双侧壁导坑法在城市轨道交通工程中的应用

摘 要：为适应重庆市轨道交通18号线十八梯站中的复杂施工环境，按照上中下三台阶九步开挖支护对原设计方案进行优化，调整开挖顺序和支撑结构，根据开挖设备参数、台架尺寸、整体施工组织确定开挖步距，将中空注浆锚杆、砂浆锚杆、锁脚锚杆与拱架结合，搭载隧道内有效前期支护体系，利用超前小导管加固支护体系，采用挑顶法对通道转车站主体施工，先对车站主体横通道进行施工，再由横通道向车站两侧按双侧壁导坑法进行车站主体施工，保证工程的合理性和施工稳定性。

关键词：双侧壁导坑法；轨道交通工程；支护施工技术

中图分类号：U 23" " " 文献标志码：A

重庆市轨道交通18号线十八梯站为12m岛式车站，结构型式为单拱双层结构。车站最大开挖宽度为23.48m，开挖高度为22.64m，隧道断面为马蹄形断面，采用复合式衬砌。车站围岩为砂岩与泥岩互层，且以砂岩为主。隧道拱顶覆岩主要为砂岩，厚度约为20m～25.6m，少部分覆盖泥岩（2～7m）和杂填土（2～5m），车站属浅埋偏压隧道。区间均采用复合式TBM区间，车站暗挖A型断面开挖面积为411.64m2，长197.5m。车站暗挖B型加强断面开挖面积为462.73m2，长42.5m，围岩等级为Ⅳ级，采用双侧壁导坑法施工。

1 开挖顺序及分块方案优化

原设计考虑车站断面较大，采用双侧壁导坑法施工，按照上中下三台阶九步开挖支护，竖向临时支撑采用弧形支撑。经研究发现，原设计方案在施工组织、质量控制、施工进度等方面均存在一定问题。施工现场结合工程实际情况、已揭露地层岩性、拟投入开挖设备特点等方面进行综合研讨分析，对开挖顺序及分块方案进行优化，如图1所示。

优化方案主要包括将竖向弧形临时支撑优化为竖向直立支撑，调整①②导洞分块位置至中板处，优化后增加①②导洞空间，有利于大功率改装破碎锤、铲车等机械作业，有效提高开挖工效，调整双侧壁导坑法⑥和⑦开挖顺序，有效降低核心岩柱临时支撑拆除和开挖的难度和风险，提高工效，施工主、支通道两侧50m核心岩柱处增加横洞，如图2所示。

2 双侧壁导坑法施工技术

2.1 开挖及出渣

洞身开挖采用双侧壁导坑法，三台阶九步导洞开挖，非爆破法施工。风道在主体上、中台阶开挖完成后可以开挖一侧导洞上台阶至竖井，从竖井向主体方向开挖，竖井和主体通道都可以出渣[1]。同时为便于转运隧道内机械设备及渣土等，洞内每隔50m在上台阶破除中岩柱（破除宽度同施工挑顶宽度）设置横通道，横通道两侧端头采用Ⅰ20b钢架进行支撑，用素混凝土（3.5cm）对整个通道进行喷射，以此封闭。

根据开挖设备参数、台架尺寸、整体施工组织确定开挖步距，车站开挖过程有以下5个步骤。1）导洞①和导洞③、导洞②和导洞④开挖步距须考虑大功率破碎锤作业空间（12m），拱架安装台架存放空间（5m），与中台阶拉开一定安全距离（3m），确定导洞①和导洞③、导洞②和导洞④开挖步距为20m。2）导洞③高3.7m，可以通过适当顺坡，与导洞①共用拱架安装台架，导洞③和导洞⑤开挖步距只须考虑大功率破碎锤作业空间和安全距离即可，确定导洞③和导洞⑤开挖步距15m。3）为确保双侧壁体系快速连接整体，形成稳定体系，同时考虑导洞⑥开挖时对导洞⑤有干扰，存在较大安全隐患，综合考虑，确定导洞⑤与导洞⑥的开挖步距（10m）。4）导洞⑦只须考虑大功率破碎锤作业空间和安全距离即可，确定导洞⑥与导洞⑦的开挖步距（15m）。5）导洞⑧⑨无初支，只须考虑大功率破碎锤作业空间和安全距离即可，确定开挖步距为15m。

2.2 初期支护

2.2.1 中空注浆锚杆施工技术

暗挖主体隧道拱部初期支护设置ø25mm中空注浆锚杆，L=4.5m，间距环1m×纵0.75m“梅花”形布置，与岩层层面大角度斜交布置，注浆加固周围岩体。

首先，钻孔设备采用风钻钻孔，钻孔的深度，孔径应符合设计和规范要求，孔距误差要小于5cm，孔斜偏差不能大于5‰，钻孔要平直，孔径要求比锚杆直径大30㎜～40mm，锚杆孔必须经验收合格后才能安插锚杆。

其次，将安装好锚头的中空锚杆注浆杆插入孔底，安装止浆塞、垫板、螺母，连接注浆管。锚杆安装后，不能随意敲击，3天内不能悬挂重物。

最后，采用电动注浆泵注浆。通过锚杆杆体预留通道接孔口注浆。隧道拱部利用排气管排气。确保锚杆孔内注浆饱满。注浆浆液配合比设计：注浆采用水泥浆，水灰比为0.4∶1～0.5∶1。注浆顺序自下而上逐根进行。注浆后将止浆塞塞入钻孔，用速凝水泥封孔。当砂浆强度达到10MPa以上时，开始安装垫板和紧固螺帽，垫板的安装应与围岩密贴。

2.2.2 砂浆锚杆施工技术

砂浆采用M30水泥砂浆。水泥采用P42.5普通硅酸盐水泥，砂采用清洁、坚硬中细砂。水泥砂浆配合比：水泥比砂宜为1∶1～1∶1.2，水灰比为0.38～0.45，砂浆拌和随办随用，一次拌和的砂浆在初凝前使用完。

锚杆钻孔采用凿岩机钻孔。成孔采用跟杆钻进，并且利用空压机产生的高压空气进行排渣。

注浆采用锚杆注浆机进行灌注，随砂浆注入缓慢匀速拔出，保证注浆饱满。

注浆饱满后立即安插锚杆并将孔口用水泥纸堵塞防止浆液倒流。

锚杆安插好，砂浆达到龄期后随机进行抽样检查。

2.2.3 锁脚锚杆

锁脚锚杆采用ø25mm砂浆锚杆，打设位置根据钢架划分单元结合开挖方式进行，施工时可根据实际情况调整，分步开挖时钢架临时拱角处各设置两根锁脚锚杆以保证临时拱角的稳定性。车站主体隧道锁脚锚杆长度为4.5m。锁脚锚杆施工方法与系统砂浆锚杆相同。锁脚锚杆施工完成后将尾部与钢拱架形成“L”形连接，并双面满焊牢固。如图3所示。

2.2.4 拱架施工技术

车站主体A断面采用I22b型钢拱架，分为9个单元，纵向间距0.75m，B断面采用I25b型钢拱架，分为10个单元，纵向间距0.75m。型钢拱架采用I22b和I25b型钢，标准段间距0.75m，型钢钢架纵向连接筋ϕ22mm，环向间距1m。临时支撑采用I20a型钢，临时支撑纵向间距0.75m（主体初支拱架间距相同）。拱架安装利用既有作业台架作为工作平台。当安装时，两侧拱脚必须放在牢固的基础上，及时打设锁脚锚杆，焊接牢固。拱架立起后，根据中线将其校正到正确位置，用定位筋固定，并用纵向连接筋将其和相邻钢架连接牢靠。拱架安装完成后，按设计要求在拱架单元拱脚处各打设2根锁脚锚杆，锁脚锚杆弯钩焊接在拱架临空面侧翼缘上，采用双面焊。安装标准见表1。

表1 拱架安装标准

项目 质量标准 检验数量

范围 点数

拱架纵向 ±50mm 每榀拱架 3

拱架横向 ±30mm 每榀拱架 3

高程偏差 ±30mm 每榀拱架 2

垂直度偏差 1° 每榀拱架 3

2.2.5 钢筋及混凝土喷射技术

采用ø8@200mm×200mm双层钢筋网作为网片。钢筋网片运到场地后，按照围岩的实际形状调整结构完成敷设，并与锚杆尾连接。在初喷混凝土及施作锚杆后进行挂网。用人工挂网与锚杆和钢架绑扎连接（或点焊焊接）牢固。钢筋网应随受喷面的起伏铺设，与受喷面的间隙宜为3cm，钢筋网的喷射混凝土保护层厚度不能小于3.5cm，网片间搭接长度不小于200mm。如图4所示。

混凝土喷射采用分层喷射法，单次喷射厚度应在设计要求内且根据不同部位进行微调。混凝土喷射的初凝时间宜控制在5min内，终凝时间控制在10min内。若采取分段喷射施工，则前次喷射时须预留宽200～300mm的斜面，下次施工前采用压力水对斜面进行冲洗操作，保证喷射的可靠性。边墙位置喷射混凝土的厚度为7～10cm，拱部位置喷射混凝土的厚度为5～6cm，喷射时须保证混凝土的均匀度。

2.2.6 拆除临时支撑

在拆除临时支撑的过程中，须全程进行监测，并将监测结果实时上传，若监测项目超过警戒阈值，则由相关技术人员和管理人员对方案进行论证和调整。尤其是在临时与永久支撑接驳位置，应向初期支护方向开出2～3cm的槽后再进行切割，并在连接处使用1∶1砂浆完成找平。

2.3 施工通道转车站主体施工技术

施工通道与车站主体隧道接口处受力复杂，采用挑顶法对通道转车站主体进行施工，先对车站主体横通道进行施工，再由横通道向车站两侧按双侧壁导坑法进行车站主体施工。如图5所示。

施工通道主通道至与门架段接口位置开始挑顶施工钢架段，并与门架段起始位置密排设置3榀钢架，设置门式钢架，并施做初期支护。

开挖右侧拱腰余下土体，施作该部分锚杆，隧道接口处内侧密排施做3榀Ⅰ22b钢架，施做车站上半断面拱部钢架及喷混，采用钢板有效连接右侧主体钢架与左侧钢架，同时施作2ø22mm锁脚锚杆，L=6m。而左侧主体钢架密贴门字钢，其左端支撑在施工通道下层密排3榀钢架上，并焊接牢固，同时左侧钢架末端施作2ø22mm锁脚锚杆，L=6m。

破除右侧上部导洞范围内门式钢架立柱，向车站纵向方向开挖，并施做右/左上部导洞初期临时支护。

2.4 超前小导管施工技术

开洞前，须做好临时支撑系统，在开洞位置上方，测量放样出超前小导管打设点位，采用YT-28风动凿岩机进行超前小导管施工，小导管尾部固定在型钢支撑系统上，以承受开洞后力的转换，小导管采用ø42mm热轧无缝钢管，壁厚3.5mm，长度8m，插入角3°～5°，环向间距为400mm，纵向每环搭接长度不小于1m。小导管的前端做成约100mm长的尖椎形，在尾部焊接ø8mm钢筋加劲箍，尾部500mm内不设溢浆孔，在距离铁箍0.5m处开始钻孔，钻孔沿管壁间隔150mm，眼孔直径6mm，呈“梅花”形布设，孔位互成90°。

采用由高至低的顺序完成小导管钻孔作业，中途遇到塌孔和卡钻等问题时应及时注浆并重新钻孔。钻孔完成后使用高压风进行清孔，确认钻孔干净后将预制小导管用专用钻头顶入孔内，顶入后孔外导管长度应小于导管长度的10%。为保证导管外连孔外阀门和管路，将小导管的外露长度控制在20cm左右，且采用焊接的方式将导管尾部与钢架进行固定。当导管顶进时应保证匀速，顶进力度应适中，在顶进过程中，须全程观测避免导管变形，必要时应进行保护，避免后续注浆管连接困难。使用水灰比为1∶1的水泥砂浆进行注浆，应在现场通过试验确认注浆量与注浆压力，以注浆能够完全密实填补钢管及周边空隙为标准，压力为0.5MPa～1.0MPa。注浆应按照先上后下的顺序，砂浆应先稀后浓，注浆增加注浆压力和注浆量，直至注浆量和注浆压力达到标准值后3min才能停止注浆。注浆完毕后须及时封堵浆孔，保证孔内注浆密实且完整，至浆液达到标准强度的70%或注浆完毕4h后再进行后续开挖作业[2]。

3 结语

地铁建设是一项重要的民生工程，但地铁建设周期长，对周边环境影响大，特别是一线城市的母城区，可利用土地有限，占地困难，因此为了保证地面交通畅通，减少对周边建构筑影响，多采用非爆暗挖法施工。通过在大断面高强度砂岩地层采用双侧壁三台阶九步非爆开挖方法，工程顺利实施，后续可以为类似地铁工程建设施工提供借鉴。

参考文献

[1]陈浩.隧道洞口浅埋段开挖双侧壁导坑法施工技术[J].江西建材，2023（1）：215-217.

[2]陈彬科.新建地铁下穿既有轨道车站沉降控制研究[D].重庆：重庆交通大学，2018.