暗挖地铁车站拱盖法关键施工技术初探

2022-06-19汪刘英

科技创新导报 2022年3期

汪刘英

摘要：拱盖法是近年来发展起来的一种暗挖施工新方法。本文介绍了拱盖法的工程原理、应用条件、施工过程控制点、工程应用的优缺点，总结地铁车站采用拱盖法的依据、施工过程、工程建设控制要点和风险控制措施，突出了拱盖方法对环境影响小、工序少、效率高、施工安全可靠等优点，在降低投资的同时，可提高工程质量，实现保障安全、工程质量、经济效益、社会效益的多重目标，对类似工程项目采用拱盖法施工提供了有益的经验。

关键词：暗挖地铁车站拱盖方法施工技术

该拱盖方法具备施工工序简易、影响要素少、地面塌陷小等优势，可提升地铁车站工程施工的安全系数，促进地铁车站按照计划进程完成。实践中，相关工作人员应了解清楚拱盖方式的运用原理，并在实际建筑项目中重点掌握拱盖工程施工核心技术，以提升地铁车站建筑施工作业效率。

1拱盖法简述

1.1拱盖法原理

拱盖法是根据明挖、盖挖、PBA等工程施工方式而确立的暗挖地铁站隧道施工方法，关键运用于上软下硬岩石层，是现阶段地铁车站施工过程中运用较多的一种技术。在无强爆或弱爆炸的条件下，运用下伏软岩的承载能力和稳定性是拱盖工程施工的核心价值，选用PBA施工技术开展早期基坑支护工程施工，且选用小导洞方法调节基坑支护构造，关键技术过程中，选用大拱脚计划方案，将弧形初基坑支护和二次衬砌构造各自放置平稳的岩石层，产生浮顶。采用全逆、全顺作法或混合施工方法，在拱盖的支撑和保护下建造地铁车站[1-2]。

1.2拱盖施工方法的优缺点及要求

1.2.1拱盖施工的优点和缺点

暗挖地铁车站的技术类型各种各样，常见的施工工艺有中洞法、侧洞法、PBA法等，这3种工程施工方式已得到实践的证明。与传统式的地铁站暗挖方式相比，拱盖法的出现就较切实地解决了现有的疑难问题。实践中选用拱盖施工技术，从前期准备阶段就具备导洞少、工作阶段少、工程爆破频次少等优势，大大减少了干扰。工程项目中后期施工过程中，临时性基坑支护费用较低，拆卸量较小，大大减少了资源消耗。导洞边与导洞中间的接触面较少，但精准度高，确保了它们中间的密切联系，使全部支撑点系统更为安全。上后半段竣工后，大规模进行室内工程施工，极大地提高了工效，有利于减少所有施工期。对地铁站侧墙部位的工程施工建设而言，不用开展基坑支护工作就可以确保工程项目的安全性。可是工程施工环节的存在将取决于自然岩石的抗压强度，且不能人为因素提升围岩抗压强度。在侧墙下的工程爆破工作中，人为因素只有做预测分析工作，无法具体操纵。

1.2.2拱盖工程施工规定

建设暗挖地铁车站工程项目时，在工程施工流程时要对地质环境状况开展深层次、全方位的勘测，并将其结果作为工艺流程管理方法的一部分。此外，工程建筑的水文条件、自然地理面貌、常见气温等自然条件都要进行了解。依据本区域的具体情况进行建筑工程设计工作，所确立的工程施工方案要在企业内部开展多层审查，使相关领导层都能参与其中，最后才能建立工程队。经确认的施工方案是整个施工的指南，一般不做改动。施工过程中如有异常现象，应及时反馈，并与专业人员进行讨论，以合理的形式开展优化调节。要把安全第一的工程施工核心理念贯彻落实到实际中，把超前基坑支护做好，为工作人员的人身安全做好保障。假如发生支撑柱形变问题，要立即开展结构加固，避免随意乱放。建筑施工应该有专业技术人员指导，执行对工程施工条件的监管，以现场数据为基准进行工程施工。

2拱盖法工程施工方案的选择

2.1完全反向方式

全逆作工程施工方案是导洞穿通后，最先开展初期基坑支护拱盖的工程施工。其次是二次衬砌及土石方工程基坑开挖作业，确保挖出的深度在板钢以下。最后，依据具体情况明确是否将土石方工程基坑开挖放置基础位置，并施工部署工程施工方案。在地铁车站建设工程中，选用全逆作施工技术是一类普遍选用的施工技术，对工程施工作业的稳定度和持续性有较大影响。

2.2全顺做计划方案

全顺做工程施工方案是专业技术人员正在进行前期支撑点扣拱以前，必须对施工条件开展检验。选用全顺作工程施工方案，在前期基坑支护构造工程施工完成后，不会再开展二次衬砌，反而是直接将渣石挖到基础上，融合侧墙、板钢、拱盖等构造，相互产生建筑施工的整体性架构。

2.3方案对比

一是全逆作法结构类型具备可靠的特性，不用提升其他关键技术负担。但因为站场一部分为花岗岩构造，且岩石强度比较大，需选用工程爆破方式挖土。充分考虑爆破专业的运用，如对中面板构造的维护不足，易造成相对应的安全风险。为此，必须严格管理和控制相关环节[3]。建筑中反向水平接缝过多，接点质量不合格，以及防水措施运用不当等问题，易造成水工现象发生，对工程按进度完成，且完全逆作法上方、下构独立施工，需分两次组织基坑开挖构造施工，对当地的劳工组织非常不利。

二是虽然全顺作施工工艺的快速推动，促进了土方开挖、面工程施工的安全性、持续、井然有序地开展，使地铁车站安全施工和品质获得了有效的保障，但该计划方案的运用，光凭前期基坑支护设计方案的实际工程施工方案，非常不利于拱盖法施工工艺运用的合理性和一致性，且基坑支护构造在前期通常需对拱部地质构造开展结构加固，费用较高，影响建筑施工的合理性。此外，建设工程中还面对着二次衬砌的风险，造成高边软岩及无缝钢管柱的可靠性遭受影响。

三是混装施工工艺的使用主要指半逆法和半顺法两种做法，是在二次衬砌拱盖的保障下，对洞内土石方工程基坑开挖和产业结构调整。这种技术性的运用，不但展现了该工程项目的建设优势，并且可以保证地铁车站工程项目弧形平稳与安全性。为了更好地达到这类效果，可以在与高侧墙密切相关的位置对管柱开展结构加固，使管柱构造更为平稳。在暗挖地铁站建筑施工中，若因為运用了优秀的施工工艺和计划方案，使建设工程更具有活力，而忽视了无缝钢管柱压杆的稳定性问题，则会使施工技术欠缺有效的成分。

3暗挖地铁车站拱盖施工工艺

3.1拱顶施工

在暗挖地铁车站施工中，应明确扣拱施工工艺，设计合理的初支扣拱结构规范，保证了工程施工的安全与稳定。工程前期对扣拱施工技术的运用主要分为以下两个方面。

第一，开展了初始基坑支护段扣拱段和后侧回填土混凝土的工程施工。施工过程中，技术人员需根据两个导洞的初始支撑点构造开展拆除工作，促进相应构造的运用更平稳，为中后期工程施工给予安全性保障。特别要指出的是，在工程施工前期，应保障埋件扣拱结构时，埋件的接触面积位置在同样的水平高度，使扣拱网能确切地连接。

第二，二次衬砌扣拱的工程施工。深入分析地铁车站工程施工流程中，前期扣拱成功完成后，施工队伍需依据现场工程施工规定，将正中间部位从地铁站两边向地铁站两边退缩，并沿地铁站竖向凿除导洞部分临时性前期基坑支护构造，施工队伍需依据现场工程施工规定，沿地铁站竖向凿疏导洞。在实践中，每一凿的长短都需要明确，实际长短应不大于7m，维持两个部位同时进行。二次衬砌扣拱的超薄处要超过600mm，为保障工程进度，应用6m长的自行式液压机模胚辆车或橡胶支座分段进行工作。

3.2大拱脚结构

其工程施工关键点及核心价值是运用岩石的承载能力，将前期基坑支护和二次衬砌构造各自放置在双面崖壁上，进而产生拱盖样，此工程施工方式由此得名。实践工程项目中，根据大拱脚底冠梁可以将拱盖部分承载力匀称地配置到对应的支撑构造中。针对地铁车站建筑施工而言，拱脚的平稳特别关键，它会影响全部拱盖构造的安全性，对工程施工工作的持续性开展起着主导作用。冠梁下围岩的强度及承载力是确定大拱脚稳定性的前提条件。

据本地地质勘探报告，该工程项目中花岗岩的均值抗拉强度为27MPa，基础承载能力特征根为1MPa。从工程项目具体承受力构造看来，遮盖土壤层产生大拱脚的气体压强为625kPa。在岩石承载能力确认之后，大拱脚结构将承担起上方填土产生的绝大多数压力，这对施工安全具备重要意义。整体上，花岗岩可靠性较强，发掘全过程中未发觉地表水影响问题。为处理由地表水腐蚀导致的部分岩层抗压强度减少的问题，需要采用必要的控制方法，如大拱脚的软岩一部分可以开展注浆加固，或将导洞底版挖到风化层岩石层下部位，并且有关位置必须开展混凝土回填工作，促进其内部构造更为平稳。

3.3钻爆工程施工

在地铁站建筑施工过程中，对于风化层岩石层、暗挖横断面比较大，尤其是在花岗岩构造的工作环境下，可以运用钻爆方式，将相关位置基坑开挖成洞。在工程施工实践中，发现相关软岩构造，尤其是导洞前期基坑支護构造及无缝钢管柱都会受到相应的影响，严重时很有可能造成有关构造的毁坏，影响工程施工的顺利开展。此外，由于工程爆破地址在城市浅埋，周边存有房屋建筑、管路等设备，易造成有关构造的毁坏，产生相应的财产损失。因此，在钻爆法施工过程中，对安全生产技术及原理作出要求，促进相关技术的安全可靠。深入分析地铁车站现场工程爆破工作，施工应遵循下列设计原理：为了更好地有效防止工程爆破震动，应选用分阶段微差避震控制方法，严格监管，以提高工程爆破安全性。梁体下壁2m之内选用疏松工程爆破方法，降低震动对软岩的影响，确保岩石平稳，确保施工安全。在实际施工过程中，应选用按段工程爆破的方法，造就出多个空港面，并在这个基础上，科学安排导爆管排位操纵单段爆管剂量，控制工程爆破经营规模和范畴。深入分析地铁车站建筑施工中，对于其周边无缝钢管柱及导洞的前期基坑支护构造，应设计方案避震孔，并选用压力工程爆破，进而减少钻爆法工程施工对相关构造的影响。

针对炮眼布置，应确保掏槽眼与水准岩面呈60°角，并充分考虑工程爆破眼所属岩石层的实际纹路情况，尽可能使炮眼方向与岩层纹路呈竖直状，使暗挖地铁车站掏槽工程施工具备实际可能性。为了更好地保证具体的工程施工效果，掏槽孔及外轮廓都有相应的规范限定。在实际施工过程中，掏槽眼的深层要超过辅助孔30～40cm，并且要控制直径孔位35～50cm，为此降低工程爆破对冠梁下软岩构造的影响。对部分欠挖位置，应选用人力操作，选用风镐方法开展整修，使钻爆法施工工艺的运用更加科学、有效。

4拱盖施工中的风险控制要点

4.1该场地拱盖方法的主要风险

4.1.1拱脚不稳定

地下水位对本站威胁较大，车站主体开挖范围和拱脚以泥岩类为主，泥岩强度不高，变形模量小，由于遇水软化等特点，对拱盖法拱脚要求变形要求高的泥岩适应性较差，由于地下水的存在，泥岩基承载力下降造成大拱脚失稳。

防范：加强洞室防渗、控爆开挖，必要时采用机械开挖等。

4.1.2上段两面墙的临时支承拆除危险性

拱顶初支施工结束后，要组织拆撑施工，才能进行下段的开挖支撑。但在拆除支撑时，拱架结构的受力方式发生突变，容易导致支护结构开裂、严重变形甚至坍塌[4]。

预防性措施：第一，加固拱盖必须达到强度要求，加固后才能进行支护施工，而地面及洞内的监测数据则应趋于稳定。第二，拆除撑采用分段跳板的方式。从距洞口15～20m处开始跳段拆除，先拆掉2m，根据监测数据的变化，如数据有变化，再拆掉2m，然后监测数据的变化情况，然后再进行2m的跳段监测。

4.1.3影响成渝高速正常运营风险

在拱盖施工中，上断面中导洞开挖引起的地面沉降最大，下断面开挖围岩变形基本不发展，即中洞开挖至施做加强阶段为地表沉降发展最显著的阶段。该站位于老成渝高速正下方，车流量大，速度快，施工中要严格控制地面沉降，以免影响成渝高速正常运营[5-6]。

防范措施：第一，加强路面监控，同时对施工影响范围内的行车采取限速、限流措施。第二，减少中间导洞开掘宽度和循环进尺。第三，中导洞第一层初支尺在施工影响范围内及时实施限流措施。

4.2施工控制要点