超大断面浅埋暗挖地铁车站转换段施工技术*

罗光财，邓尤东，雷 军，卢智强

(中国建筑第五工程局有限公司，湖南 长沙 410004)

近年来，随着国内城市轨道交通飞速发展，地铁将成为市民出行的主要公共交通方式。城市轨道交通工程大多数地处繁华闹市区，为了减轻工程建设对居民生活影响，越来越多的地铁车站设计为超大断面浅埋暗挖的隧道工程。地铁车站采用暗挖法施工，施工通道、附属结构与超大断面车站主体隧道转换段施工工序最为复杂、结构体系受力转换频繁，围岩变形、应力以及支护结构受力复杂。在超大断面浅埋暗挖地铁车站，采取有效的施工方法实现转换段施工，对于确保车站施工安全至关重要。以重庆轨道交通9号线天梨路车站工程为载体，通过对转换段施工工艺的改进和施工保障措施的优化，开展大断面暗挖隧道转换段开挖技术研究，为类似工程提供借鉴。

1 工程概况

重庆市轨道交通9号线一期工程天梨路站位于重庆市沙坪坝区天梨路下方，全长245.0m，单拱双层结构，隧道采用复合式衬砌，开挖净宽23.24m，开挖深度21.26m；顶部覆盖层厚度约31～33m。共设2组风亭和4个出入口，均为暗挖复合衬砌结构。其中风道最大净宽为13.4m，出入口净宽6.5m。

2 工程地质条件

项目位于沙坪坝区覃家岗沿线，原始的地貌为构造剥蚀浅丘地貌。现状地形经人工改造较为平缓。经地面地质调查和搜集的相关地质资料反映，拟建区内地层由上而下依次可分为第四系全新统填土层Q4ml、残坡积层粉质黏土Q4el+dl和侏罗系中统沙溪庙组J2S沉积岩层。沿线基岩强风化带厚度一般为1.00～3.50m。基岩强风化带岩体破碎，风化裂隙发育，岩质软，岩体基本质量等级为Ⅴ级。基岩内裂隙发育程度为较发育，岩体呈块状结构。

根据沿线地下水的赋存条件、水理性质及水力特征，沿线地下水可划分为第四系松散层孔隙水、碎屑岩类孔隙裂隙水。

3 暗挖车站施工总体部署

施工通道采用台阶法开挖进入车站主洞进行挑顶施工，完成转换段施工后，采用双侧壁导坑法开挖进入车站主洞施工，如图1所示，总体施工部署主要步骤如下。

图1 暗挖车站总体施工部署

1)站厅层

由施工通道与主洞正交进洞，首先进入站厅层按平坡开挖至正洞边墙，完成由施工通道小断面向车站主洞大断面转换，待施工通道处的正洞初期支护完成后向主洞两端掘进施工。

2)站台层

施工支通道对应的车站主洞部位左右侧导坑上、中台阶开挖支护完成后，由支通道正交进入主体结构站台层进行施工。进入站台按平坡开挖至正洞边墙，完成由支通道施工通道小断面向车站主洞大断面转换，待支通道处的正洞初期支护完成后向主洞两端掘进施工。

3)附属结构

由站厅层向两端掘进至主体结构与出入口处，同时进行接口交叉施工；施工至出入口、风道或区间隧道后，先施工车站主洞支护、站厅层部分风亭上部接口支护，后续由站台层开挖至下导坑进行下部施工，完成附属结构通道的连接段结构(又称“锁口”)施工，待连接段结构达到设计强度后，再开挖出入口、风道通道其余部分或区间隧道。

4 施工通道进入车站站厅层转换施工

根据地质情况，施工通道与车站主洞边墙相交5m左右范围初期支护加强。施工通道进入主洞采用门型钢架。施工主通道(站厅层)首先垂直进入主洞上半断面,施工通道进入主洞后开始连续段(挑顶)施工，开挖方法为台阶法，主洞采用双侧壁导坑法开挖。由于车站隧道断面大，通道与车站主洞的墙部与拱脚处相交相接，受力复杂，须精心组织，确保施工安全。

4.1 施工工艺流程(见图2)

图2 施工通道进入车站主洞挑顶施工工艺流程

4.2 施工步序

1)施工通道与车站主洞接口末端密排3～4榀门式钢拱架后，开始设置门式钢架，并施作初期支护。门型钢架施工3.5m左右后，架设车站主洞左侧钢架。

2)继续向前施工，按台阶法分段(纵向长度不大于1m)开挖车站断面范围内矩形通道，根据高度变化架设门式钢架(间距一般为0.5m/榀)，门式钢架内侧应将主洞初支外轮廓包含在内，并沿隧道主体初期支护施作中空注浆锚杆，门形钢架施工至距离主洞隧道右侧拱腰1.8m左右时，开始开挖右侧拱腰土体，施作车站主体初期支护。

3)为保证车站开挖导洞拆除临时门架立柱安全，在施工通道与主洞接口处内侧密排2～3榀I22b内层门形钢架。主洞隧道右侧拱脚支撑于开挖面底板基岩上，右侧主洞钢架与左侧主洞钢架采用钢板有效连接，同时分别施工锁脚锚杆，主洞钢架密贴门字钢架，其左侧钢架左端支撑于施工通道内层密排门形钢架上，并与之焊接牢固，同时主洞左侧钢架末端及时施作2根锁脚锚杆。

4)待挑顶横通道内施工监测数据稳定且均在允许范围内时，破除车站主洞纵向方向一端右侧导坑上部门形拱架边墙，跳榀拆除门形拱架立腿，并加强观测，监测数据稳定且在允许范围内时拆除剩余门形拱架立腿，必要时采用砂浆锚杆对拱架拱顶进行加固。然后沿车站纵向开挖并施作右侧上导洞初期、临时支护。

5)待车站主洞右侧上导坑开挖至支护完成1～15m后，再破除左侧门形支架，施作左侧上半断面导坑，并严格按照设计步距进行双侧壁导坑法施工。当沿主洞纵向一端右侧上导坑开挖支护完成20m以上，方可组织车站往主洞纵向方向另一端方向进行右侧上导坑开挖，同理组织左侧上导坑开挖。核心土部分门形钢架立柱一直保留至主洞仰拱开挖时方才能拆除。

4.3 主要控制措施

4.3.1施工通道连接断面施工

施工通道在进入车站挑顶前必须严格控制开挖进尺，采用上下台阶法施工，施工必须坚持“短进尺、少扰动、强支护、勤量测、早成环”的原则，开挖每循环进尺为≤1.0m，根据地质情况，施工通道与正洞边墙相交5m范围衬砌支护加强，并且初期支护必须紧跟掌子面。施工通道挑高段采用加强型支护，末端采用密排拱架。

4.3.2施工通道挑顶交接处门架型钢施工

施工通道挑高断面施工时，门字架横梁高度需超过车站开挖轮廓面高度，以便后期施工。门字架下部必须垫实，不得出现悬空状态。架立门形钢架时，分别于墙角钢架处设置锁脚锚杆以保证钢架稳定，工字钢架每榀各单元必须连接牢固，各榀之间施作连接筋，环向间距为1.0m，内外交错布置，与下一榀搭接预留长度不小于22cm。

4.3.3施工横通道开挖施工

横通道一般为矩形，门字架喷射支护，横通道宜采用两台阶法进行开挖作业，地质较好时，可采用钻爆法爆破施工，开挖沿正洞弧形开挖(应比正洞初支高出32cm)；当地质条件较差时，可采用非爆破开挖施工。

1)开挖方式选择

两台阶法施工横通道时，一般采用短台阶法。开挖施工采用钻爆工艺时，宜采用光面爆破，爆破施工必须坚持 “短进尺、弱爆破、强支护、勤量测、早成环”的原则，当地质条件较差时，可采用机械开挖施工。

2)两台阶施工

两台阶施工时，上台阶长度控制在3～5m，台阶法开挖每循环进尺不得超过1m，上台阶开挖高度≤6m，上台阶开挖超前下台阶3～3.5m。下半断面开挖采用左右两侧交替进行的方式，左右两侧错开开挖，下台阶开挖台阶高度根据实际情况具体调整。

上台阶开挖时，采用短进尺开挖，上台阶开挖进尺控制在1～2榀钢架(间距约0.5m)，开挖后及时进行初期支护，同时施作横向临时钢支撑。下台阶开挖时，下半断面开挖采用左右两侧交替进行的方式，左右两侧错开开挖；开挖后施作初期支护及时成环，构成稳固的支护体系。施工过程中，通过监控量测掌握围岩和支护的变形情况，及时调整支护参数和预留变形量，保证施工安全。待支护体系稳定后，再拆除横向临时钢支撑。

5 施工支通道进入车站站台层转换施工

5.1 施工支通道施工

在车站主洞隧道对应部位左右侧导坑上、中台阶已开挖支护完成后，施工支通道方可进入主体结构站台层。待车站主洞隧道左右两侧中上部导坑向一端开挖通过支通道接入口大于10m后，支通道方可接入车站站台层进行主体下部开挖支护。

由施工支通道进入车站主体下半断面时，在施工支通道拱顶与车站主体相交处密排4～5榀型钢拱架，使主洞隧道拱脚落在施工通道密排型钢拱架上，然后进入车站主洞隧道下台阶。施工支通道采用钢拱架支护，短进尺(循环进尺不得超过1m)施作一段施工通道至主洞右侧下台阶，施工通道前方首先进行超前支护施工，采用超前小导管。在通道与主体结构临时支护相交处密排4～5榀钢拱架。

5.2 车站站台层转换施工

施工支通道进入站台层完成转换段施工后，拆除车站主洞隧道沿中上部导坑开挖方向一侧的临时支护开挖主洞隧道右侧下部导坑。下部导坑向前掘进大于10m后，拆除临时支护进行主洞隧道左侧下部导坑开挖。当主洞隧道一端双侧壁导坑法开挖施工满足安全步距要求后，紧跟着开始主洞隧道另一端开挖。

当站台层一端初期支护稳定后及时施作仰拱，当主洞隧道开挖大于30m后，在站内组装二衬台车，尽早形成整体支护。

6 出入口、风道与车站主洞转换施工

考虑工期要求以及施工方便，出入口及风道等可与车站隧道同时施工。为了保证同时施工不相互干扰以及施工安全，一方面强化现场施工组织管理，保证各作业面有序进行；另一方面要加强初期支护，通过增加锚杆长度、加密一定范围内工字钢以及增加临时支护，确保施工安全。

图3 车站端墙支护

车站主洞隧道开挖站厅层时，当开挖导洞施工通过出入口或风道一定范围后，便可以同时进行出入口或风道交叉口段(又称为锁口段)施工。出入口或风道开挖轮廓两侧，车站初期支护均应密排钢拱架2榀进行加强。

交叉口段施工时，先施作车站主洞的初支，再施作交叉口范围初支钢架。交叉口处联立3～4榀密排型钢拱架加强，同时打设一环超前小导管；同时，出入口加强段采用砂浆锚杆加强，沿着出入口或风道纵向并与主体隧道钢架大角度相交打设砂浆锚杆，与车站主洞拱架可靠连接。

开挖前架立预先截断的车站主洞隧道钢架，施作超前支护之后方可进行通道交叉口段开挖。对车站初期支护拱架进行切割，施工中应加强监控量测，并设置拱架应力监测。交叉口处地质较好时采用弱爆破分部开挖，地质较差时采用台阶法或预留核心土台阶法进行机械开挖。然后，施作出入口或风道与主体结构交叉口部分的二衬和车站主洞隧道的二衬，待二衬达到设计强度后，再开挖出入口或风道通道其余部分。

7 车站主洞与区间隧道转换施工

车站端头为车站区间左右线隧道与车站主洞隧道连接处，在端头墙加设立两榀工字钢且加锁脚锚杆，使正洞开口结构受力转换稳定，以保证正洞开挖时洞体安全。端头墙要喷射平顺，端墙一般采用砂浆锚杆，梅花形布置加固，如图3所示。待车站端头施工完后，进行区间隧道施工。施工区间隧道端头时，设置加强环梁。

8 结语

在城市轨道交通的超大断面地铁车站暗挖施工中，多数通过施工通道进入车站主体隧道施工的，同时地铁车站有多个区间正线隧道、出入口和风道等附属工程切入车站主洞大断面隧道。出入口、风道或区间隧道断面基本上比车站主洞隧道断面小很多，这些通道与车站主线隧道形成的交叉口部位围岩变形、应力以及支护结构受力复杂，转换段的施工工序也最为复杂、结构体系受力转换频繁，存在多种不利工况。因此，通过对转换段的设计方案深化、详细策划施工部署、优化施工步骤、短进尺施工开挖、严格控制安全步距等措施，有效实现转换段施工，对于确保车站暗挖施工安全具有至关重要的作用。