地铁大断面暗挖拱盖法施工技术

高岩

摘要：本文结合青岛地铁1号线瑞金路地下双层岛式车站工程实例，详尽地论述了地铁拱盖法大断面开挖支护施工技术的特点、适用范围、工艺原理、施工工艺流程及操作要点等内容。该技术施工进度快，防水效果好，质量高，安全可靠。

Abstract： Based on the example of the underground double-deck island station project of Ruijin Road in Qingdao Metro Line 1，this paper discusses in detail the characteristics， application scope， process principle， construction process and operation points of the large-section excavation support technology of the subway arch cover method. The main points and other contents have been described in detail. The technology has fast construction progress， good waterproof effect， high quality， and is safe and reliable.

关键词：地铁;大断面;暗挖;拱盖;施工技术

Key words： subway;large section;undercut;arch cover;construction technology

中图分类号：U231+.3                                    文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）11-0072-04

0  引言

随着城市的发展，地铁作为轨道交通的一个分支，其发展和应用为城市的建设起到强有力的推动，达到缓解城市交通压力的目的。由中铁九局承建的青岛地铁1号线瑞金路站，围岩经过勘探，从上向下为回填土（地下0～4m范围内），强风化及中风化岩（4～25m范围内），最后为微风化岩。根据设计的地铁车站的布局，需要空间较大，开挖过程中会形成大断面开挖，断面尺寸为宽度23m×高度18m。开挖过程中采用常见的CRD、CD法施工，拱部围岩的自稳能力较差，支撑架设较高，断面开挖完成后才能施工二次衬砌，时空间效应导致断面整体初支结构风险较大，且二衬施工前支撑拆除过高，安全风险较大。大断面采用拱盖法施工，可有效减小断面高度，利用下台阶围岩的承载能力，提前形成拱部衬砌，确保拱部结构安全。

1  技术特点

①拱蓋法主要适用于风化岩石地层，尤其是上软下硬的土岩复合地层。

②拱盖法将大断面分为2部分，拱盖部分提前形成拱部衬砌，减小初支结构时空间效应形成的安全隐患，同时也减小了18m高支撑拆除的安全隐患，确保施工安全。

③拱盖衬砌可以调节资源投入，合理组织施工工序，提高二衬施工效率，缩短施工工期，节省资金投入。

④拱盖法将断面分为2部分，开挖工法比较适应围岩特性，拱盖围岩为软岩，采用CD或双侧壁法开挖，下台阶围岩为较好的硬岩，在保证安全情况下，增加资源投入可以提高开挖出渣施工工效，缩短施工工期，节省资金投入。

2  适用范围

适用于地铁浅埋暗挖、上软下硬复合岩层的大断面地铁车站。

3  工艺原理

拱盖法是一种新的施工工艺，其在吸取软土底层PBA工法的设计施工经验基础上，针对风化岩层强度高的特点，充分发挥岩体地基的承载作用，以大拱脚梁方案取代PBA工法中的边桩或边柱，在先期扣拱的保护下采用逆作法完成主体结构的施工工法。

该工法将车站分成上下两部分，上半部分为拱盖部分，拱盖部分采用双侧壁导坑的方法分块开挖。在开挖前对拱盖上部进行超前支护。拱盖开挖完成后，进行托脚梁施工，然后临时支撑的破除，施做拱盖二衬。下断面开挖是在上半部分已完成二衬拱盖的保护下，采用先放坡开挖中间岩体，再开挖两侧的岩体的方法，最后逆作法施工下台阶结构衬砌。

大断面拱盖法施工见示意图1。

4  施工工艺流程及操作要点

4.1 施工工艺流程

施工工艺流程：

拱盖双侧壁开挖→托角梁施工→双侧壁临时支撑拆除→拱盖衬砌结构施工→断面下台阶开挖支护→断面下台阶结构衬砌。

4.2 施工操作要点

4.2.1 拱盖部位双侧壁导坑法开挖

①地质探测。

1）超前地质预报

隧道施工过程中，对所有地段均进行地质预报。雷达探测可以预报距离掌子面20m范围内的地质情况。将雷达探测系统的预报结果与地质调查、地质素描相结合，初步判断前方的地质情况。根据判断的结果，在距离可能出现不良地质的地段约6～8m时，在辅以超前钻孔等方法，准确判断前方地质情况，然后根据具体情况制定相应的施工方案。

2）超前钻探

根据设计地质资料提供的不良地质资料，在掌子面距不良地质地段约6m左右时，采用轻型地质钻机在掌子面进行钻孔探测，以便相互印证，根据雷达探测资料选择探孔位置，布置三个Φ90探孔，孔深30m。在钻孔的同时，记录钻空速度、岩碴粉特征、含泥量、出水部位情况，探明水量和水压情况，按设计和开挖面的地质资料，判定工作面前方的工程、水文地质情况，以采取必要的预防措施。

3）周边眼钻探

利用爆破钻探的手持式风钻，沿断面外轮廓线对拱顶部位进行钻探，钻杆长度为5m，钻探角度为水平向上10°，在钻孔的同时，记录钻空速度、出水部位、钻杆是否突进等情况，探明水量和水压情况，按设计和开挖面的地质资料，判定掌子面前方地质及水文情况，以采取必要的预防措施。

②爆破开挖。

1）爆破施工工艺流程：

钻眼→清孔→领药→装药及连线→剩余炸药返库→爆破警戒→爆破→爆破后盲炮检查。

2）装药结构

掏槽眼、辅助眼采用反向起爆。周边眼采用间隔装药。装药结构如图2所示。

3）起爆网路

开挖各炮孔起爆顺序为：掏槽眼→辅助眼（掘进眼）→周边眼，由里向外逐层起爆。周边眼采用导爆索起爆。其中导爆管导爆管采用簇并联发联接。上台阶左导洞及中间岩体起爆网路如图3所示。

4）炮眼直径

选用YT-28型手持式风动凿岩机，炮眼直径d=42mm。

5）炸药

采用2号岩石乳化炸药，规格为Φ32mm×300mm，每卷300g，1kg/m。乳化炸药的性能见表1。

6）雷管

地铁对于爆破振动的控制要求较高，所以本工程选取导爆管延期雷管作为起爆器材。雷管选用第一系列毫秒导爆管雷管。各段别导爆管雷管的延期时间如表2所示。

支护措施见图4。

4.2.2 托脚梁施工

托脚梁共分2道，分别在拱盖两侧拱脚部位进行施工。

①基底清理。

开挖至基底以上200mm高度后，应配合人工进行清底施工，不得超挖或扰动基底土。清底要求施工允许偏差为：高程﹢10mm，﹣20mm;平整度20mm，并在1m范围内不得多于1处。

基底超挖、扰动、水浸或发现松软土层、淤泥、软硬不均等现象后，应做好记录，并通知相关单位共同研究处理措施。

②垫层。

综合接地施工完成后，于基底使用C20素混凝土进行垫层施工，对基底进行找平处理。

C20素混凝土保护层为150mm厚要求，保证基底平整、垫层标高不侵入结构底板即可。

③钢筋安装。

纵向分布筋安装采用二级机械连接接头，同一连接区段的钢筋接头面积百分率不应超过50%。当同一连接区段内钢筋接头面积大于50%时，接驳器接头采用一级接头。施工缝部位钢筋预留长度不小于丝扣长度。

钢筋骨架外层及底部设置同等级混凝土垫块，垫块按照1m24块布设。

④锚杆打设。

中空注浆锚杆型号为Φ25*7mm，锚杆长度5m，环纵向间距1×1m，且应埋入托脚梁1m，锚杆在钢筋绑扎完成后打设，上排锚杆角度为15°，下排锚杆打设角度为20°。

⑤混凝土浇筑。

钢筋绑扎完成后进行封模，模板采用15mm木模板。混凝土采用C45型号商品混凝土进行浇筑，利用插入式振捣器进行振捣。混凝土达到2.5MPa后拆模，施工缝部位进行凿毛处理，凿毛标准：露出粗骨料为止。

4.2.3 双侧壁临时支撑拆除

在支撑与初支结构相接部位左右侧布设拱顶沉降监测点位，临时支撑轴力监测隔一道布设一道。

首先采取隔一拆一方法对临时支撑进行拆除，拆除过程中时刻监测拱顶沉降及轴力的数据变化。

24小时内，拱顶沉降及轴力监测数据平稳，按照隔一拆一方法继续拆除临时支撑。

临时支撑拆除完成后，及时搭设脚手架，进行拱盖衬砌施工。

4.2.4 拱盖衬砌施工

车站拱盖共分24段，大里程5m与瑞金路站2号风道拱盖衬砌共同施工，小里程1～16段采用小模板跳打，台车补空施工，大里程17～23段采用小模板跳打施工。小模板计划配置3套，脚手架配置5套，配置台车1台，进行多作业面流水作业施工。

①防水施工。

铺设防水层的基层表面应清理干净，平整度应满足：暗挖D/L≤1/20。D：相邻两凸面间的最大高，L：相邻两凸面间的最小距离。并要求凹凸起伏部位应圆滑平缓。所有不满足上述要求的凸出部位应凿除，并用1：2.5的水泥砂浆进行找平;凹坑部位采用1：2.5水泥砂浆填平。基面应洁净、平整、坚实，不得有疏松、起砂、起皮现象。

二衬衬砌结构外采用柔性防水层施工，柔性防水层分为缓冲层及防水夹层，其中缓冲层采用400g/m2的无纺布，防水夹层采用1.5mm厚预铺高分子自粘胶膜防水卷材。

无纺布采用热熔垫片固定，垫片采用圆垫圈射钉固定在初衬上，垫片与无纺布之间粘贴双面自粘防水胶带，防水板利用自粘胶带进行固定。

垫片钉长不小于27mm，垫片直径不小于2cm，衬垫间距：侧墙80～100cm，拱顶50～80cm。无纺布长短边搭接长度不小于10cm。预铺高分子胶膜防水卷材采用爬焊机热熔焊接双焊缝施工工艺，长边搭接长度不小于8cm，短边搭接长度不小于10cm且有效搭接长度不小于8cm。要求上幅压下幅进行搭接，短边搭接缝错开50cm以上。焊缝间供充气试验以检验焊缝的密实性。

②钢筋安装。

1）环向钢筋

环向筋集中在鋼筋加工厂进行加工，加工完成后运至施工场地安装。

标准断面、加宽断面环向筋外层采用HRB400？准25的螺纹钢筋，纵向间距150mm，内层采用HRB400？准22的螺纹钢筋，纵向间距150mm，内外层最小中心层间距为600mm。钢筋采用焊接搭接，搭接焊采用单面搭接焊，搭接长度不小于10d，d为直径。拱部与边墙交接部位采用一级连接接头施工。

2）纵向钢筋

纵向钢筋采用HRB400？准18的螺纹钢筋，钢筋环向间距150mm，在环向钢筋层内侧进行均匀布设。纵向钢筋采用机械连接。

环向、纵向钢筋安装见示意图5。

3）勾筋

勾筋采用HPB300？准10的盘圆钢筋，布设间距600*300mm梅花形布置。其中在拱盖起拱线位置设置勾筋加密区，间距300*150mm梅花形布置。

4）钢筋预留

a）纵向分布筋

同一平面内接茬筋预留采用一长一短错位设置预留方式，长短钢筋之差不小于40d且大于500mm。确保满足同一断面的钢筋接头不超过钢筋面积的50%的要求。

b）环向筋

拱部与侧墙衬砌连接部位预留L型接头，并填充缓冲隔震材料，环向钢筋预埋在缓冲隔震材料中。

5）主体与洞门交叉位置钢筋安装

主体与风门交叉部位车站主体钢筋内部设置加强环梁，环梁名称GK2，上下层环向主筋为HRB400？准32的螺纹钢筋，共38根，左右层主筋为HRB400？准20的螺纹钢筋，共16根。

钢筋环梁安装见示意图6。

6）主体与洞门交叉部位钢筋做法

車站主体钢筋进行弯锚固定，出入口处二衬钢筋90°弯锚如加强环梁内。弯锚长度不小于32d。

主体与洞门交叉部位钢筋做法见示意图7。

③模板安装。

拱部衬砌模板采用6015组合钢模板，拱盖边墙部位采用3015钢模板，模板之间采用螺栓连接紧固，由一侧向另一侧顺序铺设。端头采用木模板进行封堵，木模板采用环向钢筋进行固定，木模板之间缝隙、模板与钢边止水带之间的缝隙采用土工布进行封堵。对于端头模板与环向钢筋之间缝隙采用木楔进行加固。

④混凝土浇筑。

瑞金路站拱盖衬砌采用商品砼进行浇筑施工，商品砼采用罐车运输商品混凝土至施工场地，由地泵泵送混凝土入模，在拱顶及拱腰部位开设窗口，便于振捣。浇筑过程中拱腰及以下部位利用人字形输送管对称分层浇筑，分层高度60cm，混凝土振捣采用插入式振捣器，使用插入式振捣器时每层厚度不大于60cm，振捣棒不得触动钢筋和预埋件。除上面振捣外，下面要有人随时敲打模板，加强振捣效果。根据《地下铁道工程施工及验收规范》50299-1999（2003版）中隧道暗挖衬砌7.6.6条规定，待混凝土强度达到2.5MPa时拆除模板，进行下一循环施工，严禁过早拆模以防失稳。

4.2.5 下台阶开挖支护

车站下台阶采用3台阶法开挖施工，台阶高度为：第一台阶3.5m，二台阶3.5m，三台阶4m;台阶两端预留段最小宽度2m。

下台阶开挖分层见图8。

4.2.6 下台阶衬砌

下台阶衬砌分为底板、站台层侧墙、中板及站厅层侧墙，采取小里程向大里程单向流水施工作业。

下台阶衬砌流水作业见图9。

5  材料与设备

5.1 主要材料

主要材料包括中间钢格栅、小导管、混凝土，无其它特殊材料。

5.2 主要设备

6  质量控制

施工质量保证措施：

①钢筋焊接的焊缝长度满足10d，焊缝应饱满、无气泡、夹碴等缺陷，主筋无烧伤。

②机械连接外露有效丝扣不得超过2P。

③商品砼分层对称浇筑，振捣采用插入式振捣棒，快插慢拔，振捣时间控制，防止过振或漏振。

7  结束语

由中铁九局集团有限公司承建的青岛地铁1号线瑞金路为地下双层岛式车站，车站采用拱盖法施工，分二期施工，第一期施工103.5m，第二期施工111.85m，目前第一期施工完成，此技术同时在应用瑞汽区间停车线的施工中得到了应用。停车线单洞四线，长106m，地面覆土17.9m～18.8m。大断面段净宽23m。地铁拱盖法大断面开挖支护施工技术于2018年3月1日～2019年1月30日应用在以上两项工程中。

参考文献：

[1]GB50299-1999，地下铁道工程施工及验收规范[S].

[2]GB50666-2011，混凝土结构工程施工规范[S].

[3]JGJ107-2016，钢筋机械连接技术规程[S].