路中线位置30mm；垂直度5%；前后两片钢拱架间距±5cm。

③为增强钢架的整体稳定性，将钢架与小导管或系统锚杆焊接在一起，钢架间设纵向连接钢筋，环向间距按1m内外交错布置。

④为使钢架准确定位，钢架架设时同步定位测量。

⑤架立钢架后尽快进行喷射砼作业，使钢架与喷射砼共同受力。喷射砼时从拱脚或墙脚处向上喷射，将拱角处格栅预留出来，方便下一台阶格栅安装。拱角處预留格栅需安放在坚硬围岩上。

4.2.10 钢筋网施工

钢筋网为Φ8钢筋，网格间距150×150mm。钢筋网在加工厂加工制作成1.2m×2m的网片，施工时运至工作面进行安装。钢筋网在初喷砼后与钢架同时安设，钢筋网加工制作及安装时应注意：

①钢筋加工时要进行调直，除锈、去油污、确保钢筋质量要求；

②铺设钢筋网前，先喷射3～5cm厚的C25砼；

③钢筋网铺设时，应随砼初喷面起伏敷设，并与喷砼面接触紧密；

④钢筋网片之间须搭设长度不小于15cm，并与钢架或锚杆焊接在一起。

4.2.11 中空锚杆施工

中空锚杆型号为Φ25*7mm，锚杆长度3.5m，环纵向间距1.2*1m，梅花形布置。endprint

①安装前检查工作。

锚杆原材料型号、规格、品种以及锚杆各部件质量和技术性能应符合设计要求；

锚杆孔位、孔径、孔深及布置形式应符合设计要求；

孔内积水和岩粉应吹洗干净。

②锚杆施工工艺流程。

钻孔→清孔→插入锚杆→安装止浆塞→注浆。

③钻锚杆孔前，应根据设计要求和围岩情况，定出孔位，做出标记。锚杆孔距允许偏差宜±100mm。孔深允许偏差宜+100mm；在Ⅳ级围岩及特殊地质围岩中开挖隧道，应先喷混凝土，再安装锚杆，并应在锚杆孔钻完后及时安装锚杆杆体。锚杆尾端的托板应紧跟壁面，接触部位必须贴紧。锚杆杆体露出岩面的长度不应大于喷射混凝土的厚度。钻孔方向宜与岩层主要结构面垂直、孔钻好后用高压水将孔眼冲洗干净，并用塞子塞紧孔口，以防止渣土掉入钻孔。杆体插入孔内长度不应小于设计规定的95%。锚杆安装后，不得随意敲击。

4.2.12 小导管施工

开挖前首先施作超前小导管注浆支护，在开挖轮廓线拱部范围，按环向间距0.4m，以10°-15°仰角施作？准42长4.5m的超前注浆小导管。钢管壁厚3.5mm，前端加工成25°～30°的锥形，端头花管长约2～2.5m，管壁四周钻四排直径10mm压浆孔。

施工时，将注浆嘴接入钢管，向管内注浆，开始采用0.5MPa的压力注浆，当压力达到1.0MPa时，暂停注浆，等几分钟待压力降至0.4MPa时，再继续注浆。

4.2.13 喷射混凝土施工

本工程采用湿喷喷射工艺。湿喷是将骨料、水泥和水按设计配合比拌合均匀，用湿喷射机压送到喷头处，再在喷头上添加速凝剂后喷出。

①打开速凝剂辅助风→缓慢打开主风阀→启动速凝剂计量泵、主电机、振动器→向料斗加混凝土。

②开机后注意观察风压，起始风压达到0.5MPa，才能开始操作，并据喷嘴出料情况调整风压。一般工作风压：边墙0.3～0.5MPa，拱部0.4～0.65MPa。

③喷嘴与受喷面尽量垂直，两者的距离一般为0.6～1.2m，对挂有钢筋网的受喷面，喷嘴略倾斜，距离也相应减少。

④喷嘴均匀地按螺旋轨迹，分区段（一般不超过6米），自下而上，一圈压半圈，缓慢移动，每圈直径约20cm。若受喷面不平，先喷凹坑找平。

4.2.14 背后注浆管的安设

初支背后采用1：1水泥浆二次压浆，注浆管采用？准42、δ=3.25mm、L=0.35m普通焊接钢管，注浆孔沿拱部及边墙布设，环向间距：拱部边墙1.5m，纵向间距1m，梅花形布置，也可根据实际情况对位移变化较大处或渗漏水处加密布设，回填注浆管外露喷射混凝土15cm，回填注浆管外露部分在注浆前不得随意割除。

注浆孔沿起拱线环向间距1.5m，侧墙环向间距1.5m，纵向间距1m。注浆深度为初支背后0.5m，注浆终压0.5MPa，初支背后注浆采用水泥浆，其配合比为：水灰比=1.0。

4.2.15 地下渗水处理方法

在遇到突水、地下渗水较丰富地段或进洞马头门漏水严重处，采取注浆堵水措施。采用径向补充注浆方式进行止水加固。

4.2.15.1 注浆方法

注浆管采用Ф42*3.5mm的钢花管，打设深度2m；注浆浆液采用水泥水玻璃双液浆，注浆压力为1.5～2MPa。

滴水及线状渗水：在距渗水点700mm处打设4个注浆孔，在渗水点位置打设一个注浆孔。

大面积渗水：在渗水范围边缘打设注浆孔，注浆孔间距1000mm。在渗水范围内打设注浆孔，孔间距700mm，梅花形布设。

钻孔深度控制在2m，保证钻孔进入初支背后岩体，便于注浆浆液在初支背后形成止水帷幕。

钢花管采用Φ42*3.5mm的钢花管，长度2m，钢花管上钻注浆孔，孔径10～16mm，孔间距15cm，呈梅花形布置，尾部留不钻孔的止浆段15cm。

注浆浆液采用水泥水玻璃雙液浆，其中水灰质量比为1：1，水泥浆与水玻璃体积比1：0.5。

注浆顺序：从外至内注浆施工，在最外侧形成止水帷幕，防止渗水范围注浆过程中地下水从外侧流出。

注浆压力：由于地下水具备压力，需要高压注浆进行封堵。压力范围为1.5～2MPa。