大断面浅埋暗挖地铁法车站的施工工法比选

文/ 曲晓辉 大连地铁有限公司 辽宁大连 116000

1、工程概况

1.1 地理位置

大连市地铁西安路车站位于大连市沙河口区西安路下方，沿西安路方向南北向布置。西安路路面宽36m，周边建筑物密集，北侧为主要商业区；南侧为解放广场；东侧车站为29层科技广场、23层西安路公寓及四十八中；西侧主要为的三层商铺及长乐小区。建筑基础为筏板基础。西安路站是大连市地铁1、2号线换站，起讫里程1号线DK16+403.101至DK16+640.701，2号线DK11+633.703至DK11+871.303，长237.6米，暗挖单拱双柱三层岛式车站，标准段宽23.0m，高26.65 m，最大断面宽26.2m，高27.75m，断面积682.5㎡。埋深约37m，覆土6.7-11米，车站拱顶位于强风化板岩内，部分拱顶位于第四系卵石层内，车站地面为现西安路，路面交通繁忙，有两条有轨电车通行。

1.2 地质水文情况

车站位于马栏河二级阶地，后经人工改造，地下水位高，周边管线密集，管道众多，地层由上至下依次为：人工堆积杂填土、卵石、全风化、强风化、中风化钙质板岩；岩石节理较发育，局部卵石“V”型侵入车站拱部。

地下水受到季风气候和海洋影响，车站主要为基岩裂隙水，孔隙水主要赋存在素填土层及卵石层中，基岩裂隙水主要赋存于强风化及中风化岩层中，地下水位埋深2.20～3.2m，水位高程6.42～10.02m，年水位变幅约1～3米。

1.3 工程重难点

西安路车站的工程重难点主要在车站的跨度大，断面大，工序复杂繁多；地质构造复杂，围岩破碎，地处繁华街道，地面交通流量大，暗挖工法沉降控制难度大、周边建筑密集、重点控制风险源多等。

对于大连地铁西安路站这样的断面大、深度也较大的三层车站，存在周边建筑物近、开挖跨度大、地面动载大等工程特点，如何在施工过程中保证施工安全，控制地面下沉及周边建筑变形，需要进行研究解决。比选了多种施工方案，本着安全第一的原则，从中洞法、洞桩法、格栅法、双侧洞法等一一进行比选。

2、初期施工方案的比选情况

2.1 初始设计选定的几种施工方法及优劣性：

图1 双侧壁导坑法施工工序图

图2 中洞法施工工序图

双侧壁导坑法：研究方案的分析对比初始设计方案先采用双侧壁导坑施工两侧洞，再环形掏槽初支拱顶，开挖核心土使拱部初支成环。中部拉槽，分层顺做中部二衬形成受力体系后，开挖两侧边幅土石方，再分层顺做两侧主体二衬施工工序如图1所示。

此方法前期拱部施工有利，但后期拱部初支成形后，拱幅较宽，拉槽过程中施工时间长， 安全风险大。

中洞法：采用交叉中隔壁法开挖中部土石方，施工中部底板、中柱及顶板二衬，再开挖两侧洞土石方，再顺做侧洞二衬主体结构。施工工序如图2所示。

此方法安全性较高，但施工临时支护量大，施工成本高，不经济。

图3 洞桩法施工工序图

图4 改进中洞法施工工序图

洞桩法：先施工两个中导洞，在中导洞中钻孔桩，施工做顶纵梁，开挖拱部土石方，采用放大脚施工拱部二衬混凝土，开挖支护下部土石方，顺做主体二衬结构，工序如图3所示。

此方法从受力分析，拱顶动载影响，拱部受力如不均，如拱脚部位受力大于拱顶中部受力，拱脚支座受力方向有可能发生变化，受力方向难以确定，且拱脚下部深基坑开挖，随着侧压力的增加，边墙及拱脚稳定性不能保证，且随着开挖深度的增加，中柱长细比越来越大，安全风险很大。

改进中洞法：根据中洞法改进，先采用CD法施工中部上导洞，及台阶法施工中部下导洞，挖孔柱施工中立柱，及中部底板中部拱顶二衬混凝土。开挖拱部土石方，施工边墙钻孔桩，锚固拱脚纵梁，浇筑拱部二衬混凝土，开挖下部土石方，增加侧墙锚固支护体系，顺做主体结构混凝土，施工工序如图4所示。

此方法从根本上解决了第三项洞桩法存在的问题，增加拱脚纵梁使拱脚均匀受力，增加锚索及钢管桩，保证拱脚纵梁水平及竖向位移，以及基坑侧壁稳定，施工负一层中部中板减小中柱长细比。

2.2 几种施工方法的比选及比选结果

在方案比选协调会上，根据该车站施工中能够遇到的诸多实际困难，如由于断面跨度大，最大开挖断面宽26.5m，高27.8m的单拱双柱地下三层结构。结合设计院根据工程主体结构设计参数的力学计算，规范中建筑限界设置，运营部门提出后期营运空间需求、车站内功能房间的设定等因素，最终考虑最终综合中洞法、洞桩法、盖挖法的特点，以中洞法施工中洞并施工中洞混凝土结构，达到减小开挖跨度、降低安全风险，采取上下中洞法和洞桩法施工中洞混凝土结构及中柱，使中洞部份结构一次成形，保证中洞结构的整体稳定和施工精度，以及减少中洞结构的二次施工。采用大拱脚下设置纵梁，保证侧拱的受力稳定；并采用锚索控制拱脚纵梁的水平位移，采用φ219钢管桩控制拱脚纵梁的竖向位移，并起到下部土石方开挖的围护作用。最终形成稳定的二衬成拱盖，在保证安全的前提下施工下部工序及结构。

3、施工总体安排

西安路站设四个竖井：盾构吊出井，1号竖井，2号竖井，斜坡道。盾构吊出井及 2号竖井，负责施工下导洞开挖； 1号竖井及斜坡道负责施工上导洞开挖。先利用施工竖井贯通中部上下导洞，施工分段如下图5。

图5 西安路站分层开挖施工工序图

3.1 车站主体总体施工方案

3.2 车站主体工程施工方案

西安站主体支护结构形式采用洞桩法锚喷加格栅钢架进行支护。各竖井及横通道开挖完成后，采用CRD法及CD法优先施工主体中部上下两个导洞，以最快

采用人工挖孔施工中柱，浇筑中部拱顶，使中部支柱及早承重受力，减小拱部受力。再利用斜井配合大型土石方施工机械开挖上部左右侧洞及下部土石方第一至第五层。最后利用2号竖井开挖剩余土石方第六层。附属结构暗挖部分根据主体工程进展适时组织施工。附属结构明挖部分根据车站施工组织需要及工程实际情况，在满足工期要求和施工条件允许的情况下适时安排施工，开挖断面如下图7。以最快的速度实现贯通；贯通之后开挖中柱桩孔，安装中柱，浇筑桩底及中部拱顶使主体中部优先形成封闭，保证结构受力稳定；然后浇筑拱顶二衬，做好支护，用台阶法开挖上层侧洞；侧洞边挖边做拱顶二衬，拱角打入锁脚锚杆加固；侧洞贯通以后，充分利用上部空间及斜坡道的排渣优势，采用盖挖的方法，全面开挖主体地下二三层，边挖边支护；最后顺做主体二衬，完成主体施工。西安路站采用动态工法设计

4.施工中监控量测数据分析工作

4.1 监控量测方法

西安路车站属浅埋暗挖车站，由于导洞先行贯通。洞内控制导线较易与地面控制网联系。

在论证该工法可行的研究过程中，拟选取该车站的2号竖井横通道位置的3个典型点位进行分析，通过2号竖井横通道位置地表沉降值观测数据分析结果可知，横通道位置在整个施工过程中最大沉降值为9.47mm，小于规范规定值30mm，满足地铁工程监控量测技术规程(DB11/490-2007)中的地铁浅埋暗挖法施工监控量测值控制标准要求，由此可知2号竖井横通道在整个施工过程中是安全可靠的。如图6所示

图6 2#竖井横通道位置地表沉降值曲线

4.2 周边建筑物沉降分析

为了研究该工法选定后，施工中对周边建筑的影响，在本次研究中同时选取点位JCJ04-04、JCJ04-07中间由于破坏重新取点观测，沉降取值到相应破坏时间点止，通过点位JCJ04-08曲线可以看出周边建筑物下沉小于2mm，隆起小于8mm，可以认为车站施工对周边建筑物沉降影响很小。从表5也可以看出周边建筑物终沉值小于10mm，隆起小于5mm。在用本施工工法施工的过程中周边建筑物沉降在可控制范围内，如图7所示。

图7 周边建筑物沉降观测值曲线图

结论：

从本文的数据分析可知，西安路车站在本施工工法的施工过程中，总体安全可靠。本施工工法有效地控制了大断面地铁车站浅埋暗挖施工的地表沉降，地表沉降基本上在规范允许值内，周边建筑物沉降控制效果良好，未出现各类突变。由于北方地区深基坑地表沉降受气候影响，冬季气温降低时沉降变大，气温回升时地表回复，沉降值变小，同时有效地控制了车站上方的地面建筑沉降及有轨电车线路沉降，确保了场地周边既有载物在车站施工过程中的安全及施工安全。