超小净距特大断面地铁车站施工关键技术

许伟书 刘 平

（中铁二十四局集团有限公司，200071，上海∥第一作者，教授级高级工程师）

随着城市轨道交通建设步伐的加快，地质条件复杂、施工环境敏感、建筑结构新颖的城市轨道交通工程不断涌现，按传统施工方法难以顺利完成，必须加强技术创新、改进工艺工法，以保障工程建设顺利进行。

1 工程概述

重庆轨道交通6号线一期礼嘉车站为暗挖车站，原设计为单洞双线车站、无换乘，后变更设计为地下二层双洞4线暗挖车站，实现4线同站台换乘，成为特大断面超小净距的大跨度隧道。礼嘉车站工程分为车站左线和车站右线，左右线平行布置。其中，车站左线全长196.63 m，右线全长195.00 m，左右洞间净岩柱宽为6.5～6.9 m；双洞最大开挖宽度为68 m，最大开挖高度为18.5 m，最大开挖断面积达到了856 m2，堪比两个标准篮球场的面积，是国内罕见的特大断面地铁隧道（见图1、图2）。

礼嘉车站站前区间与车站联络段（渡线段）为明挖深基坑施工，结构施工完毕后再填土掩埋。基坑长74.6 m、宽53 m、深10～26 m，边坡表层为松渣，覆土下为砂质泥岩，边坡稳定性极差，存在发生局部滑坡危险。经研究，地表采用φ 76 mm钢花管注浆固结，开挖前施作φ 108 mm超前大管棚，以确保进洞安全及车站进口端边仰坡的上覆填土层在受爆破震动的影响下能够保持稳定。

图2 礼嘉车站开挖断面示意图

礼嘉车站站后区间隧道4条线路同时下穿渝合高速公路，隧道埋深4.13 m。通过定向钻进导向仪测定角度，施作φ108 mm超前大管棚，并采用科学的施工方法，将高速公路路面沉降值控制在允许范围内，保证了高速公路的行车安全。

礼嘉车站为双岛4线、双层双拱结构（见图3），车站左右线站厅层之间采用通道连接。地表出露的地层较简单，由第四系全新统松散土层和侏罗系中统沙溪庙组泥岩、砂岩组成。地质构造上属沙坪坝背斜西翼，隧道走向与岩层走向趋于一致，呈17°斜交。礼嘉车站地质纵断面示意图见图4。车站起点端33 m范围内拱顶上方均为回填土。该车站开挖断面大，属浅埋超小净距特大断面隧道，开挖风险高、施工难度大，必须开展技术攻关。

图3 礼嘉车站隧道断面示意图

图4 礼嘉车站地质纵断面示意图

2 关键施工技术研究

在浅埋软弱围岩以及地表沉降控制严格的工程中常使用双侧壁导坑法。该方法的优点是每个开挖断面分块能够及时闭合成环，可有效控制沉降，安全可靠；缺点是开挖断面分块多，开挖面小，不利于大型机械作业，施工进度慢，成本较高。

重庆轨道交通6号线礼嘉车站单洞跨度为23.5 m，最小净距为6.5 m。根据本工程的特点，为了确保施工安全、加快施工进度，经反复研究比选，决定优化施工方案，采用中岩柱单边落底法进行施工，并对中间岩柱采取必要的加固和辅助措施。

2.1 车站主体施工步骤及方法

如图5所示，中岩柱单边落底法主要开挖步序为：①1部开挖及初支；②2部开挖及初支；③3部开挖及初支；④4部开挖及初支；⑤5部中支柱浇注；⑥6部中支柱浇注；⑦7部开挖及初支；⑧8部开挖及初支；⑨9部开挖及初支；⑩10部开挖及初支；11○11部开挖及初支；12○12部开挖及初支；13○13部开挖及初支；14○14 部开挖及初支；15○15 部开挖及初支；16○16部开挖及初支；17○17部开挖及初支；18○18部开挖及初支；19○19 部拆除中柱；20○20 部拆除中柱；21○21部开挖；22○22 部开挖；23○23 部开挖；24○24 部开挖；25○25部仰拱开挖及初支；26○26部仰拱开挖及初支。

图5 车站主体开挖步序图

礼嘉车站左右线隧道洞门处于堆积土边坡下，施工时地勘资料对堆积土层长宽厚不详。现场根据管棚施工取得的资料，管棚里程YDK34+764.6—YDK34+776.093段基本属于废弃泥土、含水饱和，进洞难度大。采取人工配合机械开挖，并加强支护措施。格栅钢架间距标准和锚杆长度应满足设计要求并锚固牢固。从YDK34+776.093衬砌断面开始，进入洞内围岩条件满足中岩柱单边落底施工法后，即进洞15 m后开始在顶部留岩柱，设临时支撑、支护。待全断面完成开挖及支护后，二次衬砌施工接近岩柱10～20 m时采取静态爆破、人工配合机械开挖岩柱，然后及时进行初期支护，及早施作二次衬砌，实现“快挖、快支、快封闭”。

中岩柱留置满足出渣运输要求即可，开挖台车应根据断面尺寸作及时调整和修改。台车制作满足有关安全要求。每个侧壁导坑分三台阶开挖，每两台阶之间距离为上层开挖高度的1.0～1.5倍，相同层左右两侧壁之间错开20 m以上。第一层开挖采用非电毫秒雷管微差不对称控制爆破，第二、三层开挖采用松动爆破结合控制爆破的作业方法。循环进尺不超过1 m，与钢支撑间距相匹配。

2.2 中岩柱单边落地法隧道施工关键参数分析

按该隧道相应里程的对应断面建立有限元模型，选取车站的标准型断面进行模拟计算，单洞跨度为 23.5 m、高 18.6 m，x（纵向）、y（横向）、z（竖向）三维尺寸分别为173.1 m、72.5 m、90.0 m。隧道模型尺寸与模型单元划分如图6所示，围岩采用三维实体单元，隧道衬砌采用三维实体元模拟，隧道初期支护采用三维实体单元模拟，隧道二次衬砌采用三维实体元模拟，计算模型包括112 747个节点与105 720个单元网格。

图6 网格划分

表1给出了隧道开挖不同步序时，拱顶位移的仿真数据变化。通过分析数据发现，隧道开挖各步序中，在开挖1部时，位移变化最明显，拱顶位移达到了最终位移的49%左右，这时的位移变化是很明显的，所以开挖后应给予及时的支护。第1部开挖完成后，在第2部开挖时，位移变化也很大，变化增量为26%左右。由此可见，在1、2部开挖时，位移变化是重点，两部开挖完成后，位移达到了最终位移的76%。所以，在施工过程中，由于上部的开挖面大、跨度大，因此开挖时变形也明显，故施工时应配合施工监测，采取相应的支护及加固措施对围岩变形进行控制。中岩柱的拆除即施工中的第19部，施工完成后位移变化了5.5%左右，变化比较明显，说明这也是施工的重点，实际施工时应特别关注。相邻隧道开挖后，先行隧道的位移增加到-26 mm，增加了12 mm左右，这表明相邻隧道开挖也会对已开挖隧道造成影响。

表1 隧道拱顶位移数据

通过仿真计算数据由表2可以看出，随着中岩柱宽度的增加，最大竖向位移在增大，但是增加程度并不很明显。对应力进行分析，最大主应力维持在-2.0×105Pa左右，而最小主应力维持在-5.0×105Pa；随着中岩柱宽度增加，应力在数值上变化不大，但是就分布上看来，分布越来越均匀，安全系数都有改善。所以综合起来看，随着中岩柱宽度增加，结构上隧道相对稳定，在不影响施工条件的情况下，增加中岩柱的宽度可以增加隧道的安全性，但宽度过大也会给其他工序带来不必要的影响。总之，中岩柱宽度采用1.5 m及以上是能满足要求的。

表2 不同宽度的中岩柱应力

通过仿真计算数据由表3可以看出，相邻隧道施工对先行隧道是有很大影响的，会引起应力重分布。在不同纵向开挖间距的条件下，后行隧道的开挖时间对先行隧道有比较明显的影响。通过总结可以发现，在后行隧道保持纵距越大的条件下，对先行隧道无论是在竖向位移还是在应力或者塑性区大小上的影响就越小；同样也可以看出，在纵距达到20 m以上时对先行隧道的影响已经不太大，因此采取20 m以上的纵距是合理的。

表3 相邻隧道不同施工纵距的影响比较

3 结语

依托重庆地铁礼嘉地下二层双洞4线双岛暗挖车站施工，组织技术攻关，对层状岩层、大断面、超小净距、多交叉口隧道进行了研究，在仿真分析大断面小净距隧道施工力学效应及稳定性的基础上，通过对小净距隧道的研究，决定采用中岩柱单边落底法施工大断面隧道。施工实践表明，该方法成功解决了浅埋特大断面超小净距地铁车站隧道施工的技术难题。重庆轨道交通6号线已于2012年投入运营。

参考文献

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