中铁二院工程集团有限责任公司 四川 成都 610031
摘要：本工程是青岛地铁M2线中的两座大跨暗挖车站。本文重点分析了大跨暗挖车站的特点及难点，研究采用了先进的设计施工技术方案，有效解决了施工过程中的各种难题，确保了工程进展顺利。
关键词：初支拱盖：大跨暗挖车站
1、概述
青岛市地铁M2线是连接青岛与黄岛的一条骨干线路，徐家麦岛站位于海游路与香港东路交叉口，海川路站位于海川路站与香港东路交叉口，两站均沿香港东路东西向敷设。两站单个车站主体总长206m，均采用单跨大断面形式、暗挖法施工。标准段开挖跨度20.82m、高度16.50m，最大开挖跨度22.80m、高度16.80m。
两单洞大断面车站隧道围岩，拱顶以上依次为人工填筑土、强风化岩、中风化岩和微风化岩，洞身及以下为中风化岩和微风化岩；局部遇破碎带和岩脉，节理裂隙较发育；地下水主要为基岩裂隙水，不甚发育，水位较高；围岩级别Ⅲ～Ⅳ级。徐家麦岛站主体拱部覆岩土厚度13.63～17.63m，其中覆盖中微风化岩厚度2.60～14.40m；海川路站主体拱部覆岩土厚度13.64～18.68m，其中覆盖中微风化岩厚度4.40～15.60m。
图1.2 徐家麦岛站地质纵剖面图
2、大跨暗挖车站工程特点及难点
工程主要特点：（1）复合地层，以中硬岩为主，局部遇破碎带和岩脉，节理裂隙较发育，地下水位较高，围岩总体呈现“上软下硬”状态；（2）车站单洞断面大，断面开挖跨度20.82～22.80m m、高度16.50～16.80m；（3）根据围岩条件和断面大小，按照有关规范和工程经验类比判断，两车站隧道大部分段落属于浅埋隧道范畴；（4）车站防水等级一级，主体结构使用年限100年，对施工的质量要求高。
3、初支拱盖法应用情况
根据工程特点，合理选择两暗挖车站隧道工法，是确保工程质量和安全快速施工的关键。为此，设计时对两站隧道工法作了大量的研究。
大断面隧道传统工法有分部台阶法、双侧壁导坑法、洞桩（柱）法、三台阶七步开挖法等。经分析研究，对于两站隧道，上述大断面隧道传统工法均不适用。
青岛地铁较早前，经过科研及实践，针对“上软下硬”围岩大断面暗挖车站隧道，创新提出了拱部二衬拱盖法的施工方法（即隧道拱部分部开挖，施作拱部二衬，形成拱盖，然后在拱盖掩护下以台阶法施作隧道下部）。拱部二衬拱盖法在M3线得到部分应用，取得了一定成效。
但总结M3线设计施工经验，发现拱部二衬拱盖法也存在一些不足：一是拱部二衬施工时，拆除临时支护后沉降大，沉降控制难，风险高；二是拱脚及墙顶位置防水层及结构整体性不好，工程质量受影响；三是下部岩体爆破施工对已完工的二衬拱盖（永久结构）可能造成冲击破坏。
有鉴于此，在青岛M2线土建三标段大断面暗挖车站设计中，在保持拱部二衬拱盖法设计理念的情况下，针对两站具体工程特点，经研究，对二衬拱盖法作了进一步优化创新，提出并采用了初支拱盖法。
在初支拱盖法中，视围岩条件和埋深情况，Ⅱ、Ⅲ级围岩采用单层初支拱盖，Ⅳ级围岩采用双层初支拱盖。第二层初支可采用现浇现绑钢筋砼或者现浇钢架砼，也可采用网喷钢架砼；拱盖脚加固处理可设置纵梁或者支撑锚杆；边墙部支护可采用钢架锚网喷支护或者钢架网喷+锚杆（锚索）挡墙支护。
3.1 主要施工工序
单层初支拱盖法主要施工工序
图3.1.1 单层初支拱盖法施工步序图
（1）车站拱部中间分两个台阶开挖，先开挖隧洞拱部中间上台阶1，并施作该部初支拱盖11。
（2）开挖隧洞拱部中间下台阶2。
（3）开挖隧洞拱部左侧部3a、隧洞拱部右侧部3b，在拱脚位置施作锁脚锚杆12，接长拱顶初支拱盖11，完成初支拱盖11施工。初支拱盖11由喷射混凝土层、格栅钢架、钢筋网、系统锚杆和锁脚锚杆组成，其厚度由拱顶到拱脚逐步加厚，在两侧端部形成大拱脚，将上方荷载通过大拱脚传递到两侧较为稳定的围岩上。
（4）在初支拱盖11的保护下，拉槽开挖车站下部岩体，分左、中、右三部分和上、中、下三台阶共9部开挖，并施作相应段的边墙初期支护13，直到开挖到底。
自下而上顺筑车站主体结构14，完成车站施工。
2）双层初支拱盖法主要施工工序
图3.1.2 双层初支拱盖法施工步序图
（1）车站拱部分左、右两部分上、下两个台阶共4部开挖，先开挖右侧上台阶1，并施作该部第一层初期支护11和临时隔墙13上部；
（2）开挖右侧下台阶2，施作该部第一层初期支护11和临时隔墙13下部。
（3）开挖左侧上台阶3，施作该部第一层初期支护11；
（4）开挖左侧下台阶，施作该部第一层初期支护114；
（5）拱部开挖完成后，施作第二层初期支护12，待其达到设计强度后，分段拆除中间临时隔墙13。第一层初期支护11与第二层初期支护12通过预留钢筋连接，形成叠合初支拱盖（11+12）；
（6）在双层叠合初支拱盖保护下，拉槽开挖车站下部岩体，分左、中、右三部分和上、中、下三台阶共9部开挖，并施作相应段的边墙支护15，直到开挖到底；
（7）自下而上顺筑车站主体结构16，完成车站施工。
3.2 应用关键技术
1）开挖分部大小视围岩条件而定，同时要考虑施工操作空间的需要；
2）支护结构的大拱脚落在事先预留的基岩上，由初支结构将竖向力传至稳定的基岩，然后在拱部加强衬砌的保护下再进行下半断面的开挖；
3）第一层初支施工时预埋的拉筋，与第二层初支连接，以形成初支叠合结构；
4）第二层初支先支护完成、后拆除临时支撑，减少沉降并确保施工安全；
5）第二层初支拱脚位置宜根据勘察选择普遍稳定岩层，并根据实际揭露地层条件对局部软弱围岩进行处理（设纵梁或加强锁脚锚杆），实现拱脚稳定；
6）第二层初支采用类拱桥理念，设计为跨中薄、支座厚的大拱脚结构与系统锚杆等初期支护联合承担拱部荷载；
7）施工过程中对拱脚部位3～５ｍ范围内进行控制爆破，充分发挥并利用围岩的自身承载性能；
8）下部先开挖中槽，左右边墙交错开挖，利于开挖面的稳定；
9）严格遵从信息化设计、施工，根据开挖实际地质条件，可及时转换施工工序，调整施工工法。
3.3 单（双）层初支拱盖法优点
1）融入了拱桥、明挖盖挖法、基坑边坡支护设计理念；
2）变暗挖为明挖，洞内部临时支护及拆除工程量大大减少，实现了快速施工；
3）通过初支拱盖将拱顶上方荷载传递到拱脚稳定的围岩上，利于控制拱顶沉降和地面沉降；
4）需要施作拱部第二层初支时，按照先支护、后拆除临时支撑的原则进行施工，有利于控制沉降并确保施工安全；
5）可避免二衬拱盖法中，下部爆破施工对已完工二衬结构（永久结构）的冲击破坏；
6）当地质条件发生变化时，可及时转换施工工序，调整施工工法；
7）下部中槽，左右边墙交错开挖，在保证开挖面稳定的情况下可实现快速施工；
8）顺做法施工主体结构及防水层，工程质量好。
3.4 相关计算
采用荷载-结构模式，应用MIDAS/GTS420有限元软件建模进行了相应的计算。
图3.4.2基本组合轴力图
图3.4.4基本组合弯矩图
根据计算结果，对采取的支护措施进行了相关验算，均满足现行规范要求。
3.5 现场反馈综合结论
徐家麦岛站、海川路站自2014年1月进入主体结构开挖, 分别于2014年12月、2015年4月车站隧道顺利洞通。施工监测和第三方监测数据表明，施工过程中拱顶沉降、地表沉降及隆起、洞周收敛、周边既有建（构）筑物变形等关键指标均在安全控制范围。
4、小结
本工程两车站均采用了单（双）层初支拱盖法及相应的配套技术，上台阶施工过程中根据地层条件有针对性的采用了台阶法、中隔壁法。采用该工法后，徐家麦岛站、海川路站分别于2014年12月、2015年4月车站隧道顺利洞通，节省了工期约4个月。徐家麦岛站节省工程投资约570万元，海川路站节省工程投资约660万元，取得了良好的效果，应用价值显著。与以往采用的工法相比既节省了工程投资、提高了施工效率，又减少了工程风险，保证施工期间工程本身及周边环境的安全，具有显著的技术、经济和社会效益。该工法特别适用于市政及轨道交通地下工程中上软下硬地层、软硬互叠等复杂条件下的大跨度浅埋暗挖隧道，在保障开挖支护安全条件下，减少施工风险、提高工程质量、提高施工效率和节约工程投资，在以后同类工程项目中得到了广泛的应用。
作者简介：张建祥（1973- ）男，中铁二院工程集团有限责任公司，高级工程师
论文作者:张建祥
论文发表刊物:《防护工程》2017年第26期
论文发表时间:2018/1/17
标签：围岩论文; 车站论文; 隧道论文; 断面论文; 工程论文; 结构论文; 台阶论文; 《防护工程》2017年第26期论文;