摘要：重庆轨道交通五号线一期工程凤西路车站位于成渝高速下方，周边环境复杂，地质条件差，工期压力紧，为了解决上述问题，本车站采用双层初支叠合拱盖法施工。本工法在重庆地区为首次使用，通过在本车站的应用及数据收集，实现了与传统双侧壁导坑法的优缺点对比，对城市地铁施工具有重要参考意义。
关键词：双层初支叠合拱盖法；双侧壁导坑法；作业空间；造价；安全性。
引言
城市轨道交通已成为缓解城区交通压力、支撑城市架构扩展、带动片区经济及社会发展的重要举措，其车站施工主要有明挖法、暗挖法及盾构法施工。
重庆自1999年新建第一条轨道交通以来，在车站施工的选择上多以明挖法及暗挖法为主，暗挖法常用的多为双侧壁导坑法施工。双侧壁导坑法存在施工进度慢、安全风险高及临时支撑安拆工作量大等缺点，该工法对某些工期压力大及工程地质条件差的暗挖车站适应性较差，如何有效解决上述问题成为当前轨道交通施工的研究热点。
在此背景下，双层初支叠合拱盖法的应用而生，其临时支撑拆除工作量小、防水效果高、施工安全保障高、工期快。本文对该工法在凤西路站的应用做了总结，旨在分析出其与传统工法相比较的优缺点，为今后的轨道交通建设提供参考和借鉴。
1 工程概况
1.1 工程简介
重庆市轨道交通五号线一期工程凤西路站，位于成渝高速公路的正下方，大体上呈东西走向；车站总长219.8m，采用暗挖单拱双层结构，站台宽12m，设四个出入口、两组风亭及临时斜井一座，斜井设两个支洞分别进入车站站厅层与站台层。车站两端均为复合式TBM区间，需为区间TBM提供站内过站条件，施工工期压力大。
1.2 工程边界条件
1）工程地质条件及水文条件
车站位于金鳌寺向斜西翼，岩层呈单斜状构造，无区域性断层通过，构造地质条件简单，岩层倾向110?，倾角12?，岩层走向与隧道走向呈大角度相交，岩层较平缓，场地内发育有二组裂隙。隧顶埋深16.5 m～18.0m，从地表往下依次为素填土、第四系全新统残积坡层、强风化砂质泥岩与砂岩互层、中风化砂质泥岩与砂岩互层，洞顶最大素填土厚度11.2m，最小中风化岩层厚度6.2m（3m砂岩+3.2m泥岩），隧道洞身范围内为中风化砂质泥岩与砂岩互层，围岩等级Ⅳ级；洞顶中等风化岩层厚6.2～15.0m＜2.5Hq=25.38m，覆跨比仅为0.29，为浅埋隧道，成洞条件差。
地下水分为松散层孔隙水、基岩裂隙水，主要为大气降水以及市政管网补给，水量大小与上述因素密切相关，受气候与季节性变化较大；地下水状态分级为I级。
2）周边环境条件
车站上方为成渝高速（填土路堤形式），路面车流量大且道路两侧地下管线较密集；车站北侧为兰花小区，距离车站主体约36m；车站南侧为空地，现为施工项目部临时驻地，凤西路平面示意图见图1所示。
图1 凤西路站平面示意图
1.3 开挖断面及支护参数简介
车站采用马蹄形结构，开挖断面宽27.25m*高21.1m，开挖轮廓面积446.1m2；采用双层初支叠合拱盖法施工，初期支护采用型钢拱架锚网喷结构、二次初支（即拱盖）采用钢筋砼底纵梁+型钢拱架砼结构，两层初支之间通过锚钉（φ16钢筋）联接。车站设计参数见表1所示，衬砌断面见图2所示。
表1 车站支护参数表
图3 车站分部开挖示意图
2 现场施工组织
2.1 开挖支护施工组织
2.1.1上断面开挖支护
1）进站厅层斜井支洞在体系转换后，进行车站上断面（站厅层）开挖支护。往车站两端方向，采用正台阶法先开挖左右侧边导洞，直至两边导洞开挖支护完毕；施工中，左右侧边导洞的掌子面前后错开距离不小于15m，各导洞内台阶长度3～5m，如图4所示；
图4 上导坑开挖示意图
2）左右侧边导洞开挖进尺30m后，施做拱盖钢筋砼底纵梁，挂板法施做两侧边导洞内拱盖。
3）待左右侧边导洞内拱盖施工完毕，开挖中导坑上部，初期支护连拱；
4）待中导坑上部开挖支护30m后，施工中导坑内拱盖，拱盖连拱。
5）拱盖全部连拱后，开挖中导坑下部直至结束。
上断面开挖时，通过进车站站厅层斜井支洞出碴进料。上断面开挖纵向示意图见图5所示。
图5 上断面开挖纵向示意图
2.1.2下断面开挖支护
1）待拱盖全部施工完毕且砼强度满足设计要求后，在临近进站台层斜井支洞处，一次性拆除上断面临时中隔壁45m，从站厅层内往下开挖进行下断面落底。
2）采用四台阶法开挖下断面，各台阶高度2.5～3.0m；每层开挖时，先拉中槽后开挖两侧边墙。
3）临时支撑拆除超前上台阶10～15m。
下断面开挖支护时，前期通过进车站站厅层的斜井支洞出碴进料，后期通过进车站站台层的斜井支洞出碴进料。
2.2 二衬施工组织
待初支仰拱成环后，及时施做二衬仰拱与道床回填砼；待二衬仰拱施做20m后组装衬砌台车，组织拱墙衬砌施工。拱墙衬砌第一组安排在临近进站台层斜井支洞的部位；衬砌台车长9m，采用拱墙整体衬砌。
下断面开挖及二次衬砌纵向示意图见图6所示。
图6 下断面开挖及二次衬砌纵向示意图
3 关键部位施工技术
3.1拱盖底纵梁处地基防扰动
拱盖底纵梁处地基基岩防扰动是拱盖法的关键技术之一，该工作涵盖了车站整个开挖过程，其中上断面开挖时主要采取的技术措施包括：
1）上断面左右侧边导洞采用台阶法开挖，可极大限度减少底纵梁地基处围岩在爆破开挖时的 “夹制”效应；
2）采用微差减震控制爆破技术，严格遵循“短进尺、多打孔、少装药”原则；
3）加强洞内排水措施，纵梁地基处严禁积水，防止泥岩遇水软化；
4）纵梁地基处设置φ25、L=5m的中空注浆锚杆，对地基进行必要的注浆加固处理。
下断面开挖支护时主要采取的技术措施包括：
1）下断面采用先中槽后边墙的开挖顺序；
2）加长底纵梁下方边墙的系统锚杆长度（φ25、L=5m的中空锚杆，环距1m*纵距0.5m、梅花形布设）；
3）严格控制纵梁下方车站边墙爆破参数，严格控制超挖量。
3.2中导坑内拱盖施工
中导坑内的拱盖位于拱部，受施工工艺限制该部位采用模筑砼施工时易出现砼不饱满或空洞现象；加上拱盖采用型钢拱架砼结构，型钢拱架对拱部砼流动性产生负面影响，现场第一模砼浇筑后，发现拱盖背后空洞现象严重。经参建各方充分讨论，将中导坑内的拱盖由C30模筑砼调整为C30喷射砼，对拱盖喷砼可能存在的空洞采用回填注浆处理。
3.3初支与拱盖的连接
为保证拱盖与初期支护连成整体，在初期支护拱架上焊接φ16锚固钢钉，钢钉锚入初期支护的长度不小于30cm，外留长度不小于35cm；待拱盖形成后，初期支护与拱盖将形成整体受力结构，并降低了掉拱风险。
3.4车站主体与附属接口施工
本工程车站出入口通道均采用“对开”方式设置，出入口通道开挖断面尺寸大（宽11.6m*高8.4m）。为降低出入口通道挂口时的开挖高度，设计将出入口通道与车站接口部位设置成平顶结构。
为确保施工安全及方便出入口通道后续施工，在车站上断面左右两侧边导洞开挖完毕后，开始进行出入口通道挂口施工，待出入口通道接口内的拱盖与车站边导洞内拱盖施工完毕后，再开挖车站中导洞。
3.5临时中隔壁拆除长度
由于该工法第一次在重庆地区运用，临时中隔壁一次拆除长度无具体经验可参考。经有限元模拟计算后，第一次拆除临时中隔壁的长度定为45m，施工中临时中隔壁拆除长度（即已拆临时中隔壁至拱墙衬砌的步距）控制在45m～60m范围内。
3.6监控量测与应急抢险
施工中按照设计要求布置拱盖沉降、拱盖底纵梁及边墙收敛监测点，认真分析监测数据，出现异常及时预警，施工现场做好拱盖下沉、拱盖底纵梁及边墙收敛的应急物资储备，如钢管、工字钢等，一旦监测数据有增大趋势，必须增加竖向和横向支撑保证隧道的整体稳定性。
4 工法运用效果
4.1 总体效果
车站从2014年12月25日开始进站厅层斜井支洞的体系转换，2016年1月25日完成车站衬砌施工，历时396天；其中上断面施工工期192天（含拱盖），下断面开挖与二次衬砌施工共计196天，按时为区间TBM提供了过站条件，施工过程中监测数据都在设计及规范允许范围内。其中地表最大沉降量为-9.76mm，洞内拱盖最大沉降量为-11.10mm；地表最大沉降速率为-0.10 mm/d，拱盖最大沉降速率为-0.09 mm/d。
4.2 与传统双侧壁导坑法对比
4.2.1施工进度
经统计，重庆轨道交通五号线类似暗挖车站在双侧壁导坑工法条件下的施工周期一般为15～16个月，该工法施工周期可缩短2～3个月。该工法的进度优势主要体现在：
1）下断面开挖时，拆除临时中隔壁的长度比双侧壁导坑法长，为下断面快速施工提供先提条件；
2）下断面无临时支撑且直接采用台阶法开挖，施工操作简易，其施工进度较双侧壁导坑法大大提升。
4.2.2施工安全
施工安全度高，主要体现在拆除临时中隔壁工序上。传统双侧壁导坑法中，临时中隔壁高达20m左右，临时中隔壁拆除时存在施工难度大且高空作业时安全风险高等特点；而拱盖法中拆除临时支撑的高度仅9m左右，施工难度及安全风险大大降低。
4.2.3施工质量
其优越性主要体现在车站防水施工质量上。双侧壁导坑法中二次衬砌因受临时中隔壁拆除长度的限制，导致其施工缝数量多，结构自防水性能大大削弱。相比而言，拱盖法可减少二次衬砌施工缝数量，同时拱盖法在拱部设置了双层初支，相当于结构增加了一道自防水体系。
4.2.4洞内施工环境
拱盖法在长距离拆除上断面临时中隔壁后，施工操作空间空旷，大大提升了洞内通风、照明效果，为施工提供了有利作业条件。
4.2.5每延米经济指标对比
每延米经济指标对比见表2所示。
表2 每延米经济指标对比表
从上述分析可知，拱盖法比双侧壁导坑法每延米增加投资约0.78万/m，但可以缩短工期2～3个月，对缓解工期矛盾与降低安全质量风险有利，其综合效益指标高。
5 结论与体会
1）双层叠合初支拱盖工法在较软岩地质条件下，通过设置拱盖底纵梁后亦能成功运用，在同等条件下的地铁施工中可应用。
2）该工法对拱盖底纵梁沿横向差异沉降、沿纵向变形极为敏感，施工中需采取弱爆破、机械开挖等措施加强纵梁地基保护，必要时对纵梁下地基进行注浆加固，以减轻下断面施工时对其产生较大扰动。
3）拱部初支及二次初支拱架与纵梁相接，通过设置Φ65自进式锚杆对拱部初支拱架加强固定，同时在初支拱部预埋U型钢筋，将二次处支拱架与U型钢筋连接，以加强拱部处支与二次初支的整体性。
4）坚持信息化施工，通过监控量测指导临时中隔壁拆除长度是施工的关键之一，通过对本工程的监测总结，拱盖连续一周内沉降速率在2mm以内即可拆撑，拆撑应随拆随监测。
5）本工法在实践中可有效减短施工工期及临时支撑拆除工作量，在拱盖的保护下施工安全，后期防水效果好。
6）本工法后期进一步研究应着重于叠合拱盖的施工及临时支撑的拆除，以最大限度提供作业空间。
参考文献
[1]中铁二院工程集团有限责任公司.重庆市轨道交通五号线一期工程凤西路车站施工图设计.重庆，2014.
[2]重庆市勘测院.重庆市轨道交通五号线一期工程凤西路车站岩土工程勘察报告.重庆，2014.
[3]尹学平，唐红宁.大断面隧道浅埋段盖挖法施工实例.隧道建设，2014.34（8）：282～285.
[4]王建.城市轨道交通第三方测量检测若干问题探讨.隧道建设，2011.31（5）：547～549.
[5]陈海勇，石达强.成都地铁中医院站施工安全风险分析.隧道建设，2011.31（5）：559～565.
[6]王振飞.导坑在大跨度隧道施工中的影响分析.隧道建设，2006.26（5）：31～33.
[7]王振飞.地铁浅埋暗挖工程施工中的风险管理[J].隧道建设，2006.26（5）：102～105.
[8]王梦恕.隧道工程浅埋暗挖法施工要点[J].隧道建设，2006.26（5）：1～4.
[9]卿伟宸，廖红建，钱春宇.地下隧道施工对相邻建筑物及地表沉降的影响.地下空间与工程学报.2005，6（1）：960～963.
论文作者:易定达,张玉强
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第4期
论文发表时间:2018/6/11
标签：导坑论文; 断面论文; 车站论文; 斜井论文; 隧道论文; 隔壁论文; 叠合论文; 《建筑学研究前沿》2018年第4期论文;