地铁暗挖车站拱盖法施工 技术

地铁暗挖车站拱盖法施工 技术

摘要：本章以重庆和睦路地铁车站工程为背景，对大 断面暗挖地铁车站拱部施

工方案进行了分析，车站拱部拱盖部分采用双侧壁导坑法进行，左右导坑进 尺应

相互错开至少 10m，中隔壁应分段拆除，分段长度以满 足一模二次衬砌浇筑，拱

部开挖缩短暴露时间并及时施作二衬。在拱部开挖过程中，制定了严格的施工安

全技术保证措施，同时加强监控量测，指导施工开挖及支护参数的调整。

关键词：地铁暗挖车站；拱盖法关键技术；施工方案

1前言

目前，越来越多的地铁车站修建在城市繁华地段，为降低施工带来的影响，

在一些特殊的地质条件下，如重庆地区大量轨道车站隧道采用了暗挖法施工[1]。

相比于其他工法，拱盖法更能合理利用岩土组合的地层性质，达到增加基底承载

面积、提高承载能力、高效施工、节约成本和缩短工期的效果。在我国大连、重

庆等城市具有岩土组合性质的地层很多，在区域性施工经验和理论研究基础上，

发展了适合于当地的施工工艺，获得了良好的效益[2]。

近些年来，随着我国经济实力的快速增强，城市化进程步伐不断加快，尤其

是在交通设施建设的需求方面在不断增强，出现大断面隧道工程大量增加现象[3]。

80年代，同济大学用平面应力模型研究了大跨度矮墙洞室的的开挖方法对洞室的

稳定性影响。1995年西南交通大学王明年、何川等[4]做了三车道模型试验研究及

有限元分析。1998年西南交通大学王明年[5]通过大比例尺模型试验和有限元方法

对三车道公路隧道的承载能力、破坏形态、唯一规律都有很大影响。2000年重庆

交通科研院的蒋树屏等[6]以渝黔高速公路重庆段真武山隧道为例，对大跨度扁坦

隧道的开挖过程进行了1：36的大比例尺相似模型实验，并建立相似模型四分部

开挖方法及全断面法，上下台阶法，左右分部法的三维力学模型，用3D-σ程序

对其动态施工进行了数值分析。2009年段慧玲、张林等[7]鉴于双向六车道大跨度

开挖后的应力重分布差，利用有限元软件分析验证了多种实际隧道中所应用到的

开挖方法，最终得出不同开挖方案下隧道围岩代表性点的应力、不同开挖方案下

初期支护代表性点的应力以及不同开挖方案下隧道周边位移和开挖方法。2011年

李新志、李术才等[8]结合青州至临沭高速公路穆陵关隧道，对浅埋三车道大跨度

隧道施工引起的地表沉降变形特征进行现场监测探讨浅埋大跨度隧道的开挖方式，

分析采用三台阶七步平行线流水开挖引起的隧道地表沉降变形特征。

在现代化城市建设步伐中，采用大断面隧道方案，不但能较好的满足特殊地

质及地形条件和总体路线线型的特殊要求，而且更有利于公路整体线型规划。我

国在大跨度大断面隧道的建设实践中，取得了良好的技术经济效果。但大断面隧

道设计、施工中较多关键技术未能解决[9]。采用分部开挖法施工，周边围岩将不

可避免地受到多次扰动，隧道结构受力十分复杂，存在明显的空间效应。特大断

面隧道通常采用双侧壁导坑法施工[10]。为满足交通客流量的需求，特大断面隧

道因其跨度大、占地少等优点在我国大量地被用于实践。金鸡山连拱特大跨度双

向八车道隧道侧壁产生的块体基本能够自稳[11]，采用双侧壁导坑法施工时，优

先开挖洞室的右侧导坑则能够较好地减少施工过程产生块体的数目。

2工程概况

2.1工程简介

和睦路车站呈东西走向，周边环境复杂，为跨线同台换乘地下三层暗挖岛式

车站。车站全长240m，开挖宽度宽为25.7m～30.05m，开挖高度为28.05m，车

站断面面积为672平方米，车站断面特别大，属于超大隧道断面，采用拱盖法施

工，大小里程两端区间隧道采用钻爆法施工。

图1地铁车站平面示意图

图2地铁车站剖面示意图

2.2工程环境

车站施工由一条施工主通道及三条支通道提供运输通道，施工通道口占用一

侧人行道及两条行车道。由于车站工程量大，高峰期掌子面多，对机械设备需求

量大，且需设置临时堆渣场，施工用地紧张。车站侧穿周边建筑物主要有一座14

层高楼、一座18层高楼以及一座6层高公用建筑物，建筑物的基础形式均为桩

基础。

2.3重大危险源辨识

根据工程设计资料和工程周边环境条件，采取的施工方法和相关工艺、设备，

结合以往类似工程施工安全管理经验，车站主体隧道主要风险源有：1）装卸渣

与运输安全；2）施工机械伤害；3）高处作业；4）车站开挖塌方冒顶；5）施工

用电安全；6）爆破安全；7）隧道通风（防中毒、窒息）；8）隧道防排水；9）

隧道涌水、淹溺。开挖分级确定风险等级为二级。

2.4地质概况

隧道围岩主要为砂质泥岩夹砂岩，岩体较完整～完整；正常状态下，地下水

状态分级为I级，隧道干燥或湿润。围岩基本分级为IV级，经修正后围岩级别为

IV级。洞顶中等风化岩层厚36.0～46.0m，为深埋隧道，拱部无支护时，可能产

生较大坍塌和掉块。车站场地范围，未发现断层，滑坡、软弱夹层等不良地质现

象。场地原始地形主要是浅丘地貌，出露岩层为河湖相沉积岩，水文地质环境总

体较简单。场区地下水富水性受地形地貌、岩性及裂隙发育程度控制，为大气降

水和城市地下排水管线渗漏补给，水量大小与降水、管线渗漏等因素关系密切，

在雨季松散层孔隙水量相对较大。场地无统一地下水位。

2.5施工要求及技术保证条件

车站采用拱盖法施工，为满足设置大拱脚需要，车站断面拱部开挖宽度进一

步增加，相应增加了工程风险。为了控制工程风险，隧道拱部采用双侧壁导坑法

施工，断面分为六步开挖。以新奥法基本原理，初期支护采用格栅钢架，挂钢筋

网片、喷混凝土柔性支护体系，及时施作，使断面及早闭合，以充分利用围岩的

自承能力，控制围岩变形。

车站虽然采用拱盖法施工，但隧道属于深埋隧道，隧道拱部围岩非松散体，

拱部设计以新奥法基本原理，施工期间围岩和支护联合作用，围岩为主要的承载

体，认为拱部承载的主要荷载为拱盖自重和少数围岩形变荷载。保证拱脚部位的

围岩稳定是采用拱盖法的重点和难点，主要的技术措施：

1）拱脚部位设置纵向托梁（二衬暗梁），不仅能够优化拱脚部位结构防水，

且能够起到变形协调和受力传递作用，使得局部的变形突变或受力集中能够纵深

传递，从而保证隧道整体稳定；

2）临近拱脚部位要求采用非爆破开挖。

3）加强附属结构交叉口部位结构刚度，附属结构上部结构作为主体隧道结构

的拱盖支座，加强施工监控量测。

4）建立一整套围岩支护结构监控量测系统，进行信息化施工管理，随时掌握

施工过程中的动态变化，合理安排，调整施工工艺和设计参数，确保施工安全。

2.6施工对周边环境的影响及控制措施

隧道与周边环境空间关系上判断，在保证隧道洞室稳定的前期下，车站主体

结构隧道施工对周边环境影响小，主要的影响为爆破施工带来的震动，要求施工

中应严格控制爆破振（不应大于2cm/s，不宜大于1.5cm/s），以便减小施工过程

中对地表建筑物的影响，同时要求加强对建筑物的监控量测。

3施工工艺技术

3.1施工总体思路

车站主体开挖按照拱盖法施作。先施工车站拱盖部分，拱盖采用双侧壁导坑

法分六步施工，二衬紧跟核心土。在拱盖二衬施工至出入口相应位置时同步施工

出入口与车站主体相接段结构。在拱盖侧导洞开挖支护完成后，进入风道上部施

工（保留风道口核心土），与竖井漏渣孔连通，作为隧道内通风辅助措施。拱盖

二衬施工完成后再进入车站下部施工。车站拱盖分部分层施工顺序见图3。

图3车站上部拱盖分层开挖断面图

3.2施工方法

车站拱盖部分采用双侧壁导坑法进行开挖，开挖宽度：30.053m，开挖高度：

12.115m，开挖面积为：301.541㎡。要求短进尺（单步开挖进尺应根据围岩级别

及完整性确定），及时施作初期支护和二衬，并要求左右导洞掌子面应相互错开

10m。待左右导洞开挖完成后，中间核心土根据施做二衬需要进行开挖，核心土

与二衬工作面保持30m间距。大拱脚位置开挖轮廓2.5m范围内为保证大拱脚处

围岩的完整性，采用机械开挖人工配合方式施工，其他区域采用控制爆破，严格

控制爆破振速。导洞开挖完成后，及时进行初期支护及临时支护，并加强施工过

程中监控量测，记录、统计、分析监控量测数据，根据监测数据及围岩变化情况，

及时调整施工工艺及初期支护参数。车站上部拱盖施工平面图见下图4。

图4车站上部拱盖施工平面图

1）先行开挖上部左右两侧上导洞（左右导洞相互错开），及时施作初期支护

及临时支护。

2）纵向相互错开，开挖上部左右两侧下导洞，及时施作初期支护及临时支护。

3）开挖上部中上导坑，及时施作初期支护及临时支护。

5）开挖上部中下导坑，及时施作初期支护及临时支护。

6）分段拆除断面上部临时支护，并加强施工监控量测。

7）分段施作上部防水层、施作上部二衬结构—拱盖。

上部断面开挖时采用双侧壁导坑法，要求短进尺（单步开挖进尺应小于1m），

弱爆破，及时施作为初期支护和二衬，并要求左右导洞应相互错开至少10m。中

隔壁拆除后拱部全断面不应暴露时间过长，中隔壁应分段拆除（分段长度以满足

一模二次衬砌浇筑为准），应及时施作二衬。拱盖二衬混凝土采用全液压式定型

台车浇筑，按照6m每模施工，防水层铺设、钢筋绑扎采用有轨定型台架，二衬

与上部中导坑核心土的距离须控制在安全间距离范围内。

图5车站上部拱盖左右上导坑开挖支护

图6车站上部拱盖左右下导坑开挖支护

图7车站上部拱盖中上导坑开挖支护

图8车站上部拱盖中下导坑开挖支护

图9分段拆除临时支撑

图10拱盖二衬施作

3.3钻爆法施工

3.3.1车站主体开挖

车站主体采用钻爆法施工，爆破采用光面爆破。光面爆破是通过正确确定爆

破参数和施工方法，在设计断面内的岩体爆破崩落后，再爆周边孔，使爆破后的

周边围岩断面轮廓整齐，最大限度的减轻爆破对围岩的扰动和破坏，尽可能的保

持围岩的完整性和稳定性的爆破技术。

3.3.2爆破减震措施

车站主体隧道开挖过程中，为减小对周边建筑物影响，必要时采取爆破减震

措施，保证施工安全。

开挖严格遵循：短进尺、弱爆破的原侧，临近建筑物爆破时，循环进尺控在

1.5m以内，在特殊地段，进尺控制在1.2m以内，必要时，控制爆破规模，合理

的减少单眼装药量，也可分多次爆破，或采用大空孔爆破（预掏槽）。地面严格

进行爆破震动监测，并依此对爆破参数进行调整，以满足环境及施工要求。

图11爆破作业流程图

3.3.3初期支护

1）超前小导管施工；

施工主要流程：工序作业包括钻孔、布管、封孔、注浆四道工序。

2）注浆锚杆施工；

图12中空注浆锚杆施工流程

3）格栅拱架制作、安装；

4）钢筋网制作、安装；

5）喷射混凝土；

6）初支背后注浆。

为了保证初期支护背后填充密实应在初期支护预埋注浆管（Φ48×3.5），注浆

管外漏不应过长，能满足接管注浆需要即可，隧道防水层施作前，应将初支外漏

部分切割，以便于隧道防水层敷设，保证设防水层效果。

4施工监控量测

监控量测是新奥法施工的重要组成部分，也是地铁钻爆施工中非常重要的工

作之一，监控量测是掌握工程施工中围岩动态变化过程的手段，通过对监控数据

的回归分析可以预测围岩的最终位移等，进而有效地指导隧道设计与施工。同时，

监控量测也是掌握工程施工对周边环境的影响程度的重要手段，通过对周边环境

的监测数据的分析，确定在工程施工时，周边环境的安全性，提前采取加固措施，

确保工程和周边环境的安全，为修正和确定初期支护参数，二衬混凝土衬砌的支

护时间提供信息依据，还能为隧道工程设计与施工积累资料，为今后的设计和施

工提供类比依据。

4.1监测项目

车站主体监测项目主要有：洞内外地质和支护状况观察、水平净空收敛、拱

顶下沉、地表下沉、建筑物沉降及倾斜变形量测、爆破振动观测、地下管线沉降、

锚杆轴力及抗拔力、工字钢支撑内力、围岩内部位移（洞内设点），监控量测工

作应委托有资质的单位进行，监控量测方案的编制应参照设计文件以及《城市轨

道交通工程监测技术规范》（GB50911-2013）的要求进行。

4.2控制标准

加强地表沉降的监测，房屋的地基变形和不均匀沉降应在规范允许范围内，

房屋的地基变形控制在10mm内，不均匀沉降差控制在0.1%房屋影响宽度范围内。

线路行经地段地表人文情况复杂，地面建筑多为抗震性差的楼房，施工时应严格

控制爆破药量、采用微差、预裂等爆破措施，严控地面质点运动速度，同时对地

表建筑进行变形观测。以确保洞顶楼房和公路的正常运营。施工中，应加强监控

量测，地表爆破速率应小于2cm/s。

4.3风险源建筑物的专项监测

当施工临近风险源建筑物，派专人对其进行特别详细的调查，重点是调查其

施工原始资料和有无既有破坏（如开裂、倾斜）等，并作好影像记录和现场标示

与记录，同时测定好初始值。风险源建筑物沉降和倾斜监测点设定要精心选定，

确保有代表性，施工时需加密监测频率等措施。

根据《建筑变形测量规程》和场地情况，沉降观测点布置在：建筑的四角处，

建筑裂缝，沉降缝两侧，基础埋深相差悬殊处等，可根据实际情况调整。

4.4监测数据管理

针对本工程监测项目的特点，成立专职监测组，设组长一名，组内按地面及

地下监测项目分成两个监测小组，各设一名专项负责人，在组长指导下负责地面、

地下的日常监测工作及资料整理工作，其余人员在专项负责人指导下工作。监测

小组由具有丰富施工、监测经验和结构受力计算与分析能力的工程技术人员组成。

监测小组除及时收集、整理各项监测资料外，尚需对这些资料进行计算、分析、

对比，并做到以下两点。

1）能预测支护及结构的稳定性和安全性，提出工序施工的调整意见及应采取

的安全措施，保证整个工程施工能安全、可靠的向前推进；

2）能优化设计，尤其是隧道大断面施工，通过优化设计，能使其达到优质、

安全、经济合理、施工快捷的目的。

4.5监测质量保证措施

为保证监测数据的真实可靠及连续性，特制定以下各项措施：

1）监测项目人员相对固定，保证数据资料的连续性，各监测项目从设备的管

理、使用及监测资料的整理均设专人负责。

2）各监测项目在监测过程中必须严格遵守相应的监测项目实施细则。

3）监测设备、监测元件在使用前均经标定合格后方投入使用。

4）监测数据均经现场检查，室内复核两次检查后方可上报。

5）监测数据的存贮计算均采用计算机系统进行。

5结语

1）双侧壁导坑法在特大断面隧道开挖施工中，有一定的优越性，应根据不同

地质条件及周边环境制定合理的施工步序，尽可能减少施工过程中对周边建筑物

及地下管线的影响。

2）双侧壁导坑法中上部分段开挖后，应及时进行支护，拱部格栅拱架与先行

导坑格栅拱架有效连接，确保拱部初期支护质量，使围岩不出现有害变形，及时

施作二衬。

3）大断面车站施工过程中应做好相应的安全技术保证措施，防止或减少安全

事故的发生。

4）施工监控量测对大断面车站开挖具有重要指导意义，监测数据及时反馈施

工单位指导施工，确保施工安全有序的进行。

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作者简介：

郑铁（1981.12-）男，重庆铜梁区人，工程师，主要从事铁路工程、地铁工程

等施工管理工作。E-mail：148451189@