上軟下硬地層中雙側(cè)壁導(dǎo)坑法中隔壁改進(jìn)研究*

朱丹暉，李東陽，李 夢(mèng)

(1.中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250022； 2.中國礦業(yè)大學(xué)(北京)力學(xué)與建筑工程學(xué)院，北京 100083；3.人民交通出版社股份有限公司，北京 100011)

0 引言

本文基于青島地區(qū)上軟下硬地層的特點(diǎn)，提出對(duì)上軟下硬地層地鐵車站雙側(cè)壁導(dǎo)坑法中隔壁的改進(jìn)，以求達(dá)到減少工序轉(zhuǎn)換、降低支撐費(fèi)用的目的。同時(shí)，通過工程現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)驗(yàn)證改進(jìn)工法的優(yōu)勢(shì)。

1 改進(jìn)方法

目前雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工步驟(見圖1)：①將斷面分為若干個(gè)導(dǎo)坑，各側(cè)壁導(dǎo)坑開挖后方可進(jìn)行下一步開挖，地質(zhì)條件差時(shí)，每個(gè)臺(tái)階底部均應(yīng)按設(shè)計(jì)要求設(shè)臨時(shí)鋼架或臨時(shí)仰拱；②各部開挖時(shí)，周邊輪廓應(yīng)盡量圓順；③應(yīng)在先開挖側(cè)噴射混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后再進(jìn)行另一側(cè)開挖；④左、右兩側(cè)導(dǎo)坑開挖工作面的縱向間距宜為10～15m；⑤當(dāng)開挖形成全斷面時(shí)應(yīng)及時(shí)完成全斷面初期支護(hù)閉合；⑥中隔壁及臨時(shí)支撐應(yīng)在澆筑二次襯砌時(shí)逐段拆除。

圖1 雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖示意

因中隔壁及臨時(shí)支撐在施作二次襯砌前需要分段拆除，各導(dǎo)洞開挖工期交錯(cuò)，各導(dǎo)洞單獨(dú)施作二襯造成不能及時(shí)封閉二襯，中間導(dǎo)洞開挖過程中需施加臨時(shí)橫撐，造成施工工序轉(zhuǎn)換頻繁，各種施工機(jī)具搬運(yùn)調(diào)動(dòng)較多，極大地影響了工程進(jìn)度。

因此，基于青島地區(qū)地鐵上軟下硬地層的特點(diǎn)，提出適合于該種地層條件下地鐵車站雙側(cè)壁導(dǎo)坑法中隔壁的改進(jìn)方法及其對(duì)應(yīng)的支護(hù)設(shè)計(jì)方法(以下簡(jiǎn)稱“改進(jìn)雙側(cè)壁導(dǎo)坑法”)，如圖2所示。

圖2 中隔壁的改進(jìn)方法及支護(hù)設(shè)計(jì)

改進(jìn)后的雙側(cè)壁導(dǎo)坑法最突出的優(yōu)點(diǎn)就是取消了臨時(shí)橫撐，這既減少了施作臨時(shí)鋼支撐的施工工序，又沒有了后期的拆除工作。同時(shí)，將原來的9個(gè)小施工分區(qū)簡(jiǎn)化為6個(gè)，減少了施工工序轉(zhuǎn)換，增加了前期開挖工作面，縮短了常規(guī)做法所需工期，節(jié)約了大型機(jī)械設(shè)備及周轉(zhuǎn)工具租賃費(fèi)和項(xiàng)目管理費(fèi)用。

2 工程應(yīng)用實(shí)例

2.1 工程概況

青島地鐵2號(hào)線汽車東站主要位于遼陽東路，跨越深圳路，車站結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)基本無建筑；地貌為剝蝕殘丘，地面標(biāo)高43.770～51.820m，地形稍有起伏，整體呈從西向東緩傾。開挖范圍內(nèi)地層主要為強(qiáng)、中、微風(fēng)化花崗巖，強(qiáng)風(fēng)化帶厚度不大，見煌斑巖、細(xì)粒花崗巖脈。地下水補(bǔ)給條件較差，地下水較貧乏。

本改進(jìn)方法首先在青島地鐵2號(hào)線汽車東站應(yīng)用。按GB 50307—2012《城市軌道交通巖土工程勘察規(guī)范》確定工程重要性等級(jí)為一級(jí)，場(chǎng)地復(fù)雜程度為中等復(fù)雜場(chǎng)地，工程周邊環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為二級(jí)。車站主體結(jié)構(gòu)暗挖段襯砌斷面設(shè)計(jì)如圖3所示。施工過程按圖2所示步驟進(jìn)行。

2.2 監(jiān)測(cè)方案與結(jié)果

由于隧道工程的特殊性、復(fù)雜性和隧道圍巖的不確定性，對(duì)隧道圍巖的支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)是保證施工安全必不可少的手段。為檢驗(yàn)改進(jìn)工法的施工安全性，對(duì)施工過程中地表沉降、拱頂沉降、凈空收斂變化數(shù)據(jù)進(jìn)行分析?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目和具體要求如表1所示，測(cè)點(diǎn)布置平面如圖4所示。

2.2.1地表沉降變化規(guī)律分析

根據(jù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置圖，取1號(hào)風(fēng)道斷面A—A和開挖斷面B—B上的測(cè)點(diǎn)，將各測(cè)點(diǎn)每月20日的沉降數(shù)據(jù)繪制成曲線，如圖5所示。

圖5 地表監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降曲線

由圖5a可看出，在車站開挖施工初期(2014年7—9月)，風(fēng)道A—A斷面地表監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降變化較小，最大累計(jì)變化量為-8.63mm。2014年10月，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降值有了較明顯增大，最大累計(jì)變化量為-14.01mm。2014年11月至2015年2月，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降有所波動(dòng)，最大累計(jì)變化量為-17.34mm。2015年3月，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降有所減小，最大沉降量減小至-13.29mm。之后，隨著隧道開挖距離的增大，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降值呈現(xiàn)逐步增大趨勢(shì)，到2016年8月，最大沉降量增大至-38.01mm。

由圖5b可看出，開挖斷面B—B地表監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降隨著施工進(jìn)度逐步平穩(wěn)增大，到2016年3月，最大沉降量增大至-26.22mm。

整體來看，在隧道施工全過程，地表沉降變化平穩(wěn)，最大沉降量未超過警戒值，說明改進(jìn)工法能較好地控制地表沉降，保證工程安全。

2.2.2拱頂沉降變化規(guī)律分析

根據(jù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置圖，取1號(hào)風(fēng)道斷面C—C上的測(cè)點(diǎn)，將各拱頂監(jiān)測(cè)點(diǎn)每月20日的沉降數(shù)據(jù)繪制成曲線，如圖6所示。由圖中可看出，2014年7—10月，拱頂監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降不斷增大，最大值達(dá)-8.35mm。2014年11月至2015年5月，拱頂沉降波動(dòng)較明顯，最大值為-10.5mm。2015年6月至2016年5月，拱頂沉降變化不大，最大值為-11.49mm。之后，拱頂沉降迅速增大，到2016年8月，最大值達(dá)-18.61mm?？傮w來看，本車站施工全過程中拱頂沉降較小，說明改進(jìn)工法能很好地控制圍巖變形，保證隧道結(jié)構(gòu)安全。

圖6 風(fēng)道C—C斷面拱頂監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降曲線

2.2.3凈空收斂變化規(guī)律分析

選取有代表性的凈空收斂監(jiān)測(cè)點(diǎn)，將各監(jiān)測(cè)點(diǎn)每月20日的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)繪制成曲線，如圖7所示。由圖中可看出，2014年7月至2016年3月，凈空收斂在不斷波動(dòng)，最大值為-8.33mm。之后，凈空收斂不斷增大，到2016年8月，最大值增大至-17.76mm?？傮w來看，凈空收斂值較小，再次說明改進(jìn)工法的施工優(yōu)越性。

圖7 凈空收斂監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)變化曲線

3 結(jié)語

1)改進(jìn)雙側(cè)壁導(dǎo)坑法對(duì)中隔壁進(jìn)行了優(yōu)化，使中隔壁落于下部堅(jiān)硬巖層上，并打設(shè)鎖腳錨桿，下部巖體采用放坡開挖，并保留巖肩以支撐中隔壁受力穩(wěn)定。通過這種改進(jìn)，導(dǎo)坑數(shù)量由常規(guī)工法的9個(gè)減少到6個(gè)，簡(jiǎn)化了施工步驟，減少了工序轉(zhuǎn)換，縮短了工期。同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了“以錨代撐”，減少了支撐使用量，降低了工程造價(jià)。

2)施工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，在開挖全過程，地表沉降逐步增大，最大值為-38.01mm；拱頂沉降最大值僅為-18.61mm；凈空收斂最大值僅為-17.76mm。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均未超過施工警戒值，施工過程安全、有序?？煽闯觯倪M(jìn)工法在工程中的應(yīng)用效果良好，可很好地控制地表沉降和圍巖變形，因此適用于上軟下硬地層的地鐵隧道開挖。