暗挖地铁车站拱盖法关键施工技术分析

肖志平

摘 要：地铁车站的施工技术对提升工程项目的施工速度具有积极作用，目前常用的暗挖地铁车站施工方法是拱盖法，对其进行施工技术研究具有重要意义。本文首先介绍了工程项目的主体部分和拱盖法应用原理，其次阐述全逆作、全顺作、混合施工等拱盖法施工方案的选择，最后深入探究拱盖法施工中应用扣拱施工、大拱脚施工等关键技术。

关键词：暗挖地铁车站；拱盖法；施工技术

中图分类号：U231.4 文献标识码：A 文章编号：2095-9052（2020）04-0192-02

在地铁车站项目的施工中，拱盖法具有施工工序简单、干扰因素小、地面沉降率低的特点，可提升工程项目施工的安全性，促使地铁车站按照预期进度完工。实际施工作业中，相关人员应明确拱盖法的应用原理，在具体工程项目中，对施工关键技术进行重点掌握，以期提升地铁车站项目的施工作业效率。

1 地铁车站项目概述

1.1 工程概况

北岭站位于青岛市北区人民路和瑞昌路的交叉口北侧，邻近有6层及6层以下居民楼和沿街商铺，多为20世纪50～70年代建筑。通过钻探揭示，场区第四系厚度1.50～15.60m，主要为第四系全新统人工填土层（Q4ml）及上更新统粉质黏土（Qal+pl）。基岩为中生代燕山晚期侵入岩花岗岩（γ53），局部为花岗斑岩（γπ53）、细粒花岗岩（γ53）及煌斑岩（χ53）侵入岩脉。受次生构造影响，部分钻孔中裸露有相应岩性的构造岩。车站全长182.75m，车站拱部覆土最薄处为17.2m，最厚覆土达到24.5m。设计采用全包防水，圆拱曲墙复合式衬砌断面，开挖高度为19.3m，宽度为26.3m，采用拱盖法等关键施工技术组织具体施工。

1.2 拱盖法原理

拱盖法是在明挖法、盖挖法和PBA施工方法的基础上创建的暗挖地铁站施工方法，主要应用在上软下硬的岩石地层中，是目前地铁车站施工中应用较为广泛的技术。拱盖法施工的核心思想是利用下伏围岩的承载能力和稳定性，在不进行强爆破或弱爆破的前提条件下，利用PBA工法进行前期支护施工，并且以小导洞的方式对支护结构进行调整，技术应用过程中，利用大拱脚方案将拱部的初期支护与二次衬砌结构支撑在稳定的岩石层面上，并形成拱盖[1]。在拱盖的支撑和保护下，利用全逆作、全顺作或混合施工方案，进行地铁车站建设。

2 拱盖法施工方案选择

2.1 全逆作方案

全逆作施工方案是在导洞贯通后，首先对初期支护拱盖进行施工。其次进行二次衬砌和土石方的开挖工作，并且保证开挖的深度在中板以下。最后，根据实际情况决定土石方开挖是否应在基底位置，并组织设计施工方案。地铁车站项目的施工中，全逆作施工方案是目前应用较为广泛的技术，对施工作业的稳定性与连续性产生重要影响。

2.2 全顺作方案

全顺作施工方案是技术人员在完成初期支护扣拱前，需要对施工条件进行检查。实际上，全顺作施工方案的应用，在初期支护结构施工完成后，不进行二次衬砌，而是直接將土石方挖掘至基底，与侧墙、中板和拱盖等结构，共同构成项目施工的整体框架。

2.3 混合施工方案

混合施工方案结合了全逆作和全顺作方案的应用优势，对地铁项目施工作业的科学性与高效性具有重要的应用意义。实践应用中，需要结合具体的工况条件，在安全、质量和进度等多方面对应用方案进行选择，促使地铁车站项目施工作业维持在较高的技术水平。

2.4 方案比较

暗挖地铁车站的施工中，三种技术方案各有优缺点。

第一，全逆作法具有施工应用方面的安全性与可靠性，无需增加额外的技术应用负担。然而，由于车站部分属于花岗岩结构，并且岩石的强度较强，需要利用爆破技术对其进行土石方的挖掘。鉴于爆破技术的应用，如对中板结构的保护力度不足，容易引发相关的安全隐患问题。因此，需要对相关部分进行严格管理与控制。施工结构中逆向水平接缝过多、接触位置的质量不过关和防水措施应用不到位问题，容易导致带水作业现象出现，不利于项目按照施工进度完工；且全逆作法上部、下部结构分开施工，需要分两次组织开挖结构施工，不利于现场劳动力组织。

第二，全顺作施工技术虽然具有施工进度较快，促使土石方挖掘和作业面结构施工的安全、连续有序开展，使得地铁车站的施工安全和质量得到合理保护。但是该种方案的应用，仅仅凭借初期支护设计具体施工方案，不利于拱盖法施工技术应用的科学性与完整性，并且支护结构在初期往往需要加固拱部地层，成本花费较多，不利于项目施工作业的经济性。此外，项目建设中也面临二次衬砌风险，促使高边围岩和钢管柱的稳定性受到干扰。

第三，混合施工技术的应用主要指半逆作和半顺作施工作业方式，是在二次衬砌拱盖的保护下，进行洞内土石方的挖掘和结构调整。相关技术的应用，不仅体现出施工方法的优势，更能保证地铁车站项目拱部的稳定性和安全性。具体工作中为达到这一效果，可在高边墙的相关位置对管柱线进行加固，促使钢管柱结构更加稳定[2]。暗挖地铁项目施工中，由于先进施工技术和方案的应用，使得项目建设更加具有生机和活力，然而当钢管柱压杆稳定问题被忽视时，则施工技术的应用将欠缺合理成分。

3 暗挖地铁车站拱盖法关键施工技术

3.1 扣拱施工

暗挖地铁车站建设中，应对扣拱施工技术进行明确，并设计合理规格的初期支护扣拱结构，促使项目施工建设的安全和稳定。在施工的前期阶段，扣拱施工技术的应用主要分两部分进行：

第一部分，对导洞内初期支护的扣拱部分及背后回填混凝土的施工。技术人员需要根据两个导洞的初期支护结构进行加固作业，促使相关结构的应用更加稳定，为后期施工操作提供安全保障。需要特别强调的是，在初期施工中，对支护扣拱进行构建时，需要保证预埋件的接口位置处于同一水平高度上，促使扣拱格栅能够准确连接。

第二部分，二次衬砌扣拱施工。在暗挖地铁车站的施工建设中，当初期支护扣拱完成后，施工作业人员需要根据现场施工要求，由中间位置向车站两端后退，并且沿着车站纵向分段凿除导洞部分临时初期支护结构，对拱部位置的防水层结构进行二次衬砌。实际工作中，应对每段凿除的长度进行明确，具体的长度应小于等于7m，保持两侧位置同步进行。二次衬砌扣拱的最薄处应大于600mm，为保证施工作业进度，可利用6m长自行式液壓模板台车或支架分段同时进行操作。

3.2 大拱脚施工

拱盖法施工的关键与核心思想是利用岩石的承载能力，将初期支护和二次衬砌结构支撑在两侧的岩壁上，由此形成拱盖形状，该施工方法也因此得名。实际施工建设中，通过大拱脚下冠梁可将拱盖上部分的载荷均匀分布在相关的支撑结构中。针对地铁车站项目的施工而言，大拱脚的稳定尤为重要，影响到整个拱盖结构的安全，对施工作业工作的连续开展起到关键作用。决定大拱脚稳定的前提条件是冠梁下围岩的强度和相关结构的载荷承受能力。

根据当地的地质勘查报告，在工程项目施工中，花岗岩的平均抗压强度为27MPa，地基承载力特征值为1MPa。根据项目实际受力结构，上覆土层对大拱脚形成的压力值为625kPa。当岩石承载力达到一定数值后，大拱脚围岩结构可承担来自上层覆土的大部分压力，对项目施工的安全性产生重要影响。具体分析中，根据青岛地铁一号线北岭站的地质结构可知，整体上，花岗岩的稳定性较强，大拱脚挖掘中尚未出现地下水的干扰问题。对于局部存在的地下水侵蚀导致的岩石强度变低问题，应采取必要的治理措施，例如，可对大拱脚的围岩部分进行注浆加固，或者将导洞的底板开挖至风化岩层以下位置，并且对相关部分进行必要的混凝土回填作业，促使内部结构更加稳定。

3.3 钻爆法施工

车站项目施工中，对于暗挖断面较大的风化岩石层，尤其是在花岗岩结构的工况条件下，可采用钻爆法对相关部位进行开挖成洞。实际施工中，发现相关围岩结构，特别是导洞的初期支护结构和钢管柱会出现一定的扰动，严重时可造成相关结构的破损，影响施工作业开展的连续性。同时，考虑到爆破位置位于城市的浅埋层，附近有建筑物和管线通道等设施，容易造成相关结构出现破坏，形成一定的经济损失。因此，在钻爆法施工中，应对安全技术和工作原则做出规定，促使相关技术应用的安全性与可靠性。

暗挖地铁车站项目的爆破施工中，应坚持以下方面的设计原则：为合理避免爆破震动，应采用分台阶微差减震的控制方式，对爆破过程进行严格监督和管理。冠梁下边墙2m范围内适宜采用松动爆破方式，降低震动对围岩的扰动，确保岩体的稳定性，确保工程安全。具体施工中，应采取分部爆破的方式，创造多个临空面，并且以此为基础，合理利用导爆管段位控制单段起爆药量，以控制爆破的规模和范围。在暗挖地铁车站项目施工中，对于临近边墙、钢管柱和导洞初期支护结构的周围区域应设计减震空眼和采用水压爆破，由此降低钻爆法施工对相关结构的影响[3]。

在炮眼布置上，应保证掏槽眼与水平岩面呈现出60°的夹角，并且考虑爆破眼所在岩层的具体纹理状态，保持炮眼的方向尽量与岩石的纹理垂直，使得暗挖地铁车站的掏槽施工具有现实可能性。为保证实际施工效果，需要对掏槽眼和外部轮廓线进行规格限制。具体施工中，掏槽眼的深度应大于辅助孔30～40cm，并且控制轮廓线周边孔的间距在35～50cm，由此降低爆破操作对冠梁下围岩结构的扰动。对于局部欠挖位置，应利用人工操作，以风镐方式进行修整，促使钻爆法施工技术的应用更加科学合理。

4 结语

综上所述，在暗挖地铁车站项目的施工作业中，应注重应用扣拱施工、大拱脚施工和钻爆法施工技术，实现项目施工建设的科学性与完整性。实际工作中，对暗挖地铁车站拱盖法初期支护施工的关键技术进行研究与探讨，并根据实际工况条件选择合适的施工方案，可促进项目工程施工技术的发展与进步。

参考文献：

[1]康直.暗挖地铁车站拱盖法初期支护施工关键技术研究[J].建设科技，2019（20）：97-99.

[2]赵迎，高明生.岩溶地区暗挖地铁车站复合初支拱盖法施工稳定性研究[J].市政技术，2019，37（3）：137-140+144.

[3]马占起.拱盖法在暗挖地铁车站中的应用[J].铁道勘察，2019，45（1）：52-58.

（责任编辑：李凌峰）