大跨徑地鐵車站TBM與暗挖交叉施工技術

鄧尤術，楊永祥

(中鐵隧道集團三處有限公司，廣東深圳 518052)

0 引言

在TBM引進之初，TBM主要用于水工隧道及鐵路隧道。但隨著城市軌道交通的快速發(fā)展和人們對環(huán)境等要求的提高，TBM將越來越廣泛地應用于城市軌道建設領域。重慶地鐵光電園暗挖車站及大跨區(qū)間采用了雙側壁導坑法施工［1］，西安地鐵軌道交通二號線采用盾構空推過暗挖段區(qū)間施工［2］，重慶臨江門車站采用雙側壁導坑法在繁華地區(qū)超大斷面硬巖車站隧道施工中得到了成功應用［3］。以上工程均是由TBM獨立完成施工，均未涉及到敞開式TBM與鉆爆法交叉施工，而相關領域對此研究也較少。為解決車站施工與TBM施工的工期矛盾，保證TBM硐室及車站拱部的施工安全和質量。以重慶軌道交通六號線紅土地車站施工為例，經過多種方案比較，采用先拱后墻的方法，通過科學合理地組織施工，并在施工中加強監(jiān)控量測，確保了紅土地車站的施工安全，同時也滿足了工期要求，為類似工程施工積累了經驗。

1 工程概況

紅土地車站位于重慶市主干道五紅路正下方，隧道兩側均為高層商住樓。紅土地車站長211 m，為地下雙層島式車站，采用曲墻+仰拱的五心圓馬蹄型斷面。車站最大開挖寬度25.9 m，高18.34 m，開挖斷面面積375.8 m2，屬于特大斷面暗挖隧道，TBM掘進過站采用先拱后墻法施工。

車站暗挖隧道覆蓋層厚度約44 m，中等風化巖石厚度34.1～38.2 m，洞身圍巖為中等風化的砂質泥巖夾薄層砂巖，巖體完整性指數Kv=0.62，巖體較完整。砂質泥巖單軸飽和抗壓強度為15.7 MPa，為較軟巖。圍巖基本分級為Ⅳ級。隧道巖層傾角平緩，巖層傾向1°左右。地下水以脈狀分布的基巖裂隙水為主，水量較小，呈滴狀或串珠狀。

2 施工順序

施工準備完成后，首先施工斜井，完成斜井開挖支護后，開始進行車站側壁導坑1步施工。為減少后期爆破作業(yè)，TBM到達前，車站1步開挖必須完成，然后停止正線施工，等待TBM掘進過站。TBM掘進過站后，立即開始車站側壁導坑3步施工，逐段開挖核心土4步和5步并施工中部臨時仰拱，車站拱部二次襯砌緊跟核心土開挖。TBM過站后，在區(qū)間范圍內設置道岔段，左右線合并成1條線用于運輸，拱部二次襯砌施工60 m以后，開始分邊施工車站下部工程。車站施工順序如圖1所示。

圖1 紅土地車站施工順序圖Fig.1 Construction sequence of Hongtudi Metro station

3 紅土地車站施工技術措施

3.1 合理預留TBM硐室覆蓋層厚度

為了保證TBM在車站范圍內掘進時不發(fā)生隆起、坍塌等事故，確保TBM順利施工，同時在1步開挖時充分利用機械化施工，1步開挖底部至TBM掘進硐室頂部控制在3 m以上［4］。在局部因為施工通道、車站附屬結構施工，TBM硐室上方覆蓋層達不到3 m的部位(最小僅有1m)，開挖后應及時澆筑30cm厚混凝土板，并設置I20a工字鋼，工字鋼間距為1m。TBM在車站范圍內掘進過程中，未發(fā)生坍塌、隆起等事故，也未對已施工的車站上部初期支護產生較大的影響，監(jiān)測數據反映，變化均在控制范圍內。

3.2 加強TBM硐室的支護質量

紅土地車站范圍內的TBM掘進硐室雖然是臨時設施，用于TBM施工時的出碴和進料，但是使用時間較長，且不做二次襯砌，只做初期支護，施工過程必須加強初期支護的施工質量控制［5－6］。紅土地范圍內的TBM掘進硐室初期支護采用I14工字鋼+鋼筋網片+連接鋼筋+15cm厚C25噴射混凝土，支護斷面如圖2所示。

紅土地車站設計施工順序為:1)雙側壁1步導坑開挖和支護。2)TBM掘進過站。3)雙側壁3步導坑開挖和支護。4)開挖4步核心土并支護。5)開挖5步核心土。6)施作臨時仰拱和拱部二次襯砌。7)下部在TBM硐室基礎上分兩側擴挖并支護，完成二次襯砌。8)取下部核心土，支護并完成二次襯砌澆筑。

圖2 TBM硐室支護斷面圖(單位:mm)Fig.2 Support of tunnel excavated by TBM(mm)

3.3 TBM過站后隧道開挖措施

TBM掘進過站后，立即進行車站3步、核心土第4步和第5步的開挖。由于3步開挖底部距離TBM硐室較近，只有1 m，車站3步開挖時，必須采取有效措施，確保車站3步正常施工及TBM硐室的正常運營，保證TBM硐室的安全。因車站3步開挖時，已有1步底及TBM硐室2個臨空面，分層按周邊眼布置進行光面爆破［4］，炮眼采用空氣柱間隔裝藥，以減小對下部圍巖的擾動。為減小外插角的影響，應嚴格控制每循環(huán)的鉆孔深度，經過認真分析及現場試驗，最終每循環(huán)進尺控制在1.5 m以內。爆破設計如圖3所示。

圖3 爆破設計圖Fig.3 Blasting design

兩側大拱腳是拱部的主要受力支撐點，為了保證大拱腳在開挖過程中不被破壞，在實際施工中大拱腳處采用人工配合機械開挖。為了確保拱部與邊墻連接處襯砌鋼筋及防水板的連接質量，在兩側大拱腳下面開挖1個預留槽，將拱部兩側防水板及襯砌鋼筋埋在預留槽內。

3.4 模板臺車設計

紅土地拱部二次襯砌采用液壓臺車一次成型，因TBM硐室頂部覆蓋層厚度不一，為保護下方TBM掘進硐室的安全［7］，在設計臺車時，要優(yōu)先考慮模板臺車主要受力點的位置。為避免模板臺車、汽車運輸等施工過程中產生集中荷載，臺車支撐點必須偏離TBM硐室正上方。在車站3步開挖完成后澆筑1層30 cm厚混凝土板，板內布設I20 a工字鋼，工字鋼間距為1 m。同時為了方便二次襯砌模板臺車定位和綁扎襯砌鋼筋，在車站兩側拱腳處設置矮邊墻。矮邊墻的設置不得破壞大拱腳處混凝土的完整性，要做好矮邊墻處的防水工作，在矮邊墻的上下分別設置1道鋼邊止水帶，加強鋼邊止水帶的定位質量。模板臺車設計如圖4所示。

圖4 模板臺車設計圖(單位:mm)Fig.4 Design of formwork trolley(mm)

3.5 拱墻結合部位處理措施

車站3步和5步開挖完成后，及時進行臨時型鋼支撐的鋪設，鋼架間采用縱向鋼筋連接，最后進行現澆混凝土施工。左右側臨時仰拱的端頭各預留1個深為0.56 m，寬為襯砌厚度的凹槽，將拱部襯砌防水板藏在凹槽內，留夠接茬長度。拱部與直墻部位的襯砌鋼筋直接伸入凹槽內，鋼筋端頭接駁器安裝好，預埋在凹槽內，以確保直墻部位二次襯砌鋼筋與拱部襯砌鋼筋的有效連接，預留凹槽用細砂回填密實。為了減小拱部襯砌混凝土的水分流失，在上面抹2 cm厚的水泥砂漿。為了確保矮邊墻的穩(wěn)定，防止發(fā)生側移和沉降，每隔5m澆筑1個0.5m寬的柱子，使矮邊墻的受力直接傳遞到基巖和初期支護上，具體做法如圖5所示。

4 監(jiān)控量測

在施工過程中，除了進行常規(guī)的監(jiān)控量測外，還應加強TBM掘進過站時對圍巖震動情況、底板沉降情況、初期支護變形情況、拱架應力變化情況的監(jiān)測［8－10］;在拱部二次襯砌混凝土澆筑過程中，加強底板沉降監(jiān)測和TBM掘進硐室變形監(jiān)測。紅土地車站DK18+577斷面洞內位移如表1所示，監(jiān)控量測如圖6所示，底板沉降監(jiān)測如圖7所示。

表1 2010年紅土地車站DK18+577斷面洞內位移Table 1 Displacement of Hongtudi Metro station at DK18+577 in 2010 mm

圖7 2010年紅土地車站DK18+517底板沉降監(jiān)測圖Fig.7 Settlement of floor at DK18+577 in 2010

由表1和圖6—7可知:紅土地車站DK18+577斷面的洞周位移均已穩(wěn)定;在拱部二次襯砌施工中，臨時底板較為穩(wěn)定，單次沉降量、累計沉降量、單次收斂量和累計收斂量均在合理范圍內。

5 結論與討論

通過對紅土地車站施工情況的分析表明，先開挖車站拱部側壁導洞，采用TBM從下部掘進過站后再進行上部核心土開挖，先施作拱部二次襯砌混凝土，再進行下部開挖及邊墻襯砌施工，即大跨徑暗挖車站采用先拱后墻的施工方法，通過設置臨時仰拱，在施工過程中加強監(jiān)控量測的控制，采取有效措施，能保證TBM硐室及車站拱部的施工安全和施工質量。先拱后墻的施工方法很大程度上減小了車站施工與TBM施工的相互影響，使車站和TBM均能連續(xù)不中斷地組織施工，能有效地縮短工期，提高整體施工效益，同時也確保了工程質量，值得在今后類似工程中推廣應用。

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