一種適用於上軟下硬地層的地鐵車站暗挖施工工藝的製作方法

2023-06-01 21:11:11 2

本發明屬於巖土工程領域，具體涉及一種適用於上軟下硬地層的地鐵車站暗挖施工工藝。

背景技術：

隨著城市軌道交通線網密度的提高，位於城市繁華地區的大跨度暗挖地鐵車站逐漸增多，本類工程有著埋深淺、斷面大、施工風險大、建設周期長、工程造價高等特點。

地鐵車站淺埋暗挖的技術和工法很多，但對於上軟下硬這一特殊地層，諸多工法因支護強度過高或偏低而不具適用性。目前常用的工法主要有雙側壁導坑法和拱蓋法。雙側壁導坑法開挖斷面分塊多，每個分塊在開挖後立即各自閉合的，可以在施工中較好的控制變形，保證開挖安全。但是其分斷面導致工序增多，初次支護全斷面閉合的時間長，工期延長，且上軟下硬地層中，下部巖體爆破作業對臨時支護體系影響較大；拱蓋法是在洞樁法基礎上建立的適用於上軟下硬地層的工法，其在拱蓋部分開挖完成後立即施作二次襯砌，開挖與支護交叉施工，既造成了人力物力資源浪費，又大大延長了工期，且由於拱牆之間不可避免的留有施工縫，且無有效防水措施，導致其大拱腳位置滲漏水嚴重且難以治理，嚴重影響車站開挖及運營期間的安全。

技術實現要素：

本發明的目的是為克服上述現有技術的不足，提供一種適用於上軟下硬地層的地鐵車站暗挖施工工藝，對於降低施工風險、縮短建設周期、節省工程造價等有重要作用，是保障工程順利實施的關鍵。本發明是以上軟下硬地層暗挖地鐵車站為工程背景，以傳統拱蓋法為基礎研究和發明的，有效的避免了雙側壁導坑法及拱蓋法等工法的缺點，為上軟下硬地層暗挖地鐵車站開挖與支護提供了一種新思路。

為實現上述目的，本發明採用下述技術方案：

一種適用於上軟下硬地層的地鐵車站暗挖施工工藝，包括以下步驟：

步驟1：車站拱部開挖及支護：先開挖兩側拱肩及拱腳處，再由上至下開挖該部的中部剩餘部分，並施作拱部初期支護和拱架；

步驟2：車站主體開挖：待車站拱部穩定後採用三臺階法開挖車站主體部分，每級臺階先開挖兩側部分，在隧洞側壁施作加固支護，再開挖該部的中部剩餘部分；

步驟3：二次襯砌施作及支護：車站拱部及主體全部開挖完成後，進行拱部和車站主體的二次襯砌施作；拱部二次襯砌施作與拱架拆卸交替進行，為避免施工裂隙產生，二次襯砌模築一次性封閉成環。

進一步的，所述步驟1中，車站拱部所處地層為軟弱巖層(一般為第四系表土層)，開挖過程中應減少對地層的擾動，故車站拱部採用人工機械開挖，不進行爆破或進行弱爆破。

進一步的，所述步驟1中，車站拱部開挖過程中，每開挖完一榀對應的地層立即施作格柵鋼架，並掛網噴射混凝土進行拱部初期支護，拱部初期支護完成後施作拱架，拱架坐落於預製好的支座上。

進一步的，所述步驟1中，在車站拱部每一榀對應的地層開挖之前均沿車站輪廓線布設一排超前小導管，用於軟弱地層的預加固，當圍巖情況較差時可採用超前帷幕注漿、水平旋噴樁方式對圍巖及掌子面進行加固。

進一步的，所述步驟1中，型鋼拱架緊貼拱部初期支護設置，每兩品榀間距30～70cm，具體根據圍巖情況、地層沉降要求、地面構築物及管線情況等確定。

進一步的，所述步驟1中，為便於安裝，拱架分三段設置，三段拱架之間通過法蘭盤連接，拱架與支座通過連接件連接。

進一步的，所述步驟1中，支座沿車站軸向連續設置，支座由鋼筋混凝土澆築而成。可以方便支撐在隧洞內設置的多個拱架，連續設置支座更方便施工操作，也對拱架起到更好的支撐效果。

進一步的，在拱腳開挖完成後由支座處向斜下方施作錨杆，然後進行支座澆築，錨杆末端與支座內鋼筋連接成一體，支座上表面預製與拱架連接的連接件。對支座處進行加固支護，且直接將錨杆與支座鋼筋連接為一體，使支座的穩定性更優，保證整個支護結構的穩固性。

進一步的，所述步驟2中，車站主體開挖位置與車站拱部開挖位置間距50～100m，每級臺階間距7～9m。分臺階開挖可實現多個斷面同時施工，相互影響小，提高效率。

進一步的，所述步驟2中，加固支護的方法為：在隧洞側壁向斜下方施作錨杆，並對隧洞側壁進行掛網噴混凝土處理。

本發明的有益效果是：

(1)本發明的車站施工工藝無導洞、工序少、防水質量好、施工難度小、廢棄工程小，集高效與經濟於一體。

(2)本發明的車站施工工藝對上軟下硬地層極具適用性，初期支護加型鋼拱架的複合支護結構可保證上部拱部的安全，同時充分利用了下部硬巖的承載能力，減少了不必要的支護。

(3)本發明的車站施工工藝與拱蓋法相比，二次襯砌一次性模築成環，避免了拱牆之間施工縫的產生，同時避免了開挖與二次襯砌施作交叉施工，節約人力物力，縮短了工期；

(4)本發明的車站施工工藝相比於雙側壁導坑法，不需要分斷面施工，工序少，且拱蓋形成後，即可大面積作業，效率高，工期縮短；

(5)本發明的車站施工工藝支護簡單，便於操作，型鋼拱架可重複利用，節約成本，提高效益。

附圖說明

圖1為本發明施工工藝開挖示意圖；

圖2為開挖掌子面剖面示意圖；

圖中，1為拱架；2為拱部初期支護；3為錨杆；4為二次襯砌；5為拱架支座；6為拱部掌子面；7為第一臺階掌子面；8為第二臺階掌子面；9為第三臺階掌子面；10為開挖輪廓線；11為超前小導管；12為車站主體初期支護；①為拱肩拱腳部分，②為中部拱頂部分，③為中部拱底部分，④為第一級臺階側部，⑤為第一級臺階中部，⑥為第二級臺階側部，⑦為第二級臺階中部，⑧為第三級臺階側部，⑨為第三級臺階中部。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。

如圖1所示，一種適用於上軟下硬地層的地鐵車站暗挖施工工藝，此工藝中車站拱部位於軟弱巖層中，拱腳坐落在硬巖上，車站主體結構位於硬巖之中；上軟下硬地層指的是上覆地層為軟弱地層，下部地層為硬質地層。軟弱地層指的是飽和單軸強度小於30MPa的地層，包括砂層、土層、淤泥質土、強風化及全風化的巖層等，硬質地層指的是飽和單軸強度大於30MPa的地層，主要包括微風化或未風化的巖層(花崗巖、安山巖等)。

其開挖支護過程包括以下步驟：

(1)車站拱部開挖及支護：車站拱部採用人工機械開挖，不進行爆破或進行弱爆破，先開挖兩側拱肩拱腳部分①，再由上至下開挖中部拱頂部分②和中部拱底部分③，開挖過程中及時進行拱部初期支護2，每開挖完一榀立即施作格柵鋼架，並掛網噴射混凝土，拱部初期支護2完成後施作拱架1，拱架1可選作型鋼拱架。在隧道建設中，榀是量詞，用來衡量隧道施工中鋼支撐的數量。

(2)車站主體開挖：待拱頂部分穩定後再採用三臺階法開挖，第一級臺階先開挖左右兩側的第一級臺階側部④，再開挖第一級臺階中部⑤，第二級臺階先開挖左右兩側的第二級臺階側部⑥，再開挖第二級臺階中部⑦，第三級臺階先開挖左右兩側的第三級臺階側部⑧，再開挖第三級臺階中部⑨；每級臺階開挖完側面部分後，向斜下方施作錨杆3，對側面進行掛網噴混凝土，進行車站主體初期支護12後，再開挖每級臺階的中間部分。

(3)二次襯砌施作及支護：車站拱部及主體全部開挖完成後，進行拱部和車站主體的二次襯砌4施作。二次襯砌4施作前需拆除型鋼拱架1，二次襯砌每次模築長度由模板臺車大小決定，一般為6～15m，型鋼拱架1拆除與二次襯砌4模築交替進行(拆除一榀型鋼拱架1，施作一榀二次襯砌4，再拆除下一榀型鋼拱架1，施作下一榀二次襯砌4，持續交替進行)，每次拆除長度等於模築長度。為避免施工裂隙產生，二次襯砌模築一次性封閉成環。

步驟(1)(2)採用分斷面施工，如圖2所示，掌子面錯開施工，拱部掌子面6與第一臺階掌子面相距50～100m，第一臺階掌子面7、第二臺階掌子面8、第三臺階掌子面9前後相距7～9m。

步驟(1)中每榀開挖之前沿隧道開挖輪廓線10設一排超前小導管11，用於軟弱地層的預加固，超前小導管11長度約為1～3m，若圍巖情況較差時可採用超前帷幕注漿、水平旋噴樁等方式對圍巖及掌子面進行加固。

步驟(1)中每次開挖進尺視圍巖情況而定，可選擇每次進尺50cm或75cm。

步驟(1)中拱架1緊貼拱部初期支護2，拱架1每兩榀間距30～70cm，拱架1材料採用工字鋼，拱架1分三段，段與段之間通過法蘭盤連接，拱架1底部設有拱架支座5，拱架支座5沿隧道軸向連續，由鋼筋混凝土澆築而成，拱架支座5與拱架1通過螺栓連接。拱架支座5在拱腳開挖完成後向斜下方施作錨杆3，然後進行支座澆築，並在其上表面預製與拱架1連接的螺栓。

上述雖然結合附圖對本發明的具體實施方式進行了描述，但並非對本發明保護範圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發明的保護範圍以內。