摘要：结合青岛地铁1号线永年路车站拱盖法施工，介绍拱盖法暗挖的施工步序、特点，分析总结工法的关键技术，为类似工程提供借鉴和参考。
关键词：暗挖；地铁车站；拱盖法
引言
在城市中心地区，由于地面交通不允许长期中断，地面建筑物众多，改移不易，地面施工场地狭小，采用浅埋暗挖法施工地铁车站十分常见。
与明挖法和盖筑法相比，浅埋暗挖法的最大优点是避免了大量拆迁、改建工作，减少了对周围环境的影响。
随着地铁施工技术的不断进步，浅埋暗挖工法不断创新，拱盖法即是一种新的施工工法。拱盖法是洞桩法在洞室中下部岩层条件较好时的简化，采用拱部扩大拱脚结合下部岩层代替洞桩法的预支护桩。
本文结合青岛地铁1号线永年路站主体结构暗挖施工，对拱盖法施工关键施工技术进行一定的阐述与总结，希望对类似工程能提供一定的参考。
1 工程概况
青岛地铁1号线永年路站位于兴华路南侧，车站横跨永年路，主体呈东西向布置。车站全长202.101m（K51+273.00～K51+475.101），为地下两层岛式车站，标准段宽度18.7m，高度15.39m，结构断面采用单拱双层车站形式，建筑面积约13650m2。
永年路站周边主要建筑物和管线平面位置见图1。
图1 周边建筑物和主要管线平面图
车站主体采用拱盖法施工，开挖标准断面宽21.3m、高18.2m、开挖面积约364m2。
车站拱顶埋深约17.8m～38.9m，围岩为微风化细粒花岗岩，属较完整的较硬～坚硬岩，岩体基本质量等级Ⅲ级；受沧口～夏庄晚更新世活动断裂断裂影响，通过5条构造破碎带，破碎带宽度5~15m，岩体节理裂隙发育，局部发育糜棱岩、碎裂岩等构造岩，构造裂隙水发育，形成相对不均匀的岩石地层，围岩级别Ⅳ级。如图2所示。
图2 车站地质纵断面图
2 拱盖施工工法优化
2.1 原设计施工工法
主体拱部开挖采用双侧壁导洞法，分左中右三个导洞开挖，先施工左、右侧洞，再施工中洞，各洞前后距离不小于15m，中间采用工22b型钢临时支撑。如图3所示。
图3 双侧壁导坑法开挖示意图
2.2优化后施工工法
根据现场观察，横通道处围岩为微风化细粒花岗岩，节理稍发育，揭露岩土属于较完整的硬岩，赋水性和透水性差，围岩以III级为主，局部强度较高，据此对拱部施工方法进行优化。
优化后车站拱部采用CD法开挖，中间采用工28b型钢临时支撑。如图4所示。
图4 CD工法开挖示意图
3 施工步序
车站主体拱盖法施工步序如图5所示。
图5 车站主体开挖步序图
拱盖法暗挖各施工步序见表1。
表1 车站主体暗挖施工步序
序号施工步序示意图步序说明
1
分台阶开挖车站拱部导洞①岩体，施作初期支护、中壁临时支护（锚杆、钢架、喷混凝土、临时支撑、锁脚锚杆）。
2
待导洞①施工15m以上后，进行导洞2开挖及支护，施作初期支护（锚杆、钢架、喷混凝土、临时支撑、锁脚锚杆）。两导洞错开15m施工。
3
待导洞1、2开挖贯通后，施作底部垫层，达到强度后，施作两侧拱脚纵向托梁。
4
分段拆除拱部临时支撑，敷设防水层，施作拱部二衬并预留侧墙施工缝。
5
待拱部二衬达到设计强度后，车站下部分两层开挖；放坡开挖车站下部第一层岩体3，拱脚台阶宽度≥1.5m，边坡坡度约1∶0.5。
6
结合锚杆竖向间距，分层开挖车站下部第一层两侧围岩，每层开挖至锚杆下0.5m，施作完锚喷支护后，再进行下一层开挖。
7
同第5步开挖第二层岩体。
8
同第6步第二层两侧岩体。
10
铺设底板及侧墙防水层，采用顺筑法施工主体结构底板、墙、中柱、中板。
4 关键施工要点及措施
4.1 控制地表沉降
（1）围岩预加固
拱部开挖过程中，采用超前小导管注浆方法进行岩体预加固。超前小导管为Ф42·δ=4mm热轧无缝钢管，布设在拱部120°范围内，环向间距400mm，长度4m，外插角20°，每两榀施作一环。注浆小导管后端焊于格栅上，使小导管与格栅形成有效搭接，另一端深入岩层。注浆后进行岩体开挖。
在一些特殊部位，斜井过天然气管（二级风险点，垂直距离仅有6.7m）等，采用超前预注浆加固隧道周边围岩的方法，有效地控制了施工过程中地表的沉降，保证了施工安全。
（2）初支背后注浆
为及时充填初支喷射混凝土与岩层之间存在的空隙，拱部导洞（1号、2号）初支结构封闭后应及时进行初支背后注浆，以限制围岩变形，控制地表沉降。初支背后注浆，使用钢筋格栅安装时预埋的注浆钢管。注浆管沿纵向每5m设1组，横向沿拱部均匀分布。在初支背后注浆，可以起到以下作用：
①充填地层空隙，防止地表下沉。导洞土石方开挖后，会引起周围地层松动，出现微小空隙；而且，在喷射混凝土与岩层之间，特别是拱架背后不易喷到的地方必定存在空隙。由于这些空隙的存在，地层应力调整过程中，上层岩体逐渐塌密，将引起地表沉降。若及时进行注浆，将空隙填满，就阻止了岩体位移，从而达到限制地表沉降的目的。
②加强结构防水。隧道开挖后，引起地下水渗流场的改变，地下水向着开挖后的区域流动（低压力区），特别是隧道开挖后的松动圈范围内地层渗透系数增大，地下水很容易向隧道内渗流。初支后充填注浆，以浆液结石体或固结体充填、挤密地层，从而阻断或减少地下水渗流的通道，提高隧道的防水能力。
③控制初支结构的沉降和收敛。主体结构主要受沧口断裂影响，穿过5条构造破碎带，在构造破碎带影响范围内，局部地段相邻钻孔所揭露的岩体风华程度及节理发育程度差别较大，岩体自稳能力差，施工过程中可以通过采取在拱脚设置锁脚锚管的措施，减小格栅变形和位移、控制初支结构的沉降和收敛。也可以根据实际情况，在位移或沉降变化较大处或渗漏水处有针对性地布管注浆，也是控制初支结构的沉降和收敛非常有效的技术措施。
（3）监控测量
监控测量是浅埋暗挖隧道施工不可缺少的重要组成部分。根据工程情况，建立监控量测体系，重点是地表下沉、拱顶沉降、净空收敛和周围建筑物、地下管线变形；必要时进行围岩压力、钢架内力、地中位移、初期支护和二次衬砌内力等量测项目。
监控量测的目的在于，可以有效地指导初支结构施工，及时采取有效措施调整施工步距，及时对初支结构背后进行充填注浆，从而保证了初支结构的施工质量，有效控制了初支结构的变形与收敛，有效控制了地表沉降。施工期间对车站沿线重要的地下、地面建（构）筑物、管线、地面及道路的位移沉降实施监测，并对可能发生的危及环境安全的隐患或事故提供及时、准确的预报，以便及时采取措施，及时避免事故的发生。
永年路车站施工时监测结果：地表沉降值0.5~ 0.68mm，累计变化值4.34mm，预警值为24mm；初支结构的拱顶沉降值为0.1~0.3mm，累计变化值4.3mm，预警值为16mm；净空收敛值为0.1~0.3mm，累计变化值2.67mm，预警值为16mm。由此可见，车站施工的沉降值被控制在设计允许范围内。
4.2 控制爆破振速
（1）目的
①车站下穿天然气、雨污水管道、人防空洞等建构筑对爆破振速的要求。
②减少爆破震动对周边居民的影响。
③拱盖法下部开挖，特别是拱脚结合部开挖，需控制爆破振速。
（2）方法
通过爆破试验，对振速进行检测，以确定合理的岩体爆破振动传导参数K、α值。
①爆破振速计算采用萨道夫斯基公式
（式1-1）
式中：v为爆破振速，cm/s；Q为齐爆药量，kg；R为爆破点至测点距离，m；k、α为爆破点至测点间与地形、地质有关的系数和衰减指数。
为了计算简便，对其进行两边取对数，使之成为线性方程：
（式1-2）
设
则式（2）可写为： y = a + bx （式1-3）
根据实际测得的爆破振速及起爆参数，采用最小二乘法进行线性回归分析，计算a、b的估计值a0、b0。
（式1-4）
（式1-5）
其中：
本工程通过永年路站斜井爆破监测统计的数据，回归分析得：K=165、α=1.75。得出此岩性条件下爆破时振动速度的传播衰减规律：
（式1-6）
（3）总结
通过理论分析确定出萨道夫斯基公式的回归方法，以线性回归的方法对萨道夫斯基公式进行回归分析，借助数理统计知识，结合青岛地铁1号线永年路站车站斜井爆破施工获得的大量监测数据，回归出了在围岩等级Ⅳa级，埋深37m，楔形掏槽条件下的K、α值。然后再进行验证，最终得到合理的K、α值，在后续的施工中应用该K、α值进行爆破设计，成功通过了下穿的天然气、雨污水管、人防空洞等建构筑物的施工，这也验证了该K、α值的正确性，体现了该K、α值对该隧道工程施工的指导意义，爆破振速最小控制到0.6cm/s。
5 关键工序质量保证措施
5.1 超前小导管质量保证措施
（1）钻孔位置在开挖轮廓线上按设计位置与角度钻眼。孔位误差不大于5cm，外插角偏差不大于2°（角度用地质罗盘仪检查）。超过允许误差时，在距离偏大的孔间补管注浆。
（2）检查钻孔、打管质量时，画出草图，对照孔位编号，逐孔、逐根检查并认真填写记录。
（3）小导管尾端置于钢架腹部或焊于系统锚杆尾部，以增强共同支护能力。
（4）注浆结束标准：采用定压注浆，注浆终压达到设计压力，稳定10min以上可以停止注浆。
（5）注浆过程中，要逐管填写记录，标明注浆压力、注浆量、发生情况及处理过程。
（6）单孔注浆量不少于平均每孔注浆量的80%，不足处进行补管注浆。
（7）固结效果检查：查阅注浆记录，检查注浆量、注浆压力是否达到预定要求；在注浆过程中用肉眼观查开挖面的窜浆情况；钻孔检查，观察钻进过程中有无突进现场。
5.2 锁脚锚杆质量保证措施
（1）按照既定方法加工导向管模具，同时加工L型筋。导向管模具及L型筋参数：
钢板：钢板厚度5mm，尺寸长410mm×宽150mm，在钢板长边中心两侧125mm位置确定圆心并钻孔。孔直径80mm。
导向管：导向管型号为外径80mm×4.5mm的钢管，单根长度35cm，一个模具上2根。导向管穿透钢板预留孔，沿水平向下15°布设。钢板两侧导管长度分别为10cm及25cm。
L型筋：选用Ф22螺纹钢筋，角度控制在105°，L型筋与格栅主筋焊接长度11cm，与锁脚锚管焊接长度为23cm，锚固段长度85mm。
（2）安装格栅完成后，利用强磁铁以及格栅拱脚处的纵向连接筋固定导向管模具，在导向管中钻孔，确定锁脚锚管安装角度。
（3）在格栅外侧安装锁脚锚管，使用L型筋加强锁脚锚管与格栅主筋连接的整体性，L型筋一边与格栅主筋满焊，另一边与锁脚锚管满焊，同时L型筋一边形成弯勾与格栅主筋锚固增加整体性效果。
图6 模具安装及钻孔 图7 L型筋焊接
5.3 喷射混凝土质量保证措施
（1）严格按照施工工艺施工，严格执行操作规程。
（2）施工工班要抓好每一环节、每一步骤的监控，并责任到人，狠抓落实。
（3）每次喷射作业前，做好人员、机具、物资、技术、测量、试验、运输等准备工作。
（4）施工技术人员对喷射作业环节进行认真检查（内容包括：喷层厚度、喷层与受喷面粘结情况、喷射作业中各种参数），严格把关。
5.4 格栅钢架和型钢钢架质量保证措施
（1）格栅钢架和型钢钢架其原材料符合设计要求和施工规范规定。
（2）格栅钢架和型钢钢架加工时，严格控制对接头和底板构造的质量。
（3）格栅钢架和型钢钢架在加工完成后，经检验合格后方可用于施工。
（4）格栅钢架和型钢钢架用于工程前先进行试拼，架立符合设计要求，连接螺栓必须拧紧，数量符合设计，节点板密贴对正。
（5）架设用楔块与围岩楔紧，纵向有联系构件，底角要牢固。钢支撑、格栅钢架尽可能多的与锚杆露头及钢筋网焊接，增强其联合支护效应。
5.5 锚杆质量保证措施
（1）根据围岩开挖的实际情况，结合设计图纸的要求确定孔位和间距。如岩层情况变化，需调整孔位和间距时，应及时报监理工程师，同意后执行。
（2）勤检查，确保锚杆位置正确，长度、角度符合要求，垫板贴紧岩面，螺帽不松动。
（3）施工前对水泥、砂浆进行集料和级配检查，确保砂浆质量。
（4）注浆饱满、密实，锚杆抗拔力达到设计要求。
（5）按规范要求抽样进行锚固力检查，其平均值不得低于设计值。
（6）加大检测力度，增加抽检次数，确保锚杆质量。
5.6 监控量测质量保证措施
要保证监测工程的质量，除了需要有先进的监测仪器设备及富有经验的技术人员外，更重要的还应通过建立明确的责任制和检查校核制度来予以保证。为确保量测数据的真实性、可靠性和连续性，制定以下工作制度和质量保证措施：
（1）监测组与监理工程师密切配合工作，及时向监理工程师报告情况和问题，并提供相关切实、可靠的数据和记录。
（2）测点布置力求合理，应能反映出施工过程中结构的实际变形和应力情况及对周围环境的影响程度。
（3）测试元件及监测仪器必须是正规厂家的合格产品，测试元件要有合格证，监测仪器要定期校核、标定。
（4）测点埋设应达到设计要求质量。并做到位置准确，安全稳固，设立醒目的保护标志。
（5）监测工作由多年从事监测工作及有类似工程监测经验的工程师负责，小组其它成员也是有监测工作经历的工程师或测工，并保证监测人员的相对固定，保证数据资料的连续性。
（6）监测数据应及时整理分析，一般情况下，应每周报一次，特殊情况下，每天报一次。监测报告应包括阶段变形值、变形速率、累计值，并绘制沉降槽曲线、历时曲线等，作必要的回归分析，及对监测结果进行评价。
（7）检测数据均现场检查、室内复核后方可上报；如发现监测数据异常，应立即复测，并检查监测仪器、方法及计算过程，确认无误后，立即上报给甲方、监理及单位主管，以便采取措施。
（8）各监测项目在监测过程中必须严格遵守相应的测试实施细则。
6 结束语
从青岛地铁一号线永年路车站施工情况来看，拱盖法有以下优点：㈠导洞少，工序少，爆破次数少，扰动次数少；㈡支护简单，初支拆除少，废弃工程量小；㈢导洞与导洞间的连接点少，支护体系有保证；㈣拱盖形成后，即可大面积作业，效率高，工期缩短。缺点是围岩强度要求高，扩大拱脚下侧墙部位弱爆破控制要求高。
参考文献：
[1]《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204-2015
[2]《铁路隧道监控量测技术规程》（TB10121-2007）
[3]《城市轨道交通工程监测技术规范》（GB50911-2013）
[4]《建设工程施工质量验收统一标准》（GB 50300-2013）
[5]《岩土锚杆与喷射混凝土支护工程技术规范》GB50086-2015
论文作者:赵娟
论文发表刊物:《基层建设》2019年第15期
论文发表时间:2019/8/5
标签：围岩论文; 钢架论文; 格栅论文; 注浆论文; 车站论文; 永年论文; 结构论文; 《基层建设》2019年第15期论文;