头塘站施工工法研究思路

唐浩峰，米 伟

（林同棪国际工程咨询（中国）有限公司，重庆 401121）

1 工程概况

头塘站（原虾子蝙站）为重庆市轨道交通4号线与9号线换乘车站，上下叠岛设置，9号线在下，4号线在上。车站位于海尔路与内环快速路交叉口虾子蝙立交处，平行于海尔路路侧地下敷设，总体呈东西走向。东北侧为兰溪社区，西北侧为阳明山水高层住宅小区，西南侧为江北区人民政府，东南侧为荒地和加油站、加气站。

头塘站为地下3层岛式暗挖车站，采用15m岛式站台，车站主体断面为马蹄形，净宽23.10m，净高25.34m，总长度237m。车站拱顶覆盖层厚度为20.0～32.4m，围岩级别为Ⅳ级，属于浅埋隧道。该站为超大断面地下暗挖车站，且水文地质条件较差，周边环境复杂，设计和施工难度大。

2 地质条件概述

车站所在区段的原始地貌为丘陵地带，经人工改造后地形整体较平坦。场地位于龙王洞背斜东翼，无不良现象，水文地质条件较简单。隧道围岩主要为砂质泥岩夹砂岩，围岩基本分级为Ⅳ级；地下水状态为Ⅰ级，修正后围岩级别为Ⅳ级。本段隧道隧顶埋深20.0～32.4m，上覆素土层最大厚度约16.6m，隧顶中等风化基岩厚11.1～25.7m，小于2.5倍围岩压力拱高度27.9m，属于浅埋隧道。场地地层由上而下依次可分为第四系全新统填土层（Q4ml）、残坡积层（Q4el+dl）和侏罗系中统沙溪庙组（J2s）沉积岩层。场地地下水以其含水介质可分为松散层孔隙水和基岩裂隙水2类。场地地下水主要为大气降水和地下管网渗漏补给，水量总体较小。车站位于头塘立交处，附近地上建（构）筑物较多，绝大部分均位于车站拱顶，其基础较为复杂，基础深度均在车站塌落拱范围内。

勘察区位于龙王洞背斜东翼，无断裂构造发育。岩层产状倾向105°～125°，倾角为30°～40°，其优势产状约倾向120°倾角为35°，层间结构面结合较差，属软弱结构面。J1倾向330°～340°，倾角为50°～65°，其优势产状约倾向335°，倾角为55°。裂隙面平直，宽度1～3mm，局部由泥质、岩屑碎石或方解石充填，裂隙间距为1～4m，延伸一般为5～8m；结构面发育程度好，结合差，属硬性结构面。J2倾向220°～230°，倾角为70°～85°，其优势产状倾向约225°，倾角为75°。裂隙面较粗糙，宽1～3mm，局部由泥质、岩屑碎石或方解石充填，裂隙间距为2～6m，延伸3～5m，结合一般，属硬性结构面。采用车站赤平投影图分析隧道侧壁稳定性：左侧壁与J1裂隙反向，与J2裂隙垂直，但岩层面顺向临空，因此左侧壁存在偏压，洞壁易沿岩层面产生滑塌破坏；右侧壁与岩层面反向，与J2裂隙反向，J1裂隙顺向临空，右侧壁有可能沿J1裂隙发生掉块（见图1）。

图1 车站赤平投影

3 设计重难点分析

根据车站位置和规模、场地水文地质条件和周边环境情况，结合以往工程经验，经详细分析研究，设计重难点梳理如下。

1）依据轨道线路设计和建筑布置，本站为地下3层岛式暗挖车站，隧道为单拱超大断面浅埋隧道。纵观重庆地区及全国范围的隧道案例，在类似地质条件和围岩等级下，仅有地铁标准车站（开挖断面约350m2）的设计和施工成熟案例。针对超大断面浅埋隧道，现有施工工艺和机具均不具备。由此，需根据现有设计和施工水平，独创性地设计可靠安全的超大断面隧道施工工法。

2）本站位于海尔路与内环快速路交叉口虾子蝙立交处，属于交通繁忙区域，附近地上建（构）筑物较多，绝大部分均位于车站拱顶，且局部不利地段的素土层最大厚度约16.6m，故在保证隧道开挖安全可靠的前提下，需严格控制隧道开挖引起的隧道围岩变形和地表沉降。

3）根据地勘资料，隧道左侧壁的稳定性由层面控制，右侧壁的稳定性由J1裂隙结构面控制，如无可靠的支护措施，隧道开挖时极易发生失稳破坏。经调查，场地周边的边坡施工时发生边坡失稳的机率很大，故针对超大断面隧道施工时的侧壁稳定性，需充分保障边坡稳定。

为克服以上重难点，拟订新工法时应考虑以下原则：把大洞分解为多个小洞。充分利用围岩自身的自承能力；利用合理措施及时支护高侧壁。

4 工法介绍

经过反复推敲和研究，独创性地提出“预留T型岩梁岩柱施工工法”（见图2），该工法具体过程如下。

图2 预留T字岩梁岩柱施工方法步骤

1）分段、分层开挖隧道两侧岩土体，及时施作锚杆+钢拱架+钢筋网片+喷射混凝土的初期支护，采用预应力锚索控制隧道左、右侧壁的变形，形成稳定的预留T形岩梁岩柱断面形式。

2）施作左、右侧壁的防水层及二衬结构，及时分层回填并压实土石料，在每层顶面设置300mm厚素混凝土，进一步控制隧道水平变形。

3）待第二步基本施作完毕后，开挖T形岩梁岩柱的T形两侧区域，及时施作初期支护和临时钢支撑。

4）分段间隔、跳槽开挖T形岩梁岩柱的T形顶部区域，及时施作初期支护和临时钢支撑。

5）拆除临时钢支撑，及时施作车站上部拱形大断面的防水层和二衬结构，使主体二衬结构基本成形。

6）开挖T形岩梁岩柱的T形中部区域，清除回填土石料和素混凝土，施作防水层及二衬结构。

7）施工车站内部结构（梁板柱等）。

根据地质勘察报告和预留T型岩梁岩柱施工方法，采用三维有限元软件Midas GTS，进行车站开挖和支护的全过程模拟分析。开挖顶部T形两侧及拱顶岩土时为最不利时段，截取地质条件最不利地段的变形（见图3），其结果为拱顶最大竖向位移11mm，拱墙侧壁最大水平位移6mm。通过工程类比法分析，地层结构法计算出的围岩变形处于可控状态。

图3 最不利时段围岩变形

5 结语

经过2年多快速有序的施工，本站顺利完成车站主体的土建工程。结合现场实际监控量测数据，拱顶最终沉降值为5.3mm，车站上方的地表最大沉降值为7.4mm，净空收敛的最后稳定值为-8mm。故由此认为，独创性的“预留T型岩梁岩柱施工工法”安全可靠、符合实际、施工便捷、经济合理。