地鐵大斷面暗挖拱蓋法施工技術

高巖

摘要：本文結合青島地鐵1號線瑞金路地下雙層島式車站工程實例，詳盡地論述了地鐵拱蓋法大斷面開挖支護施工技術的特點、適用范圍、工藝原理、施工工藝流程及操作要點等內容。該技術施工進度快，防水效果好，質量高，安全可靠。

Abstract： Based on the example of the underground double-deck island station project of Ruijin Road in Qingdao Metro Line 1，this paper discusses in detail the characteristics， application scope， process principle， construction process and operation points of the large-section excavation support technology of the subway arch cover method. The main points and other contents have been described in detail. The technology has fast construction progress， good waterproof effect， high quality， and is safe and reliable.

關鍵詞：地鐵;大斷面;暗挖;拱蓋;施工技術

Key words： subway;large section;undercut;arch cover;construction technology

中圖分類號：U231+.3 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）11-0072-04

0 ?引言

隨著城市的發(fā)展，地鐵作為軌道交通的一個分支，其發(fā)展和應用為城市的建設起到強有力的推動，達到緩解城市交通壓力的目的。由中鐵九局承建的青島地鐵1號線瑞金路站，圍巖經(jīng)過勘探，從上向下為回填土（地下0～4m范圍內），強風化及中風化巖（4～25m范圍內），最后為微風化巖。根據(jù)設計的地鐵車站的布局，需要空間較大，開挖過程中會形成大斷面開挖，斷面尺寸為寬度23m×高度18m。開挖過程中采用常見的CRD、CD法施工，拱部圍巖的自穩(wěn)能力較差，支撐架設較高，斷面開挖完成后才能施工二次襯砌，時空間效應導致斷面整體初支結構風險較大，且二襯施工前支撐拆除過高，安全風險較大。大斷面采用拱蓋法施工，可有效減小斷面高度，利用下臺階圍巖的承載能力，提前形成拱部襯砌，確保拱部結構安全。

1 ?技術特點

①拱蓋法主要適用于風化巖石地層，尤其是上軟下硬的土巖復合地層。

②拱蓋法將大斷面分為2部分，拱蓋部分提前形成拱部襯砌，減小初支結構時空間效應形成的安全隱患，同時也減小了18m高支撐拆除的安全隱患，確保施工安全。

③拱蓋襯砌可以調節(jié)資源投入，合理組織施工工序，提高二襯施工效率，縮短施工工期，節(jié)省資金投入。

④拱蓋法將斷面分為2部分，開挖工法比較適應圍巖特性，拱蓋圍巖為軟巖，采用CD或雙側壁法開挖，下臺階圍巖為較好的硬巖，在保證安全情況下，增加資源投入可以提高開挖出渣施工工效，縮短施工工期，節(jié)省資金投入。

2 ?適用范圍

適用于地鐵淺埋暗挖、上軟下硬復合巖層的大斷面地鐵車站。

3 ?工藝原理

拱蓋法是一種新的施工工藝，其在吸取軟土底層PBA工法的設計施工經(jīng)驗基礎上，針對風化巖層強度高的特點，充分發(fā)揮巖體地基的承載作用，以大拱腳梁方案取代PBA工法中的邊樁或邊柱，在先期扣拱的保護下采用逆作法完成主體結構的施工工法。

該工法將車站分成上下兩部分，上半部分為拱蓋部分，拱蓋部分采用雙側壁導坑的方法分塊開挖。在開挖前對拱蓋上部進行超前支護。拱蓋開挖完成后，進行托腳梁施工，然后臨時支撐的破除，施做拱蓋二襯。下斷面開挖是在上半部分已完成二襯拱蓋的保護下，采用先放坡開挖中間巖體，再開挖兩側的巖體的方法，最后逆作法施工下臺階結構襯砌。

大斷面拱蓋法施工見示意圖1。

4 ?施工工藝流程及操作要點

4.1 施工工藝流程

施工工藝流程：

拱蓋雙側壁開挖→托角梁施工→雙側壁臨時支撐拆除→拱蓋襯砌結構施工→斷面下臺階開挖支護→斷面下臺階結構襯砌。

4.2 施工操作要點

4.2.1 拱蓋部位雙側壁導坑法開挖

①地質探測。

1）超前地質預報

隧道施工過程中，對所有地段均進行地質預報。雷達探測可以預報距離掌子面20m范圍內的地質情況。將雷達探測系統(tǒng)的預報結果與地質調查、地質素描相結合，初步判斷前方的地質情況。根據(jù)判斷的結果，在距離可能出現(xiàn)不良地質的地段約6～8m時，在輔以超前鉆孔等方法，準確判斷前方地質情況，然后根據(jù)具體情況制定相應的施工方案。

2）超前鉆探

根據(jù)設計地質資料提供的不良地質資料，在掌子面距不良地質地段約6m左右時，采用輕型地質鉆機在掌子面進行鉆孔探測，以便相互印證，根據(jù)雷達探測資料選擇探孔位置，布置三個Φ90探孔，孔深30m。在鉆孔的同時，記錄鉆空速度、巖碴粉特征、含泥量、出水部位情況，探明水量和水壓情況，按設計和開挖面的地質資料，判定工作面前方的工程、水文地質情況，以采取必要的預防措施。

3）周邊眼鉆探

利用爆破鉆探的手持式風鉆，沿斷面外輪廓線對拱頂部位進行鉆探，鉆桿長度為5m，鉆探角度為水平向上10°，在鉆孔的同時，記錄鉆空速度、出水部位、鉆桿是否突進等情況，探明水量和水壓情況，按設計和開挖面的地質資料，判定掌子面前方地質及水文情況，以采取必要的預防措施。

②爆破開挖。

1）爆破施工工藝流程：

鉆眼→清孔→領藥→裝藥及連線→剩余炸藥返庫→爆破警戒→爆破→爆破后盲炮檢查。

2）裝藥結構

掏槽眼、輔助眼采用反向起爆。周邊眼采用間隔裝藥。裝藥結構如圖2所示。

3）起爆網(wǎng)路

開挖各炮孔起爆順序為：掏槽眼→輔助眼（掘進眼）→周邊眼，由里向外逐層起爆。周邊眼采用導爆索起爆。其中導爆管導爆管采用簇并聯(lián)發(fā)聯(lián)接。上臺階左導洞及中間巖體起爆網(wǎng)路如圖3所示。

4）炮眼直徑

選用YT-28型手持式風動鑿巖機，炮眼直徑d=42mm。

5）炸藥

采用2號巖石乳化炸藥，規(guī)格為Φ32mm×300mm，每卷300g，1kg/m。乳化炸藥的性能見表1。

6）雷管

地鐵對于爆破振動的控制要求較高，所以本工程選取導爆管延期雷管作為起爆器材。雷管選用第一系列毫秒導爆管雷管。各段別導爆管雷管的延期時間如表2所示。

支護措施見圖4。

4.2.2 托腳梁施工

托腳梁共分2道，分別在拱蓋兩側拱腳部位進行施工。

①基底清理。

開挖至基底以上200mm高度后，應配合人工進行清底施工，不得超挖或擾動基底土。清底要求施工允許偏差為：高程﹢10mm，﹣20mm;平整度20mm，并在1m范圍內不得多于1處。

基底超挖、擾動、水浸或發(fā)現(xiàn)松軟土層、淤泥、軟硬不均等現(xiàn)象后，應做好記錄，并通知相關單位共同研究處理措施。

②墊層。

綜合接地施工完成后，于基底使用C20素混凝土進行墊層施工，對基底進行找平處理。

C20素混凝土保護層為150mm厚要求，保證基底平整、墊層標高不侵入結構底板即可。

③鋼筋安裝。

縱向分布筋安裝采用二級機械連接接頭，同一連接區(qū)段的鋼筋接頭面積百分率不應超過50%。當同一連接區(qū)段內鋼筋接頭面積大于50%時，接駁器接頭采用一級接頭。施工縫部位鋼筋預留長度不小于絲扣長度。

鋼筋骨架外層及底部設置同等級混凝土墊塊，墊塊按照1m24塊布設。

④錨桿打設。

中空注漿錨桿型號為Φ25*7mm，錨桿長度5m，環(huán)縱向間距1×1m，且應埋入托腳梁1m，錨桿在鋼筋綁扎完成后打設，上排錨桿角度為15°，下排錨桿打設角度為20°。

⑤混凝土澆筑。

鋼筋綁扎完成后進行封模，模板采用15mm木模板?；炷敛捎肅45型號商品混凝土進行澆筑，利用插入式振搗器進行振搗?；炷吝_到2.5MPa后拆模，施工縫部位進行鑿毛處理，鑿毛標準：露出粗骨料為止。

4.2.3 雙側壁臨時支撐拆除

在支撐與初支結構相接部位左右側布設拱頂沉降監(jiān)測點位，臨時支撐軸力監(jiān)測隔一道布設一道。

首先采取隔一拆一方法對臨時支撐進行拆除，拆除過程中時刻監(jiān)測拱頂沉降及軸力的數(shù)據(jù)變化。

24小時內，拱頂沉降及軸力監(jiān)測數(shù)據(jù)平穩(wěn)，按照隔一拆一方法繼續(xù)拆除臨時支撐。

臨時支撐拆除完成后，及時搭設腳手架，進行拱蓋襯砌施工。

4.2.4 拱蓋襯砌施工

車站拱蓋共分24段，大里程5m與瑞金路站2號風道拱蓋襯砌共同施工，小里程1～16段采用小模板跳打，臺車補空施工，大里程17～23段采用小模板跳打施工。小模板計劃配置3套，腳手架配置5套，配置臺車1臺，進行多作業(yè)面流水作業(yè)施工。

①防水施工。

鋪設防水層的基層表面應清理干凈，平整度應滿足：暗挖D/L≤1/20。D：相鄰兩凸面間的最大高，L：相鄰兩凸面間的最小距離。并要求凹凸起伏部位應圓滑平緩。所有不滿足上述要求的凸出部位應鑿除，并用1：2.5的水泥砂漿進行找平;凹坑部位采用1：2.5水泥砂漿填平。基面應潔凈、平整、堅實，不得有疏松、起砂、起皮現(xiàn)象。

二襯襯砌結構外采用柔性防水層施工，柔性防水層分為緩沖層及防水夾層，其中緩沖層采用400g/m2的無紡布，防水夾層采用1.5mm厚預鋪高分子自粘膠膜防水卷材。

無紡布采用熱熔墊片固定，墊片采用圓墊圈射釘固定在初襯上，墊片與無紡布之間粘貼雙面自粘防水膠帶，防水板利用自粘膠帶進行固定。

墊片釘長不小于27mm，墊片直徑不小于2cm，襯墊間距：側墻80～100cm，拱頂50～80cm。無紡布長短邊搭接長度不小于10cm。預鋪高分子膠膜防水卷材采用爬焊機熱熔焊接雙焊縫施工工藝，長邊搭接長度不小于8cm，短邊搭接長度不小于10cm且有效搭接長度不小于8cm。要求上幅壓下幅進行搭接，短邊搭接縫錯開50cm以上。焊縫間供充氣試驗以檢驗焊縫的密實性。

②鋼筋安裝。

1）環(huán)向鋼筋

環(huán)向筋集中在鋼筋加工廠進行加工，加工完成后運至施工場地安裝。

標準斷面、加寬斷面環(huán)向筋外層采用HRB400？準25的螺紋鋼筋，縱向間距150mm，內層采用HRB400？準22的螺紋鋼筋，縱向間距150mm，內外層最小中心層間距為600mm。鋼筋采用焊接搭接，搭接焊采用單面搭接焊，搭接長度不小于10d，d為直徑。拱部與邊墻交接部位采用一級連接接頭施工。

2）縱向鋼筋

縱向鋼筋采用HRB400？準18的螺紋鋼筋，鋼筋環(huán)向間距150mm，在環(huán)向鋼筋層內側進行均勻布設。縱向鋼筋采用機械連接。

環(huán)向、縱向鋼筋安裝見示意圖5。

3）勾筋

勾筋采用HPB300？準10的盤圓鋼筋，布設間距600*300mm梅花形布置。其中在拱蓋起拱線位置設置勾筋加密區(qū)，間距300*150mm梅花形布置。

4）鋼筋預留

a）縱向分布筋

同一平面內接茬筋預留采用一長一短錯位設置預留方式，長短鋼筋之差不小于40d且大于500mm。確保滿足同一斷面的鋼筋接頭不超過鋼筋面積的50%的要求。

b）環(huán)向筋

拱部與側墻襯砌連接部位預留L型接頭，并填充緩沖隔震材料，環(huán)向鋼筋預埋在緩沖隔震材料中。

5）主體與洞門交叉位置鋼筋安裝

主體與風門交叉部位車站主體鋼筋內部設置加強環(huán)梁，環(huán)梁名稱GK2，上下層環(huán)向主筋為HRB400？準32的螺紋鋼筋，共38根，左右層主筋為HRB400？準20的螺紋鋼筋，共16根。

鋼筋環(huán)梁安裝見示意圖6。

6）主體與洞門交叉部位鋼筋做法

車站主體鋼筋進行彎錨固定，出入口處二襯鋼筋90°彎錨如加強環(huán)梁內。彎錨長度不小于32d。

主體與洞門交叉部位鋼筋做法見示意圖7。

③模板安裝。

拱部襯砌模板采用6015組合鋼模板，拱蓋邊墻部位采用3015鋼模板，模板之間采用螺栓連接緊固，由一側向另一側順序鋪設。端頭采用木模板進行封堵，木模板采用環(huán)向鋼筋進行固定，木模板之間縫隙、模板與鋼邊止水帶之間的縫隙采用土工布進行封堵。對于端頭模板與環(huán)向鋼筋之間縫隙采用木楔進行加固。

④混凝土澆筑。

瑞金路站拱蓋襯砌采用商品砼進行澆筑施工，商品砼采用罐車運輸商品混凝土至施工場地，由地泵泵送混凝土入模，在拱頂及拱腰部位開設窗口，便于振搗。澆筑過程中拱腰及以下部位利用人字形輸送管對稱分層澆筑，分層高度60cm，混凝土振搗采用插入式振搗器，使用插入式振搗器時每層厚度不大于60cm，振搗棒不得觸動鋼筋和預埋件。除上面振搗外，下面要有人隨時敲打模板，加強振搗效果。根據(jù)《地下鐵道工程施工及驗收規(guī)范》50299-1999（2003版）中隧道暗挖襯砌7.6.6條規(guī)定，待混凝土強度達到2.5MPa時拆除模板，進行下一循環(huán)施工，嚴禁過早拆模以防失穩(wěn)。

4.2.5 下臺階開挖支護

車站下臺階采用3臺階法開挖施工，臺階高度為：第一臺階3.5m，二臺階3.5m，三臺階4m;臺階兩端預留段最小寬度2m。

下臺階開挖分層見圖8。

4.2.6 下臺階襯砌

下臺階襯砌分為底板、站臺層側墻、中板及站廳層側墻，采取小里程向大里程單向流水施工作業(yè)。

下臺階襯砌流水作業(yè)見圖9。

5 ?材料與設備

5.1 主要材料

主要材料包括中間鋼格柵、小導管、混凝土，無其它特殊材料。

5.2 主要設備

6 ?質量控制

施工質量保證措施：

①鋼筋焊接的焊縫長度滿足10d，焊縫應飽滿、無氣泡、夾碴等缺陷，主筋無燒傷。

②機械連接外露有效絲扣不得超過2P。

③商品砼分層對稱澆筑，振搗采用插入式振搗棒，快插慢拔，振搗時間控制，防止過振或漏振。

7 ?結束語

由中鐵九局集團有限公司承建的青島地鐵1號線瑞金路為地下雙層島式車站，車站采用拱蓋法施工，分二期施工，第一期施工103.5m，第二期施工111.85m，目前第一期施工完成，此技術同時在應用瑞汽區(qū)間停車線的施工中得到了應用。停車線單洞四線，長106m，地面覆土17.9m～18.8m。大斷面段凈寬23m。地鐵拱蓋法大斷面開挖支護施工技術于2018年3月1日～2019年1月30日應用在以上兩項工程中。

參考文獻：

[1]GB50299-1999，地下鐵道工程施工及驗收規(guī)范[S].

[2]GB50666-2011，混凝土結構工程施工規(guī)范[S].

[3]JGJ107-2016，鋼筋機械連接技術規(guī)程[S].