市政工程超大断面隧道双侧壁导坑法施工的改进探索

宋涛

摘要： 修建超大断面隧道需要先进的开挖方法，再加上各个地区的自然条件存在很大差别，国家在这一方面的相关标准、技术规范所起到的参考作用相当有限，尤其是在复杂的周边环境下修筑超大断面隧道的难度更大，所以在建设过程中会出现很多问题，比如地面下沉开裂、既有构筑物变形等，这些问题会带来很大的安全隐患。为了加速我们国家城市道路发展建设，超大断面隧道的施工方法已经成为了热门的研究课题。本文主要是通过对“重庆轨道交通6号线”五路口地下车站的研究和各项数据分析，提出合理的超大断面隧道开挖方法。

Abstract： The construction of large cross-section tunnels requires advanced excavation methods. In addition， there are great differences in the natural conditions of various regions. The reference role of the relevant national standards and technical specifications in this area is quite limited. Especially in the complex surrounding environment， the construction of large cross section tunnels is more difficult. Therefore， many problems will arise in the construction process， such as ground subsidence and cracking， and deformation of existing structures. These problems will bring great security risks. In order to accelerate the development and construction of urban roads in China， the construction method of super-large cross-section tunnels has become a hot research topic. This paper mainly analyzes the research and data of the underground station at the Fifth Intersection of Chongqing Rail Transit Line 6， and puts forward a reasonable tunneling method for oversized tunnels.

關键词： 超大断面隧道；开裂；地下车站；开挖方法

Key words： super large section tunnel；cracking；underground station；excavation method

中图分类号：U455.4 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）17-0137-02

0 引言

随着国家的经济快速发展，城市基础设施建设取得了巨大的进步，特别是在道路建设上和交通运输设计上，已经改变了交通对于经济发展的限制。在大中型城市，主要的交通方式是依靠地铁或者是轻轨，但是地铁和轻轨的大部分运行区间都是在地下的，这些都是交通工程建设中不可避免的情形。尤其是地下超大断面空间的开挖，是对现在使用的工程技术一个很大的考验。国外城市交通发展领先于我们国家，比如一些欧美国家已经建成很大一批大断面隧道，为了减轻工程的难度，保证工程的质量现在正在向大断面扁平方向研究。现在我们国家拥有地铁线路的都是一线城市或者是二线城市，城市人口比较多，城市发展也比较快，所以如何处理在地铁修建过程中的大断面问题也是目前国内研究的重点。重庆是一个四面环山的地区，轨道交通结构应该有大量的地下暗挖暗挖，需要修建大量的超大断面车站，再加上具体工程地质条件和周边环境的特殊性，若直接套用既有成功经验，对于工程整体安全性是不利的。

修建超大断面隧道需要先进的开挖技术，再加上各个地区的自然条件存在很大差别，国家在这一方面的相关标准、技术规范所起到的参考作用相当有限，尤其是在复杂的周边环境下修筑超大断面隧道的难度更大，所以在建设过程中会出现很多问题，比如地面下沉开裂、既有构筑物变形等，这些问题会带来很大的安全隐患。为了加速我们国家城市道路发展建设，超大断面隧道的施工方法已经成为了热门的研究课题。本文主要是通过对“重庆轨道交通6号线”五路口地下车站的研究和各项数据分析，提出合理的开挖超大断面的开挖方法。

1 工程概况及工程难点

1.1 工程概况

重庆市六号线二期是从北培区的中山路开始，和老城区的步行街距离特别近。五路口地下车站是其中的关键工程，里程为DK60 +714.690 ～ DK60 + 920.690，共长206m。车站埋深为14-16m，开挖断面尺寸为20.59m×18.09m，需要暗挖的面积最大达到了320平方米，按照面积划分可以属于超大断面，周围的岩石是砂质泥岩。

1.2 工程难点

1.2.1 埋深浅、覆跨比小

车站埋深在14-16m之间，其跨度高达20.59m，属于典型的浅埋、超大断面隧道。由于车站埋深浅、断面大、跨度大、覆跨比小，使得其在施工中很容易出现上覆土体失稳造成的地面沉陷开裂，具有较高的施工难度。

1.2.2 工程所处周边环境差

五路口车站所处的地理位置要重点参考。五路口是一个比较繁华的商业街，每天都有大量的客流量，加上这里商业贸易发展比较先进，所以地面上交通建设也比较密集，五路口周围都是高楼建筑，存在的时间也都较长了，基础和主体结构的坚固程度相比较以前还是有待估量的，这些外部条件又增加了五路口车站的施工难度，特别是安全方面更要重点考虑。

1.2.3 钻爆开挖要求嚴

地下开挖需要利用爆破技术，所以选取何种爆破方法要重点研究，爆破范围过大会影响到周围居民的生活安全，并且还会对周围的建筑产生重大影响，因此为了减轻对于周围居民的影响，选择合适的爆破方式也是研究的一大难点。

2 施工方法的比选

2.1 传统施工方法的局限性

五路口地铁车站隧道原设计建议采用双侧壁导坑法，该方法作为一种传统的施工方法在具体实施期间存在以下局限性：一是不适宜采用大型施工机械；二是施工工序繁多，不仅效率低，而且容易受到多种因素的干扰，成本较高；三是在拆除中间临时支护时初期支护有可能会因为突然卸载而导致变形，存在潜在的风险因素；四是各分部开挖工作面施工初期支护时，由于循环衔接性差，容易相互之间形成干扰，初支不圆顺，使得应力集中，无法确保最终的质量。

2.2 改进的施工方法

鉴于上述传统施工方法中存在的弊端，为提高施工效率，节约工程成本，应在确保施工质量的基础上，结合五路口车站工程项目实际情况，提出相应的施工方法改进方案，具体：

方法1：这种改进方法是将整个施工过程分为三个主要阶段，参考“图2”所示。第一阶段：将上台阶完全开挖到位（图示第1、2部分）。第二阶段：利用上台阶面设立临时钢架支撑，并进行临时喷锚封闭。第三阶段：在临时支撑对拱顶的支撑下，按照双侧壁导坑的方法，逐层开挖剩余部分，通过这种方式开挖会减少导坑的数量，增大了一次的掌子面面积，同时也增大了拱顶的临空面，每一阶段挖好之后，都需要立即喷锚处理，所以需要负责修复的施工人员提高工作速度，避免安全风险。因此，在改进方法1的基础上提出了改进方法2。

方法2：这种改进方法是将整个施工过程分为四个主要阶段，参考“图3”所示。第一阶段：将上台阶中编号1的部分开挖到位（包含钢支撑所占的位置）。第二阶段：利用上台阶面设立临时钢架支撑，并进行临时喷锚封闭。第三阶段：开挖图示中编号2的部分，并做临时喷锚支护。第四阶段：在临时支撑对拱顶的支撑下，按照双侧壁导坑的方法，逐层开挖剩余部分。开挖隧道时这种方法就将原来的双侧壁导坑变为了“台阶临时支撑+部分双侧壁导坑法”。

3 施工优化与效果

3.1 施工优化

为更好地控制隧道的拱顶下沉、地表沉降，同的时也本着节约投资及加快施工进度的原则，在保证施工质量符合标准的基础上，利用台阶临时支撑+部分双侧壁导坑法开挖隧道时，从多个方面入手优化了改进方法二。例如依据动态监控量测结果优化调整施工参数，既可降低工程成本，也可以提高施工安全水平。

3.2 施工效果

①增大了一次开挖的面积，降低爆破技术难度，使大型机械开挖的可行性进一步提升。“台阶临时支撑+ 部分双侧壁导坑法”开挖上台阶时，第一部分的开挖面积相对“双侧壁导坑法”有很大的提高（开挖面积增加了临时钢支撑部分），这不但降低了爆破的难度，还可以在出碴时采用挖掘机等大型机械施工。②临时钢支撑的刚性较高，可有效的减少地表沉降量。采用钢架做临时支撑，相对于利用土石中隔壁支撑来说，刚度有很大的提高，施工过程中会减少落石和岩崩现象的发生，更明显的效果是有更高刚性的临时钢支撑降低了拱顶以上地面的下沉量。③台阶临时支撑+ 部分双侧壁导坑法的施工安全性较高。这主要是体现在后期拆除临时支撑的施工阶段，在临时钢支撑拆除时，可利用现有的应变测量技术对钢支撑的应力进行测量分析，若不在安全拆除的数据范围，则要进一步的做超前支护。相比较直接的拆除土石中隔壁，提供了又一层的安全防范措施。

3.3 施工效益

“台阶临时支撑+ 部分双侧壁导坑法”充分继承了双侧壁导坑法和台阶分部临时支撑法各自的优点，兼具两者的优点，不仅施工安全水平高，其施工速度也快。重庆地铁6 号线五路口地铁车站工程运用台阶临时支撑+ 部分双侧壁导坑法施工，节约经济成本约620 万元，缩短工期105 天，经济效益良好。

4 结语

以重庆地铁6 号线五路口地铁车站为依托工程，运用合理化分析的手段，开展浅埋暗挖超大断面地铁车站隧道开挖方法的研究，主要得出以下结论：①结合五路口车站工程的地质条件和断面特点，提出开挖浅埋暗挖超大断面地铁车站隧道的新方法—“台阶临时支撑+ 部分双侧壁导坑法”。②在总结国内外隧道开挖方法的基础上，结合具体工程实际情况，在采用该施工方法时，要依据动态监控量测结果对施工参数进行优化调整，达到提高施工安全水平、加快施工进度和降低工程成本的目的。③新的开挖方法运用在浅埋暗挖超大断面地铁车站隧道的施工过程中，要针对工程的具体特点，进一步采用大量新的施工工艺和技术保证措施，使其真正成为解决此类工程条件下隧道开挖的较好方法。④本文取得的研究成果为设计和施工提供理论依据，丰富和完善了浅埋暗挖超大断面隧道施工技术，并为类似工程提供借鉴。

参考文献：

[1]孟丹，臧晓光，于广明，等.地铁车站开挖引起地表沉降分析方法的对比研究[J].岩石力学与工程学报，2012，31（6）：001169-1177.

[2]高亮.地铁车站开挖引起地表沉降分析方法的对比研究[J]. 工程技术：文摘版：00074.

[3]蒋万军，张庆贺，张文才.长条形地铁车站开挖时周边地表沉降规律及控制措施[J].建筑技术开发，2007，34（7）：17-19.

[4]王林琳，杨修.暗挖地铁车站开挖引起临近古建筑物沉降的研究[J].铁道建筑技术，2014（4）：17-20.