暗挖地鐵車站拱蓋法關(guān)鍵施工技術(shù)初探

汪劉英

摘要：拱蓋法是近年來發(fā)展起來的一種暗挖施工新方法。本文介紹了拱蓋法的工程原理、應(yīng)用條件、施工過程控制點(diǎn)、工程應(yīng)用的優(yōu)缺點(diǎn)，總結(jié)地鐵車站采用拱蓋法的依據(jù)、施工過程、工程建設(shè)控制要點(diǎn)和風(fēng)險(xiǎn)控制措施，突出了拱蓋方法對(duì)環(huán)境影響小、工序少、效率高、施工安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，在降低投資的同時(shí)，可提高工程質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)保障安全、工程質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益的多重目標(biāo)，對(duì)類似工程項(xiàng)目采用拱蓋法施工提供了有益的經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：暗挖地鐵車站拱蓋方法施工技術(shù)

該拱蓋方法具備施工工序簡(jiǎn)易、影響要素少、地面塌陷小等優(yōu)勢(shì)，可提升地鐵車站工程施工的安全系數(shù)，促進(jìn)地鐵車站按照計(jì)劃進(jìn)程完成。實(shí)踐中，相關(guān)工作人員應(yīng)了解清楚拱蓋方式的運(yùn)用原理，并在實(shí)際建筑項(xiàng)目中重點(diǎn)掌握拱蓋工程施工核心技術(shù)，以提升地鐵車站建筑施工作業(yè)效率。

1拱蓋法簡(jiǎn)述

1.1拱蓋法原理

拱蓋法是根據(jù)明挖、蓋挖、PBA等工程施工方式而確立的暗挖地鐵站隧道施工方法，關(guān)鍵運(yùn)用于上軟下硬巖石層，是現(xiàn)階段地鐵車站施工過程中運(yùn)用較多的一種技術(shù)。在無強(qiáng)爆或弱爆炸的條件下，運(yùn)用下伏軟巖的承載能力和穩(wěn)定性是拱蓋工程施工的核心價(jià)值，選用PBA施工技術(shù)開展早期基坑支護(hù)工程施工，且選用小導(dǎo)洞方法調(diào)節(jié)基坑支護(hù)構(gòu)造，關(guān)鍵技術(shù)過程中，選用大拱腳計(jì)劃方案，將弧形初基坑支護(hù)和二次襯砌構(gòu)造各自放置平穩(wěn)的巖石層，產(chǎn)生浮頂。采用全逆、全順作法或混合施工方法，在拱蓋的支撐和保護(hù)下建造地鐵車站[1-2]。

1.2拱蓋施工方法的優(yōu)缺點(diǎn)及要求

1.2.1拱蓋施工的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

暗挖地鐵車站的技術(shù)類型各種各樣，常見的施工工藝有中洞法、側(cè)洞法、PBA法等，這3種工程施工方式已得到實(shí)踐的證明。與傳統(tǒng)式的地鐵站暗挖方式相比，拱蓋法的出現(xiàn)就較切實(shí)地解決了現(xiàn)有的疑難問題。實(shí)踐中選用拱蓋施工技術(shù)，從前期準(zhǔn)備階段就具備導(dǎo)洞少、工作階段少、工程爆破頻次少等優(yōu)勢(shì)，大大減少了干擾。工程項(xiàng)目中后期施工過程中，臨時(shí)性基坑支護(hù)費(fèi)用較低，拆卸量較小，大大減少了資源消耗。導(dǎo)洞邊與導(dǎo)洞中間的接觸面較少，但精準(zhǔn)度高，確保了它們中間的密切聯(lián)系，使全部支撐點(diǎn)系統(tǒng)更為安全。上后半段竣工后，大規(guī)模進(jìn)行室內(nèi)工程施工，極大地提高了工效，有利于減少所有施工期。對(duì)地鐵站側(cè)墻部位的工程施工建設(shè)而言，不用開展基坑支護(hù)工作就可以確保工程項(xiàng)目的安全性?？墒枪こ淌┕きh(huán)節(jié)的存在將取決于自然巖石的抗壓強(qiáng)度，且不能人為因素提升圍巖抗壓強(qiáng)度。在側(cè)墻下的工程爆破工作中，人為因素只有做預(yù)測(cè)分析工作，無法具體操縱。

1.2.2拱蓋工程施工規(guī)定

建設(shè)暗挖地鐵車站工程項(xiàng)目時(shí)，在工程施工流程時(shí)要對(duì)地質(zhì)環(huán)境狀況開展深層次、全方位的勘測(cè)，并將其結(jié)果作為工藝流程管理方法的一部分。此外，工程建筑的水文條件、自然地理面貌、常見氣溫等自然條件都要進(jìn)行了解。依據(jù)本區(qū)域的具體情況進(jìn)行建筑工程設(shè)計(jì)工作，所確立的工程施工方案要在企業(yè)內(nèi)部開展多層審查，使相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)層都能參與其中，最后才能建立工程隊(duì)。經(jīng)確認(rèn)的施工方案是整個(gè)施工的指南，一般不做改動(dòng)。施工過程中如有異?，F(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)反饋，并與專業(yè)人員進(jìn)行討論，以合理的形式開展優(yōu)化調(diào)節(jié)。要把安全第一的工程施工核心理念貫徹落實(shí)到實(shí)際中，把超前基坑支護(hù)做好，為工作人員的人身安全做好保障。假如發(fā)生支撐柱形變問題，要立即開展結(jié)構(gòu)加固，避免隨意亂放。建筑施工應(yīng)該有專業(yè)技術(shù)人員指導(dǎo)，執(zhí)行對(duì)工程施工條件的監(jiān)管，以現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)進(jìn)行工程施工。

2拱蓋法工程施工方案的選擇

2.1完全反向方式

全逆作工程施工方案是導(dǎo)洞穿通后，最先開展初期基坑支護(hù)拱蓋的工程施工。其次是二次襯砌及土石方工程基坑開挖作業(yè)，確保挖出的深度在板鋼以下。最后，依據(jù)具體情況明確是否將土石方工程基坑開挖放置基礎(chǔ)位置，并施工部署工程施工方案。在地鐵車站建設(shè)工程中，選用全逆作施工技術(shù)是一類普遍選用的施工技術(shù)，對(duì)工程施工作業(yè)的穩(wěn)定度和持續(xù)性有較大影響。

2.2全順做計(jì)劃方案

全順做工程施工方案是專業(yè)技術(shù)人員正在進(jìn)行前期支撐點(diǎn)扣拱以前，必須對(duì)施工條件開展檢驗(yàn)。選用全順作工程施工方案，在前期基坑支護(hù)構(gòu)造工程施工完成后，不會(huì)再開展二次襯砌，反而是直接將渣石挖到基礎(chǔ)上，融合側(cè)墻、板鋼、拱蓋等構(gòu)造，相互產(chǎn)生建筑施工的整體性架構(gòu)。

2.3方案對(duì)比

一是全逆作法結(jié)構(gòu)類型具備可靠的特性，不用提升其他關(guān)鍵技術(shù)負(fù)擔(dān)。但因?yàn)檎緢?chǎng)一部分為花崗巖構(gòu)造，且?guī)r石強(qiáng)度比較大，需選用工程爆破方式挖土。充分考慮爆破專業(yè)的運(yùn)用，如對(duì)中面板構(gòu)造的維護(hù)不足，易造成相對(duì)應(yīng)的安全風(fēng)險(xiǎn)。為此，必須嚴(yán)格管理和控制相關(guān)環(huán)節(jié)[3]。建筑中反向水平接縫過多，接點(diǎn)質(zhì)量不合格，以及防水措施運(yùn)用不當(dāng)?shù)葐栴}，易造成水工現(xiàn)象發(fā)生，對(duì)工程按進(jìn)度完成，且完全逆作法上方、下構(gòu)獨(dú)立施工，需分兩次組織基坑開挖構(gòu)造施工，對(duì)當(dāng)?shù)氐膭诠そM織非常不利。

二是雖然全順作施工工藝的快速推動(dòng)，促進(jìn)了土方開挖、面工程施工的安全性、持續(xù)、井然有序地開展，使地鐵車站安全施工和品質(zhì)獲得了有效的保障，但該計(jì)劃方案的運(yùn)用，光憑前期基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案的實(shí)際工程施工方案，非常不利于拱蓋法施工工藝運(yùn)用的合理性和一致性，且基坑支護(hù)構(gòu)造在前期通常需對(duì)拱部地質(zhì)構(gòu)造開展結(jié)構(gòu)加固，費(fèi)用較高，影響建筑施工的合理性。此外，建設(shè)工程中還面對(duì)著二次襯砌的風(fēng)險(xiǎn)，造成高邊軟巖及無縫鋼管柱的可靠性遭受影響。

三是混裝施工工藝的使用主要指半逆法和半順法兩種做法，是在二次襯砌拱蓋的保障下，對(duì)洞內(nèi)土石方工程基坑開挖和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整。這種技術(shù)性的運(yùn)用，不但展現(xiàn)了該工程項(xiàng)目的建設(shè)優(yōu)勢(shì)，并且可以保證地鐵車站工程項(xiàng)目弧形平穩(wěn)與安全性。為了更好地達(dá)到這類效果，可以在與高側(cè)墻密切相關(guān)的位置對(duì)管柱開展結(jié)構(gòu)加固，使管柱構(gòu)造更為平穩(wěn)。在暗挖地鐵站建筑施工中，若因?yàn)檫\(yùn)用了優(yōu)秀的施工工藝和計(jì)劃方案，使建設(shè)工程更具有活力，而忽視了無縫鋼管柱壓桿的穩(wěn)定性問題，則會(huì)使施工技術(shù)欠缺有效的成分。

3暗挖地鐵車站拱蓋施工工藝

3.1拱頂施工

在暗挖地鐵車站施工中，應(yīng)明確扣拱施工工藝，設(shè)計(jì)合理的初支扣拱結(jié)構(gòu)規(guī)范，保證了工程施工的安全與穩(wěn)定。工程前期對(duì)扣拱施工技術(shù)的運(yùn)用主要分為以下兩個(gè)方面。

第一，開展了初始基坑支護(hù)段扣拱段和后側(cè)回填土混凝土的工程施工。施工過程中，技術(shù)人員需根據(jù)兩個(gè)導(dǎo)洞的初始支撐點(diǎn)構(gòu)造開展拆除工作，促進(jìn)相應(yīng)構(gòu)造的運(yùn)用更平穩(wěn)，為中后期工程施工給予安全性保障。特別要指出的是，在工程施工前期，應(yīng)保障埋件扣拱結(jié)構(gòu)時(shí)，埋件的接觸面積位置在同樣的水平高度，使扣拱網(wǎng)能確切地連接。

第二，二次襯砌扣拱的工程施工。深入分析地鐵車站工程施工流程中，前期扣拱成功完成后，施工隊(duì)伍需依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工程施工規(guī)定，將正中間部位從地鐵站兩邊向地鐵站兩邊退縮，并沿地鐵站豎向鑿除導(dǎo)洞部分臨時(shí)性前期基坑支護(hù)構(gòu)造，施工隊(duì)伍需依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工程施工規(guī)定，沿地鐵站豎向鑿疏導(dǎo)洞。在實(shí)踐中，每一鑿的長(zhǎng)短都需要明確，實(shí)際長(zhǎng)短應(yīng)不大于7m，維持兩個(gè)部位同時(shí)進(jìn)行。二次襯砌扣拱的超薄處要超過600mm，為保障工程進(jìn)度，應(yīng)用6m長(zhǎng)的自行式液壓機(jī)模胚輛車或橡膠支座分段進(jìn)行工作。

3.2大拱腳結(jié)構(gòu)

其工程施工關(guān)鍵點(diǎn)及核心價(jià)值是運(yùn)用巖石的承載能力，將前期基坑支護(hù)和二次襯砌構(gòu)造各自放置在雙面崖壁上，進(jìn)而產(chǎn)生拱蓋樣，此工程施工方式由此得名。實(shí)踐工程項(xiàng)目中，根據(jù)大拱腳底冠梁可以將拱蓋部分承載力勻稱地配置到對(duì)應(yīng)的支撐構(gòu)造中。針對(duì)地鐵車站建筑施工而言，拱腳的平穩(wěn)特別關(guān)鍵，它會(huì)影響全部拱蓋構(gòu)造的安全性，對(duì)工程施工工作的持續(xù)性開展起著主導(dǎo)作用。冠梁下圍巖的強(qiáng)度及承載力是確定大拱腳穩(wěn)定性的前提條件。

據(jù)本地地質(zhì)勘探報(bào)告，該工程項(xiàng)目中花崗巖的均值抗拉強(qiáng)度為27MPa，基礎(chǔ)承載能力特征根為1MPa。從工程項(xiàng)目具體承受力構(gòu)造看來，遮蓋土壤層產(chǎn)生大拱腳的氣體壓強(qiáng)為625kPa。在巖石承載能力確認(rèn)之后，大拱腳結(jié)構(gòu)將承擔(dān)起上方填土產(chǎn)生的絕大多數(shù)壓力，這對(duì)施工安全具備重要意義。整體上，花崗巖可靠性較強(qiáng)，發(fā)掘全過程中未發(fā)覺地表水影響問題。為處理由地表水腐蝕導(dǎo)致的部分巖層抗壓強(qiáng)度減少的問題，需要采用必要的控制方法，如大拱腳的軟巖一部分可以開展注漿加固，或?qū)?dǎo)洞底版挖到風(fēng)化層巖石層下部位，并且有關(guān)位置必須開展混凝土回填工作，促進(jìn)其內(nèi)部構(gòu)造更為平穩(wěn)。

3.3鉆爆工程施工

在地鐵站建筑施工過程中，對(duì)于風(fēng)化層巖石層、暗挖橫斷面比較大，尤其是在花崗巖構(gòu)造的工作環(huán)境下，可以運(yùn)用鉆爆方式，將相關(guān)位置基坑開挖成洞。在工程施工實(shí)踐中，發(fā)現(xiàn)相關(guān)軟巖構(gòu)造，尤其是導(dǎo)洞前期基坑支護(hù)構(gòu)造及無縫鋼管柱都會(huì)受到相應(yīng)的影響，嚴(yán)重時(shí)很有可能造成有關(guān)構(gòu)造的毀壞，影響工程施工的順利開展。此外，由于工程爆破地址在城市淺埋，周邊存有房屋建筑、管路等設(shè)備，易造成有關(guān)構(gòu)造的毀壞，產(chǎn)生相應(yīng)的財(cái)產(chǎn)損失。因此，在鉆爆法施工過程中，對(duì)安全生產(chǎn)技術(shù)及原理作出要求，促進(jìn)相關(guān)技術(shù)的安全可靠。深入分析地鐵車站現(xiàn)場(chǎng)工程爆破工作，施工應(yīng)遵循下列設(shè)計(jì)原理：為了更好地有效防止工程爆破震動(dòng)，應(yīng)選用分階段微差避震控制方法，嚴(yán)格監(jiān)管，以提高工程爆破安全性。梁體下壁2m之內(nèi)選用疏松工程爆破方法，降低震動(dòng)對(duì)軟巖的影響，確保巖石平穩(wěn)，確保施工安全。在實(shí)際施工過程中，應(yīng)選用按段工程爆破的方法，造就出多個(gè)空港面，并在這個(gè)基礎(chǔ)上，科學(xué)安排導(dǎo)爆管排位操縱單段爆管劑量，控制工程爆破經(jīng)營(yíng)規(guī)模和范疇。深入分析地鐵車站建筑施工中，對(duì)于其周邊無縫鋼管柱及導(dǎo)洞的前期基坑支護(hù)構(gòu)造，應(yīng)設(shè)計(jì)方案避震孔，并選用壓力工程爆破，進(jìn)而減少鉆爆法工程施工對(duì)相關(guān)構(gòu)造的影響。

針對(duì)炮眼布置，應(yīng)確保掏槽眼與水準(zhǔn)巖面呈60°角，并充分考慮工程爆破眼所屬巖石層的實(shí)際紋路情況，盡可能使炮眼方向與巖層紋路呈豎直狀，使暗挖地鐵車站掏槽工程施工具備實(shí)際可能性。為了更好地保證具體的工程施工效果，掏槽孔及外輪廓都有相應(yīng)的規(guī)范限定。在實(shí)際施工過程中，掏槽眼的深層要超過輔助孔30～40cm，并且要控制直徑孔位35～50cm，為此降低工程爆破對(duì)冠梁下軟巖構(gòu)造的影響。對(duì)部分欠挖位置，應(yīng)選用人力操作，選用風(fēng)鎬方法開展整修，使鉆爆法施工工藝的運(yùn)用更加科學(xué)、有效。

4拱蓋施工中的風(fēng)險(xiǎn)控制要點(diǎn)

4.1該場(chǎng)地拱蓋方法的主要風(fēng)險(xiǎn)

4.1.1拱腳不穩(wěn)定

地下水位對(duì)本站威脅較大，車站主體開挖范圍和拱腳以泥巖類為主，泥巖強(qiáng)度不高，變形模量小，由于遇水軟化等特點(diǎn)，對(duì)拱蓋法拱腳要求變形要求高的泥巖適應(yīng)性較差，由于地下水的存在，泥巖基承載力下降造成大拱腳失穩(wěn)。

防范：加強(qiáng)洞室防滲、控爆開挖，必要時(shí)采用機(jī)械開挖等。

4.1.2上段兩面墻的臨時(shí)支承拆除危險(xiǎn)性

拱頂初支施工結(jié)束后，要組織拆撐施工，才能進(jìn)行下段的開挖支撐。但在拆除支撐時(shí)，拱架結(jié)構(gòu)的受力方式發(fā)生突變，容易導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)開裂、嚴(yán)重變形甚至坍塌[4]。

預(yù)防性措施：第一，加固拱蓋必須達(dá)到強(qiáng)度要求，加固后才能進(jìn)行支護(hù)施工，而地面及洞內(nèi)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)則應(yīng)趨于穩(wěn)定。第二，拆除撐采用分段跳板的方式。從距洞口15～20m處開始跳段拆除，先拆掉2m，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的變化，如數(shù)據(jù)有變化，再拆掉2m，然后監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的變化情況，然后再進(jìn)行2m的跳段監(jiān)測(cè)。

4.1.3影響成渝高速正常運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)

在拱蓋施工中，上斷面中導(dǎo)洞開挖引起的地面沉降最大，下斷面開挖圍巖變形基本不發(fā)展，即中洞開挖至施做加強(qiáng)階段為地表沉降發(fā)展最顯著的階段。該站位于老成渝高速正下方，車流量大，速度快，施工中要嚴(yán)格控制地面沉降，以免影響成渝高速正常運(yùn)營(yíng)[5-6]。

防范措施：第一，加強(qiáng)路面監(jiān)控，同時(shí)對(duì)施工影響范圍內(nèi)的行車采取限速、限流措施。第二，減少中間導(dǎo)洞開掘?qū)挾群脱h(huán)進(jìn)尺。第三，中導(dǎo)洞第一層初支尺在施工影響范圍內(nèi)及時(shí)實(shí)施限流措施。

4.2施工控制要點(diǎn)

（1）站址泥巖節(jié)理裂隙較發(fā)育，局部水平層理發(fā)育（層厚3～5cm），泥巖、砂巖等工程地質(zhì)條件較差，應(yīng)通過注漿措施提高大拱腳圍巖的整體性與承載力。

（2）按照拱蓋法設(shè)計(jì)理念，加強(qiáng)初支拱（拱）與第一層初支承共同受力，并在下段施工階段承擔(dān)全部外荷載作用，因此必須嚴(yán)格控制拱蓋施工質(zhì)量。

（3）下斷面邊墻開挖時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制爆破施工對(duì)大拱腳基巖的干擾。

（4）拱蓋法下挖和二層襯砌必須采用雙層疊合初支護(hù)，如果拱腳失穩(wěn)，應(yīng)對(duì)大拱腳進(jìn)行大拱腳內(nèi)移，并采用雙層疊合頭支護(hù)結(jié)構(gòu)。

5結(jié)語

總而言之，在暗挖地鐵車站建筑施工過程中，應(yīng)主要應(yīng)用扣拱、大拱腳、鉆爆等施工技術(shù)，以做到建設(shè)工程的合理性與一致性。在工程施工實(shí)踐中，科學(xué)研究和討論暗挖地鐵車站拱蓋法前期基坑支護(hù)工程施工的核心技術(shù)，依據(jù)具體工況標(biāo)準(zhǔn)挑選合理的工程施工方案，可以推動(dòng)建設(shè)工程技術(shù)的快速發(fā)展和進(jìn)步。

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