复杂环境下拱盖法施工地铁车站的关键技术要点

姚文龙

（中铁十六局集团有限公司，山东 聊城 252500）

0 引言

随着我国社会经济的迅速发展，公共交通日渐发达，地铁在大多数城市已经成为人民出行的必要工具。随着地铁线的增多，地铁及其沿线车站的修建也成为相关工程中亟待解决的难题。冯朝辉[1]就地铁暗挖车站竖井及横通道的转换进行一系列的讨论，改良了转车站的部分主体结构；吴纯保[2]就暗挖环境下车站竖井与横通道施工进行分析，得出马头门是作业关键；孙强[3]以长春地铁五号线为例，分析暗挖破除马头门风险，并提出了合理的施工方法。本文以广州市地铁十号线天河路车站为例，分析在复杂条件下暗挖拱盖法车站的关键工序及其中的技术要点，为后续暗挖拱盖法开挖地铁车站积累宝贵经验。

1 工程概述

1.1 工程概况

天河路站隶属于广州市地铁十号线的第1个车站，地处广州天河区，敷设于天河路路面下（路面标高10.34～11.49 m），线路沿东西方向设置，天河路站为地下两层岛式车站，采用拱盖法大断面暗挖形式。车站共设置3个出入口、2组矮风亭、2条换乘通道。车站总长度为251.7 m，站台宽15.4 m，标准段宽24.8 m，有效站台长120 m。设计两条换乘通道与广州一、三号线进行换乘。天河路站主体导洞平面位置分布如图1所示。

图1 天河路站主体导洞位置示意图

1.2 工程地质、水文地质条件

根据详勘报告，天河路站的导洞范围工程地层主要是强、中、微风化的砾岩、泥质粉砂岩、中风化砾岩、粉砂岩，与之相连的横通道隧道洞身穿越地层主要为中、微风化砾岩和微风化泥质粉砂岩。

天河路地铁站周边无地表水系，主要地下水为孔隙水和基岩裂隙水。基岩裂隙水水头高度为7.50～8.00 m，承压水水位埋深3.20～3.90 m（高程为7.16～7.26m）。

2 主要工程问题

2.1 岩土条件

根据现场详勘得知，天河路地铁站主要影响后期施工的特殊性岩土主要有人工填土、风化岩和残积土。其中，人工填土层主要为素填土。土层具有孔隙率大、透水性强、地基承载力低等特点，不宜作拟建（构）筑物的持力层，易造成局部基坑坍塌[4]；由于本层局部含有建筑垃圾及大体积填石，因此对围护结构成槽、成桩有一定的影响。

风化岩岩性主要为碎屑岩，岩性主要有砾岩和粉砂岩，其全风化层水理性质差，遇水后工程性能急剧下降。中、微风化基岩层局部存在节理裂隙发育，岩芯强度偏低。设计、施工时应充分考虑局部可能出现的沉降差。

残积土工程性质较好，但水理性质差。在车站出入口基坑和竖井工程的明挖施工过程中，基坑积水会使该层软化，甚至崩解，导致其承载能力下降，工程性能变差。在基坑开挖达到既定深度后，尽量减少对原状土的扰动，同时其对车站竖井工程的施工影响[5]较小，但对出入口位置处的施工有一定影响。

2.2 周边环境

天河路地铁站部分出入口分布在天河路的北侧，为体育中心用地范围，暗挖部分紧邻时尚天河地下购物广场，其中A号风亭组和出入口（含1#竖井）位置西侧为既有轨道交通3号线支线及其集中冷站，3#竖井西侧为既有轨道交通APM线体育中心南站主体结构。车站南侧为天河路，人、车流量大且道路下方埋设有较多重要地下管线。其中，A号风亭组和出入口（含1#竖井）距离时尚天河地下购物广场基坑约2.0 m，3#竖井距离既有轨道交通APM线体育中心南站约2.1 m。其中暗挖主体结构周边建（构）筑物如图2所示。

图2 天河路暗挖主体结构周边建（构）筑物分布图

由于天河地铁站主体部分采用暗挖拱盖法进行施工，而加之周边环境复杂，包含多个重要建筑、多条管线和已建地铁线，因此在进行车站主体施工时，如何做好降水[6]和支护措施，减少对周边建（构）筑物的一系列影响，尤其是不均匀沉降[7]的问题，防止对既有轨道交通结构的破环，特别是线路的交叉部分，这些都是本工程中从设计到施工需要考虑并且提出合理且有效解决方法的问题。

3 关键技术施工

3.1 马头门施工

马头门作为横通道与车站导洞的连接部分，是一个力学特性复杂的结构，需要在施工过程中确保结构稳定性使地表沉降在可控范围内，也要保证贯穿时结构内力平衡。

在马头门施工时，先沿导洞格栅轮廓逐步凿出导洞施工空间，连立3榀格栅钢架，格栅与竖井挂网钢筋焊接，喷射混凝土填密格栅与地层之间间隙后，再凿除开挖范围内剩余岩土层，进洞开挖。

故采取以下措施保证马头门结构安全及稳定。

（1）结构上加强处理：开挖马头门前须做地层加固及竖井支护工作以确保施工安全。在横通道收敛变形后进行马头门的破除工作，且该过程应分层分部进行，破除前须进行导管超前支护，破除完后连立三榀导洞栅钢架，作为初支。在马头门开凿中，通道第一榀格栅、挂网钢筋与竖井更格栅连接为整体，共同组成受力结构。

（2）进行超前支护加固马头门围岩：设超前小导管并加之注浆加固地层于马头门断面拱部处。

（3）细化开口施工，实行环行开挖，达到快速封闭效果：在马头门破口时，分块破口施工，分次破除结构，分块掘进，并迅速封闭块内初期支护，上、下台阶的破口施工要间隔一定距离，防止马头门部位结构失稳。按照规范及施组要求严格施工，直至全部破除在开挖面内的结构，整个马头门破口施工完成，转入正常施工。

详细的马头门破除工序如图3所示。

图3 天河路暗挖主体结构周边建（构）筑物分布图

具体施工顺序为测量导洞轮廓线并进行放样；对上台阶横通道格栅初支进行破除，并架设格栅拱架，通过焊接和横通道侧壁格栅牢固搭接，将3榀格栅紧密排布在进洞口；当上台阶进尺为3～5 m时，拆除导洞下部横通道格栅支护初衬，同时架设格栅拱架，通过焊接和横通道格栅牢固搭接。

3.2 堵头墙施工

堵头墙部分属于车站与区间之间的过渡段[8]，由于其断面变化大、受力情况较复杂、施工工序冗杂，所以堵头墙作业属于一个薄弱的施工环节。

天河路站的堵头墙采用厚度为300 mm、保护层为35 mm的“加强注浆锚管+双层钢筋网+格栅钢架+C25喷射混凝土”的方式以支护初衬，其中使用φ22@500 mm钢筋作为格栅钢架的连接件。

具体的施工流程如下：施工作业到达堵头墙时先按照设计布置锚杆，要求水平方向设置3根，竖向同格栅间距一致，交错铺设，长度为3 m，水平倾角设为5°～10°，挂以Ф6.5@150×150 mm的钢筋网片，并初喷层厚40 mm的混凝土砂浆封闭导洞掌子面；再进行格栅钢架搭接，采用φ20钢筋对格栅加以连接，间距为500 mm，外围格栅处置相同；完成后，挂以Ф6.5@150×150 mm钢筋网片于格栅内侧，并通过焊接与格栅钢架、连接筋牢固连接且喷射C25速凝混凝土对掌子面进行二次封闭。待混凝土终凝后用1∶1水泥-水玻璃浆液或固砂剂浆液对锚杆注浆以加固土体。

3.3 超前小导管施工

在隧道工程中注浆小导管超前支护的使用能够提升其围岩的承载力与强度，从而提高岩体抗性，使围岩结构的受力稳定性得到改善，进而避免出现各种施工安全问题，如冒顶、塌方、突水、突泥等[9]。

天河路站中超前小导管预支护范围为拱顶中心线两端各60°合120°。通过使用钻机将小导管顶入围岩体中，严格按照设计依次进行铺设。小导管为规格Ф42 mm，壁厚3.5 mm的热轧无缝钢管，长3.0 m，环向间距0.3 m，小导管安插两排，第一排倾角为30°，第二排倾角为10°，两排的纵向间隔1.5 m，最后注入浆液以固封。超前小导管注浆支护施工工艺流程如图4所示。

图4 超前小导管注浆支护施工工艺图

3.4 超前大管棚施工

天河路站管棚施工流程：利用Ф127 mm的钻头布设钻孔以便安装管棚，钻孔完成后必须保持孔内清洁。

大管棚长度为10～80 m，由直径为Ф108 mm、壁厚6 mm的短节热轧无缝钢管连接组成，管棚应预先加工，头部10 cm须削尖，并在管壁上打钻形成注浆孔，按照要求注浆孔成梅花式分布，尾端保留足够长距离不钻孔以止浆，钢花管加工。示意图如图5所示，可在管中增设钢筋笼提高其强度，加工完成后即可安装入钻孔内，注浆前应保持管棚内清洁。

图5 钢花管加工示意图 （单位：mm）

上述工作完成后，需对管棚进行压水实验符合要求后方可注浆，为便于后续施工开挖，注浆浆液中可适当添加早强剂，建议水灰比为1∶1。根据围岩条件保持注浆压力在0.5～2.0 MPa，以注浆压力达到1.0 MPa左右并稳定3 min且注浆流量计显示注浆量较小作为结束注浆工作的标准。完成注浆工作后充填M7.5水泥砂浆与钢管中，从而提高管棚的强度。

4 监测要求及布置

天河路地铁站施工监测为确保工程的顺利进行，以地表沉降、拱顶下沉拱底、竖向位移、净空收敛、支护结构轴力等作为监测指标，且以监测频率和变形速率作为主要报警值，必须严格把关并要求各个监测指标在控制值范围内，通过实时监测，及时分析处理，起到修正设计、指导施工的作用，以确保隧道的成功建设。

详细布置：综合天河路站的因素（如工程性质、地质条件、设计要求、施工特点等）确定监测点类型和数量；针对工程中不利位置（断面）和先施工部位要做好监测；监测点的埋设须选取合适位置，既能实现有效监测，也不影响整体施工。具体的现场监测点平面布局如图6所示。

图6 监测平面布置图

5 结语

拱盖法施工地铁车站的建设其中以马头门施工，超前小导管注浆施工和超前大管棚施工等施工为关键，其过程会影响地层强度的变化，可能会出现掌子面破裂滑移、塌方塌陷、涌水等风险事故，同时由于周遭环境构（建）筑物众多且基础结构复杂，在此过程中极易受到影响，使原有结构遭到破坏。因此，通过对相应关键施工工艺工序的研究发现，要便于随时调整把控施工各个阶段技术，以确保工程的有序进行，实现天河路站的顺利建成，不仅在设计和制作上需满足结构部件的稳定，并且要通过超前预测，实时监测相结合的方法对整个施工过程进行严格把控，对监测数据及时整理分析，对现场的施工过程进行及时且合理的反馈。