大跨度浅埋暗挖地铁车站施工技术

大跨度浅埋暗挖地铁车站施工技术

黄保华

英泰克工程顾问 (上海 )有限公司 上海 200000

摘要: 本文结合大连地铁西安路车站施工实践，主要通过对大跨度浅埋暗挖地铁车站施工过程中关键部位的中部上下导洞开挖、顶纵梁与中拱二衬浇筑、侧拱开挖及钢管桩围护结构施工、下部土石方开挖及支护等工序施工技术的控制，以及对影响工期、工程造价、施工安全等方面至关重要的因素控制，来探讨大跨度浅埋暗挖地铁车站施工技术。

主题词: 车站 开挖 施工 二衬

工程概述

西安路站为主体单拱双柱三层结构形式的地下暗挖岛式车站，车站总长237.6米，结构标准段宽23.6米，最大断面宽26.5米，车站建筑总面积为25424m²。车站共有四种断面形式，分别为ZA，ZB1，ZB2，ZB3，西安路车站分段平面布置图见图1，断面图见图2-1、2-2。车站埋深约35.5-38.1m，覆土厚度约为6.7-11m，开挖土石方共14.1万方，设计为1、2号线换乘站。

图1 西安路车站分段平面布置图

图2-1 ZA断面 图2-2 ZB1、ZB2、ZB3断面

二、工程地质及水文地质

本车站地貌为马栏河阶地，主要地层为第四系全新统人工堆积层、第四系上更新统卵石层，下伏震旦系五行山群长岭子组板岩层。车站所处地质环境拱顶为卵石层及强风化岩层，边墙和底部为中等风化钙质板岩和辉绿岩。车站范围内普遍分布有全风化、强风化层，天热状态下物理力学性质较好，但该层水理性质差，浸水易崩解，饱和状态下受扰动后，极易软化变形，强度、承载力骤减，是区段的不利条件。

地下水主要赋存于卵石层和中风化岩的裂隙中，由于地层的渗透性差异，基岩中的水略具承压性，基岩裂隙发育，孔隙水与裂隙水局部具连通性，水量丰富。地下水位埋深2.2—3.2m，水位高程6.4—10m。

三、工程特点及难点

1、西安路站地处繁华街道，地面交通流量大，结构周边建筑物多，有高层框架结构，也有低层筏板基础结构，建筑结构边线与车站结构边线净距小，有的地方仅3—5m。车站范围基本与地表202有轨电车平行，受地面动荷载影响较大，安全风险大，施工防坍塌、控制变形的任务艰巨。

车站为三层结构，由于开挖基坑较深给围护结构施工增加一定难度，基坑开挖土石方量大，给出碴也增加了一定难度，同时爆破施工须做好对已完成结构（钢管柱、侧拱二衬、中板）的保护，监控量测工作相当关键，需及时做好基坑的监控量测工作和应急预案。

车站范围内地质构造复杂，围岩破碎，地下水具有承压性；拱顶管线众多，有煤气管线，给排水管线，热气管线，西安路中心还有一条不知年代的Φ600混凝土污水管，污水管紧邻电车轨道，无法改移，也无法截流，拱顶下沉量要求高，施工安全风险高，控制地表下沉及建筑倾斜是施工安全重中之重。

车站为单拱双柱结构，施工断面跨度大，埋深浅，最大开挖断面宽26.5m，高27.7m，开挖最大断面积为673m²，埋深约6.7—11m。施工工序多，工序变换调整频繁，对施工工艺要求高，施工相对顺序对施工安全有直接影响，给施工组织带来难度，合理组织是重点。

施工方法转换时，纵向应顺接，严格控制拆撑长度，严格施工工艺，密排超前小导管采用顶进法施工，减少成孔过程中的地面沉降，格栅钢架拱脚除打设锁脚锚管外，关键应处理好拱脚的支撑问题，减少拱脚下沉位移，并及时封闭钢架。

施工方法及主要施工工序

根据西安路车站断面大，拱顶荷载大，管线众多，地面下沉要求高等特点，经过多种方案的必选，最后决定车站主体结构采用中洞法结合大拱脚先拱后墙法施工，逆做地下负一层中板（两钢管柱间），其它主体结构顺做。采用两种方法相结合的开挖支护方式，充分利用车站主体结构的站台双排中柱为支承点，将大断面独跨受力方式分解为宽度基本相等的三连跨受力形式，在减少侧跨整体受力的条件下开挖侧拱，并施工拱顶二衬，形成盖挖的方式进行下部开挖。人工控制爆破，采用中深孔爆破技术，出碴主要利用斜通道，大型机械运输土石方，满堂支架、泵送混凝土施工主体结构。

1施工工序

施工工序见图3。首先将断面分成上下导洞分别进行开挖及支护，然后采用人工挖孔桩的形式挖出双排柱位置，浇筑底纵梁及柱间底板，安装钢管柱并浇筑顶纵梁，拆除中洞中隔壁后进行中拱二衬，再对称开挖边跨拱部土体并施作初支，及时施作钢管桩围护结构、拱脚纵梁及侧拱二衬，紧接着采用土模法施做负一层中板，在整个大拱部初支和二衬及围护结构共同承载下进行分段分层爆破开挖至底，最后分段对称顺做侧墙及中板主体结构。

图3 施工工序图

2 中部上下导洞开挖支护

首先距地面相距一定距离施工1#、2#两个竖井，1#竖井用作开挖中部上导洞，2#竖井用作开挖中部下导洞。中洞开挖宽度为10.5m，先开挖下导洞，后开挖上导洞；由于上导洞拱顶距离卵石层近，地质条件差，上导洞采用CD法施工；施工由位于车站北端盾构吊出井、中部1#竖井及南端斜井分5个工作面开挖，采用Φ42超前小导管预支护，采用间距500mm格栅钢架、φ8钢筋网、300mm厚的C25喷射混凝土初期支护。

中部下导洞采用台阶法施工，下导洞由北端盾构吊出井及2#竖井分3个工作面施工，采用间距1000mm格栅钢架、φ8钢筋网、150mm厚的C25喷射混凝土初期支护。

3底纵梁浇筑及钢管柱安装

每个施工口施工到结构分界里程后后退施做条形基础，在导洞中施做底板防水层，施作中间立柱下底纵梁及底板，底纵梁采用人工绑扎钢筋、预留两侧底板钢筋接驳器、泵送混凝土浇筑。中间钢管柱孔桩采用人工挖孔，开挖桩径φ1500mm，直径φ1000mm的钢管柱采用小型吊架人工导轮吊装，要确保安装的垂直度，安装完后及时用中细砂将钢管柱与围岩间回填，并加水使其密实，钢管柱内混凝土必须连续浇筑。

4顶纵梁与中拱二衬浇筑

西安路站顶纵梁与标准PBA洞桩法施工的顶纵梁不同，标准PBA洞桩法顶纵梁一般位于拱的正中顶部，基本对称，西安路站顶纵梁则位于拱顶两侧，梁底宽1.4m，高2.4m，施工浇筑混凝土重心高，施工过程中受外部荷载容易失稳。顶纵梁顶面与初支接触面为斜面，在受外力作用下易发生滑动移位。施工时采用钢管扣件支撑，模板采用钢模板，脚手架采用钢管搭设的满堂支架，分段浇筑，浇筑段长30—40m，泵送混凝土入模浇筑混凝土。顶纵梁支架见图4。

顶纵梁施工时在梁的顶部外侧预留钢筋接驳器，梁的底部内侧预埋钢板，采用活动式拉杆连接，便于台车行进时拆除及安装。拆除模板后采用拉杆将钢管柱之间连接固定后再拆除中隔墙。

中拱二衬采用简易台车进行施工，施工前采用人工对顶纵梁梁顶缝隙进行砂浆填塞，为拆除中隔壁减小拱顶下沉量，也为下步拱顶注浆打下了基础，中拱二衬完成后及时进行拱顶注浆，减少拱顶下沉量。中部拱顶二衬见图5。

5侧拱开挖及钢管桩围护结构施工

侧拱开挖宽度为7—9m左右，侧拱开挖前采用φ42超前小导管结合φ76自进式管棚加固地层，对称开挖边跨拱部土体，采用CRD分步开挖工法，施做初期支护、临时支撑及大拱脚加固处理，预支护采用间距500mm格栅钢架、φ8钢筋网、300mm厚的C25喷射混凝土初期支护。拱脚初支焊接钢筋与底纵梁相连，两侧拱脚分别打设φ219＠800钢管柱支护结构，钢管内回填砂浆，钢管柱分别嵌入拱脚纵梁和底板以下岩层1.2m和2.5m,并确保钢管柱垂直度满足要求，保证开挖后桩不侵入结构主体。

图4 顶纵梁支架图图 图5 中部拱顶二衬

6拱脚纵梁及侧拱二衬施工

钢 管柱施工完后清理拱脚虚渣，施作拱脚纵梁，采用φ60钢压管进行纵梁底部围岩加固，打设第一道拱脚纵梁锚索（车站拱脚及侧墙共设4道预应力锚索）。分段拆除临时支撑，模筑混凝土沿纵向分段进行。施工过程应加强监控量测，及时了解掌握周边围岩动态，待初支变形量达到设计要求方能浇筑混凝土。侧拱二衬采用简易台车，模板采用定型大钢模板，便于保证平整度，加快施工，施工时两侧对称浇筑。西安路侧拱二衬见图6。

图6 侧拱二衬图

7负一层中板（两钢管柱间）浇筑

为了加快进度及节省材料，同时确保中板的安全质量，采取“土模法”浇筑中板。中板下2.5m范围内土石方可采取松动爆破，爆破完后先不出碴，平整碾压后浇筑一薄层混凝垫层，然后铺设一层塑料布，再在上面绑钢筋浇筑中板及中纵梁。中板根据开挖进度分段浇筑，距斜坡道25m左右预留出碴车道出入口，最后和主体一起施工。

8下部土石方开挖及支护

按照时空效应理论采用分段分层、对称均衡、随挖随支护的方法进行土方开挖，开挖采用中深孔爆破技术，大大提高施工效率；潜孔钻打眼爆破先拉中槽，潜孔钻打垂直眼，孔径φ108，单孔起爆，边墙保留1.2-1.5m,采取人工水平钻眼刷炮。土石方主要是爆破开挖，考虑对钢管柱的保护，钢管柱与岩体间采用中砂回填，达到减震作用，采用控制爆破，控制爆破震速和冲击波方向，减小对钢管柱的干扰。

开挖按照纵向分段，水平分层的方法进行，此部分剩余高度为15m，剩余8余万方土石方，分为4层开挖，每层高度为3.7m。采用放坡爆破开挖，纵向坡度最大为14%，每次爆破方量小于一千方，主要是利用斜井坡道车辆直接外运进行出碴，最后斜坡道附近的碴利用2号竖井及大里程区间竖井运出剩余碴土。下部土石方开挖顺序见图7。

图7 下部土石方开挖顺序

开挖时边墙主要是利用钢管柱围护结构支撑，在钢管柱中间打设φ25中空锚杆及预应力锚索，锚杆长度4m，间距1.0×1.6m，外挂φ8钢筋网，最后喷射厚200mm的C25混凝土。边墙锚索每隔4m一道，共3道，上面一道长11m，下两道长10m，水平间距1.6m。边墙有渗漏的部位及时进行注浆处理，严重的部位先进行引排后进行堵漏。

9主体二衬结构

车站下部主体侧墙和中板二衬施工共计分为9段，采用满堂支架自下而上浇筑，可组织流水作业。考虑侧墙侧压力要求靠侧墙立杆加密，增加对称通长水平杆，侧墙混凝土施工必须分层对称浇筑。根据分段长度逐段拆除侧墙横锚索，铺设边墙防水层，浇筑边墙及中板混凝土。浇筑顺序：底板基面处理及接地→防水板铺设及垫层浇筑→底板二衬→侧墙及负二层中板（包含轨顶风道）→侧墙及负一层中板（包含轨顶风道）→附属站台板及楼梯。主体结构支撑体系横断面图见图8。

图8 主体结构支撑体系横断面图

五、施工注意事项

1、在衬砌开始前，要进行中线和水平测量，检查断面尺寸是否符合设计要求，预埋件及预埋管线等是否正确，钢筋规格、数量、安装位置是否正确，模板支撑系统是否牢靠，模板是否平顺、联结是否紧密，防水施工是否符合设计及相关规范要求。

2、施工中应加强监控量测，若出现异常，应及时反馈，必要时修正支护参数；结构拱顶、钢管柱、柱顶纵梁和拱脚等部位在施工中必须加强监测。

3、开挖两侧侧洞时应尽量对称开挖，由于拱部提前受力，在两个顶纵梁间设置拉压杆，减少不平衡推力对柱的影响。

侧拱施工时拱脚的标高要控制好，一定要和后期施工中板的标高相对应，同时

拱脚内预埋钢筋的间距及排拒要控制便于与后期侧墙、中板钢筋连接，否则后期施工不容易对接，处理起来困难。

5、中洞法施工开挖步序多，应严格按设计工序开挖，当围岩趋于稳定后方可开挖相邻洞室，施工时采取必要措施，确保施工各阶段支护和围岩的稳定。

6、由于拱顶二衬分为多次浇筑，施工缝较多，防水处理难度大，同样先期施工的底纵梁预留的防水板接头在后期开挖中也遭受到大部分破坏，处理困难，必须加强防水板的保护和连接处理。

六、结束语

浅埋隧道开挖时应严格控制地表沉陷，减少循环进尺和防止塌方。应根据具体

情况采取适当措施，如：加强软弱围岩中拱脚的处理，及时安设锁脚锚杆；及时施作仰拱或临时仰拱；洞内或洞外注浆加固措施。

2、车站边墙采用钢管柱结合预应力锚索网喷支护，比使用锚杆加格栅喷混凝土支

护安全性高，施工效率高，开挖时受爆破开挖段长度影响小，加快了施工进度，但是成本相对高些。

3、由于顶纵梁与中拱分开施工，保证钢管柱不位移也是一个关键问题，根据导洞高度可以设置拉杆及锚固件保证钢管柱稳定，有条件时最好将顶纵梁与中拱一次性浇筑，减少施工缝及渗漏水处理，增加整体稳定性。

4、车站中板施工采用土模法，加快了进度，不用搭设脚手架，节省了模板、脚手架等材料，同时也避免了后期爆破开挖对中板的损害，等中板混凝土强度满足要求了就可以用挖机出下面的碴土。

5、由于本车站施工利用结构中柱使拱顶增加了竖向支撑，同时围护结构在地下使用了钢管柱，下部嵌入底板下基岩，上部施作了拱脚纵梁，拱脚落在纵梁上以稳住拱脚，和中间钢管柱共同受力来支撑大拱，减少了拱顶下沉及地表沉降，同时为下部开挖施工提供了安全保障。

本暗挖车站周边众多地下管线，施工中没有发生一起管线事故，地面沉降控制有效，地面交通安全，从开工到完工没有发生安全质量事故。随着地铁建设的发展，地铁施工受边界条件的制约越来越大，本工法及相关施工技术的成功实施，对类似工程建设和方案比选都具有借鉴和指导意义。

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