大跨径地铁车站TBM与暗挖交叉施工技术

邓尤术，杨永祥

(中铁隧道集团三处有限公司，广东深圳 518052)

0 引言

在TBM引进之初，TBM主要用于水工隧道及铁路隧道。但随着城市轨道交通的快速发展和人们对环境等要求的提高，TBM将越来越广泛地应用于城市轨道建设领域。重庆地铁光电园暗挖车站及大跨区间采用了双侧壁导坑法施工［1］，西安地铁轨道交通二号线采用盾构空推过暗挖段区间施工［2］，重庆临江门车站采用双侧壁导坑法在繁华地区超大断面硬岩车站隧道施工中得到了成功应用［3］。以上工程均是由TBM独立完成施工，均未涉及到敞开式TBM与钻爆法交叉施工，而相关领域对此研究也较少。为解决车站施工与TBM施工的工期矛盾，保证TBM硐室及车站拱部的施工安全和质量。以重庆轨道交通六号线红土地车站施工为例，经过多种方案比较，采用先拱后墙的方法，通过科学合理地组织施工，并在施工中加强监控量测，确保了红土地车站的施工安全，同时也满足了工期要求，为类似工程施工积累了经验。

1 工程概况

红土地车站位于重庆市主干道五红路正下方，隧道两侧均为高层商住楼。红土地车站长211 m，为地下双层岛式车站，采用曲墙+仰拱的五心圆马蹄型断面。车站最大开挖宽度25.9 m，高18.34 m，开挖断面面积375.8 m2，属于特大断面暗挖隧道，TBM掘进过站采用先拱后墙法施工。

车站暗挖隧道覆盖层厚度约44 m，中等风化岩石厚度34.1～38.2 m，洞身围岩为中等风化的砂质泥岩夹薄层砂岩，岩体完整性指数Kv=0.62，岩体较完整。砂质泥岩单轴饱和抗压强度为15.7 MPa，为较软岩。围岩基本分级为Ⅳ级。隧道岩层倾角平缓，岩层倾向1°左右。地下水以脉状分布的基岩裂隙水为主，水量较小，呈滴状或串珠状。

2 施工顺序

施工准备完成后，首先施工斜井，完成斜井开挖支护后，开始进行车站侧壁导坑1步施工。为减少后期爆破作业，TBM到达前，车站1步开挖必须完成，然后停止正线施工，等待TBM掘进过站。TBM掘进过站后，立即开始车站侧壁导坑3步施工，逐段开挖核心土4步和5步并施工中部临时仰拱，车站拱部二次衬砌紧跟核心土开挖。TBM过站后，在区间范围内设置道岔段，左右线合并成1条线用于运输，拱部二次衬砌施工60 m以后，开始分边施工车站下部工程。车站施工顺序如图1所示。

图1 红土地车站施工顺序图Fig.1 Construction sequence of Hongtudi Metro station

3 红土地车站施工技术措施

3.1 合理预留TBM硐室覆盖层厚度

为了保证TBM在车站范围内掘进时不发生隆起、坍塌等事故，确保TBM顺利施工，同时在1步开挖时充分利用机械化施工，1步开挖底部至TBM掘进硐室顶部控制在3 m以上［4］。在局部因为施工通道、车站附属结构施工，TBM硐室上方覆盖层达不到3 m的部位(最小仅有1m)，开挖后应及时浇筑30cm厚混凝土板，并设置I20a工字钢，工字钢间距为1m。TBM在车站范围内掘进过程中，未发生坍塌、隆起等事故，也未对已施工的车站上部初期支护产生较大的影响，监测数据反映，变化均在控制范围内。

3.2 加强TBM硐室的支护质量

红土地车站范围内的TBM掘进硐室虽然是临时设施，用于TBM施工时的出碴和进料，但是使用时间较长，且不做二次衬砌，只做初期支护，施工过程必须加强初期支护的施工质量控制［5－6］。红土地范围内的TBM掘进硐室初期支护采用I14工字钢+钢筋网片+连接钢筋+15cm厚C25喷射混凝土，支护断面如图2所示。

红土地车站设计施工顺序为:1)双侧壁1步导坑开挖和支护。2)TBM掘进过站。3)双侧壁3步导坑开挖和支护。4)开挖4步核心土并支护。5)开挖5步核心土。6)施作临时仰拱和拱部二次衬砌。7)下部在TBM硐室基础上分两侧扩挖并支护，完成二次衬砌。8)取下部核心土，支护并完成二次衬砌浇筑。

图2 TBM硐室支护断面图(单位:mm)Fig.2 Support of tunnel excavated by TBM(mm)

3.3 TBM过站后隧道开挖措施

TBM掘进过站后，立即进行车站3步、核心土第4步和第5步的开挖。由于3步开挖底部距离TBM硐室较近，只有1 m，车站3步开挖时，必须采取有效措施，确保车站3步正常施工及TBM硐室的正常运营，保证TBM硐室的安全。因车站3步开挖时，已有1步底及TBM硐室2个临空面，分层按周边眼布置进行光面爆破［4］，炮眼采用空气柱间隔装药，以减小对下部围岩的扰动。为减小外插角的影响，应严格控制每循环的钻孔深度，经过认真分析及现场试验，最终每循环进尺控制在1.5 m以内。爆破设计如图3所示。

图3 爆破设计图Fig.3 Blasting design

两侧大拱脚是拱部的主要受力支撑点，为了保证大拱脚在开挖过程中不被破坏，在实际施工中大拱脚处采用人工配合机械开挖。为了确保拱部与边墙连接处衬砌钢筋及防水板的连接质量，在两侧大拱脚下面开挖1个预留槽，将拱部两侧防水板及衬砌钢筋埋在预留槽内。

3.4 模板台车设计

红土地拱部二次衬砌采用液压台车一次成型，因TBM硐室顶部覆盖层厚度不一，为保护下方TBM掘进硐室的安全［7］，在设计台车时，要优先考虑模板台车主要受力点的位置。为避免模板台车、汽车运输等施工过程中产生集中荷载，台车支撑点必须偏离TBM硐室正上方。在车站3步开挖完成后浇筑1层30 cm厚混凝土板，板内布设I20 a工字钢，工字钢间距为1 m。同时为了方便二次衬砌模板台车定位和绑扎衬砌钢筋，在车站两侧拱脚处设置矮边墙。矮边墙的设置不得破坏大拱脚处混凝土的完整性，要做好矮边墙处的防水工作，在矮边墙的上下分别设置1道钢边止水带，加强钢边止水带的定位质量。模板台车设计如图4所示。

图4 模板台车设计图(单位:mm)Fig.4 Design of formwork trolley(mm)

3.5 拱墙结合部位处理措施

车站3步和5步开挖完成后，及时进行临时型钢支撑的铺设，钢架间采用纵向钢筋连接，最后进行现浇混凝土施工。左右侧临时仰拱的端头各预留1个深为0.56 m，宽为衬砌厚度的凹槽，将拱部衬砌防水板藏在凹槽内，留够接茬长度。拱部与直墙部位的衬砌钢筋直接伸入凹槽内，钢筋端头接驳器安装好，预埋在凹槽内，以确保直墙部位二次衬砌钢筋与拱部衬砌钢筋的有效连接，预留凹槽用细砂回填密实。为了减小拱部衬砌混凝土的水分流失，在上面抹2 cm厚的水泥砂浆。为了确保矮边墙的稳定，防止发生侧移和沉降，每隔5m浇筑1个0.5m宽的柱子，使矮边墙的受力直接传递到基岩和初期支护上，具体做法如图5所示。

4 监控量测

在施工过程中，除了进行常规的监控量测外，还应加强TBM掘进过站时对围岩震动情况、底板沉降情况、初期支护变形情况、拱架应力变化情况的监测［8－10］;在拱部二次衬砌混凝土浇筑过程中，加强底板沉降监测和TBM掘进硐室变形监测。红土地车站DK18+577断面洞内位移如表1所示，监控量测如图6所示，底板沉降监测如图7所示。

表1 2010年红土地车站DK18+577断面洞内位移Table 1 Displacement of Hongtudi Metro station at DK18+577 in 2010 mm

图7 2010年红土地车站DK18+517底板沉降监测图Fig.7 Settlement of floor at DK18+577 in 2010

由表1和图6—7可知:红土地车站DK18+577断面的洞周位移均已稳定;在拱部二次衬砌施工中，临时底板较为稳定，单次沉降量、累计沉降量、单次收敛量和累计收敛量均在合理范围内。

5 结论与讨论

通过对红土地车站施工情况的分析表明，先开挖车站拱部侧壁导洞，采用TBM从下部掘进过站后再进行上部核心土开挖，先施作拱部二次衬砌混凝土，再进行下部开挖及边墙衬砌施工，即大跨径暗挖车站采用先拱后墙的施工方法，通过设置临时仰拱，在施工过程中加强监控量测的控制，采取有效措施，能保证TBM硐室及车站拱部的施工安全和施工质量。先拱后墙的施工方法很大程度上减小了车站施工与TBM施工的相互影响，使车站和TBM均能连续不中断地组织施工，能有效地缩短工期，提高整体施工效益，同时也确保了工程质量，值得在今后类似工程中推广应用。

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