拱盖法车站细部优化设计及施工

肖永强

(中铁十四局集团隧道工程有限公司，山东 济南 250002)



拱盖法车站细部优化设计及施工

肖永强

(中铁十四局集团隧道工程有限公司，山东 济南 250002)

摘要：目前拱盖法车站上半断面的开挖工法采用较多的是双侧壁导坑法，但是双侧壁导坑法有其自身的制约点。结合青岛地铁2号线一期工程高雄路站施工后现场实际情况，通过对设计方案的细部优化，对双侧壁导坑法中间导洞的支护形式进行调整，将双侧壁导坑法成功优化为CD工法，并对出入口与车站接口部位进行改变，取得了较好的工期效益和经济效益，希望能为以后的施工和设计提供一定的指导。

关键词：隧道开挖；拱盖法；双侧壁导坑法；CD法

1 拱盖法介绍

全国在建地铁城市中，青岛有着较复杂的环境条件和地质条件，青岛位于丘陵地区，地面起伏大，市内道路窄，第四系土层下覆中、微风化花岗岩，花岗岩埋深起伏大，在此种地理环境条件下地铁建设宜优先选用暗挖法施工，而针对上软下硬的地层条件，拱盖法无疑是最优的选择。拱盖法是现在城市地铁建设中的一种新的施工工法，是地铁盖挖法施工和扣拱施工的结合，与“中洞法”、“侧洞法”、“PBA法”不同，目前在青岛、大连等城市应用比较广泛。其优点在于导洞少，工序少，扰动次数少；对地表沉降控制较好；拱盖形成后，即可大面积作业，效率高，工期缩短；车站下半断面施工时直接采用预应力锚索或锚杆，施工便捷，施工效率高。

拱盖法车站上半断面的开挖工序目前较多的采用双侧壁导坑法，但是双侧壁导坑法受其自身工艺的制约，导洞之间的初支较难封闭成环，进度较慢，且中间导洞在开挖前已受两侧导洞开挖的扰动。本文结合施工后现场实际情况，通过对设计方案的优化，对双侧壁导坑法的超前支护形式进行优化，并在开挖进洞100 m后成功的将双侧壁导坑法优化为CD工法，取得了较好的工期效益和经济效益，希望能为以后的施工和设计提供一定的指导。

2 工程概况

2号线高雄路站位于香港中路、高雄路与江西路三条道路交叉口处，主体结构沿香港中路东西方向铺设，为地下两层岛式车站，车站所处地段东高西低，地面高差约12 m。站位范围现状道路交通流量较大，道路市政管线密集，车站周边环境复杂，其中主体中间位置南侧是辛家庄加油站(下有油库)，其旁边东侧为正在开挖施工的基坑工地;车站西北角为28层浅水湾国际公寓，东南角邻近德宝花园酒店。

车站覆土/岩厚度为12～24 m，穿越地层以强～微风化花岗岩为主，详见图1地质纵剖面图。结构型式为暗挖双层岛式结构，拱盖法施工，车站总长206.2 m，总宽19.3 m,采用单拱直墙断面，钻爆法开挖，开挖断面宽19.3 m，高15.6 m，详见图2结构横断面图。

3 施工方案

高雄路车站采用暗挖拱盖法施工，即先开挖上部拱盖，由于本站上部拱盖跨度较大，拱顶岩层多为Ⅳ、Ⅴ 级围岩，上半断面施工采用CRD法，分别开挖①、②、 ③部，相互之间错开15 m，开挖完成后，施作拱底纵梁，分段跳拆临时支撑，进行拱盖的二衬模筑，最后在拱盖的保护下分部开挖下部岩体。施工步骤为：①第1步，施作超前支护，分步开挖上断面①、②、③部岩体，并架立格栅拱架、临时支撑，各导洞错开不应小于15 m；②第2步，各导洞开挖完成后，对①、②部清底施作加强拱底纵梁；③第3步，分段拆除临时支撑(一次拆撑长度不大于10 m),施工拱部防水层及模筑二次衬砌,预埋边墙钢筋接驳器；④第4步，采用控制爆破技术,按顺序开挖下半断面并及时施工初期支护；⑤第5步,施工边墙防水层及模筑二次衬砌;⑥第6步，施工车站中板、内部结构及装修(详见图3)。

图1 地质纵剖面图(单位：m)

图2 结构横断面图(单位：mm)

4 相关细部设计及方案优化

4.1 上断面拱盖法支护形式及施工工法优化

拱盖法上断面施工可采用双侧壁导坑(CRD)

和CD工法，本工程拱顶围岩为Ⅴ、Ⅳ级，采用CRD工法施工(见图3(a))，针对中洞与侧洞连接部位在侧洞开挖时已扰动的岩层，结合掌子面水平向超前加固，采取优化方案，从①、②号导洞向中洞打设超前小导管注浆，可提前对侧洞开挖时扰动的土体进行加固，保证开挖安全，见图4。

在车站开挖进洞100 m后，地层条件有变好趋势，岩石覆盖层整体性变好，且拱顶覆土岩层变厚，地面监测数据平稳，监测数值与理论计算值较为接近，均在控制范围内。鉴于以上因素，针对拱顶地层处于 Ⅳ级及其以下围岩，拱盖法上断面由CRD工法(见图3(a))优化为CD工法开挖(见图5)，提高上断面开挖速度，缩短二衬扣拱时间，既可节约工期及投入，又可快速二衬成拱，保证安全。

图3 暗挖拱盖法施工步序图

图4 加固方案

图5 开挖方案优化后

4.2 出入口设计及优化

原设计出入口与车站主体对接采用矩形断面形式，因交叉处受力复杂，需待车站主体拱盖二衬施作完成、二衬混凝土达到设计强度后，方可进行出入口马头门开洞。开洞时，交叉处主体拱盖二衬部分预留并甩筋，先临时换撑，再进行开洞，交叉处马头门完成且初支稳定后，及时施作加强环梁及加强段衬砌结构，确保环梁与预留主体衬砌整体浇筑。该设计加强环梁与主体二衬需分两步施作，增加了一道横向施工缝，还需要进行临时换撑，工序繁琐，并且采用矩形断面在开洞时此处结构受力复杂。此种设计适合Ⅲ级以上完整性较好围岩，受力稳定，具有相当的自稳能力；本工程出入口接口部位围岩为Ⅳ级围岩，围岩较破碎，开挖后完整性差，自稳时间较短。为降低开洞风险，经与设计沟通，进行设计图纸优化，在主体上断面开挖至与出入口接口部位前逐步对主体扣拱初支进行抬高及适当外放，使出入口初支在主体初支直墙位置开洞，减少该部位的复杂受力，再施作主体二衬与加强环梁，减少换撑工序，提高功效。具体情况见图6。

图6 出入口与主体结构接口设计及优化前后对比图(单位：mm)

5 监测数据分析

监测点布置原则：于双侧壁导坑法段、工法转化段、CD工法段分别布置一组监测点，监测数据详见表1。

从以上结果可以看出，事实上，实际沉降值略大于理论计算值，这主要是因为实际施工中有很多理论计算无法考虑的因素，例如地层条件本身存在的差异，各导洞爆破施工的相互干扰等，但是实际监测值均在控制范围内。

6 工期及经济效益比对

(1)双侧壁导坑法受导洞间相互错开的影响，开挖速度每天平均为0.5 m，CD法每天为1.25 m，CD法施工速度为双侧壁导坑法的2.5倍。由此分析，本车站由双侧壁导坑法优化为CD工法，工期共节约120 d。

表1 不同部位监测数据 mm

出入口优化设计后，在上断面开挖时顺带将出入口位置轮廓开挖完成，二衬扣拱时减少了出入口位置二衬时的工序转换时间，工期节省约20 d。

在工期紧张的条件下，优化方案意义重大。

(2)双侧壁导坑法每m造价约204 086元，CD法每m造价约199 730元，本车站由双侧壁导坑法优化为CD工法，经济效益可提高906 048元。由此分析，相比双侧壁导坑法CD工法有着较高的经济效益。

7 结束语

随着城市地铁市场的大规模兴起，在上部为全、中风化，下部为微风化的“上软下硬”地层中，“拱盖法”以其施工安全、快速、经济等优点将被广泛应用，但如何在上部“软弱段”进行上断面开挖与支护，出入口及风道与主体交叉接口部位的开洞，目前做法各异。本文根据现场实际，结合车站所处的地层情况，很好的解决了上述问题，既提高了效率，又保证了安全。

On the Optimized Design and Construction of the Detailed Parts of a Railway Station Built by the Arch Cover Method

Xiao Yongqiang

(Tunnel Engineering Co. Ltd. of the 14th Bureau Group of China Railway,Ji′nan 250002,China)

Abstract:Right at present, the excavation for the upper-half section of a railway station usually adopts the double-side-wall-pilot-tunnel method when the project is built by the arch cover method.However,the double-side-wall-pilot-tunnel method has its own limitations.With the real post-construction situation of the Gaoxiong Road Station of the first-term project of Line Two of the Qingdao Subway as a practical example,the supporting forms for the mid-pilot tunnel of the double-side-wall-pilot-tunnel method are adjusted by means of optimizing the detailed parts of the design scheme,and optimizing the double-side-wall-pilot-tunnel method into the CD Method, with the entrance,the exit and the linking section of the station altered,as a result of which comparatively good benefits in both the construction duration and economy are achieved.It is expected that the paper may provide some useful guidance for the following construction and design in the future.

Key words:tunnel construction；the arch cover method;double-side-wall-pilot-tunnel method;CD method

中图分类号：U231.3

文献标识码：B

文章编号：1672-3953(2016)02-0050-04

DOI：10.13219/j.gjgyat.2016.02.014

作者简介：肖永强(1982—)，男，工程师，主要从事土木工程施工技术管理工作xiaoyongqiang110@qq.com

收稿日期：2015-12-08