地鐵暗挖車站拱蓋法施工 技術

地鐵暗挖車站拱蓋法施工 技術

摘要：本章以重慶和睦路地鐵車站工程為背景，對大 斷面暗挖地鐵車站拱部施

工方案進行了分析，車站拱部拱蓋部分采用雙側壁導坑法進行，左右導坑進 尺應

相互錯開至少 10m，中隔壁應分段拆除，分段長度以滿 足一模二次襯砌澆筑，拱

部開挖縮短暴露時間并及時施作二襯。在拱部開挖過程中，制定了嚴格的施工安

全技術保證措施，同時加強監控量測，指導施工開挖及支護參數的調整。

關鍵詞：地鐵暗挖車站；拱蓋法關鍵技術；施工方案

1前言

目前，越來越多的地鐵車站修建在城市繁華地段，為降低施工帶來的影響，

在一些特殊的地質條件下，如重慶地區大量軌道車站隧道采用了暗挖法施工[1]。

相比于其他工法，拱蓋法更能合理利用巖土組合的地層性質，達到增加基底承載

面積、提高承載能力、高效施工、節約成本和縮短工期的效果。在我國大連、重

慶等城市具有巖土組合性質的地層很多，在區域性施工經驗和理論研究基礎上，

發展了適合于當地的施工工藝，獲得了良好的效益[2]。

近些年來，隨著我國經濟實力的快速增強，城市化進程步伐不斷加快，尤其

是在交通設施建設的需求方面在不斷增強，出現大斷面隧道工程大量增加現象[3]。

80年代，同濟大學用平面應力模型研究了大跨度矮墻洞室的的開挖方法對洞室的

穩定性影響。1995年西南交通大學王明年、何川等[4]做了三車道模型試驗研究及

有限元分析。1998年西南交通大學王明年[5]通過大比例尺模型試驗和有限元方法

對三車道公路隧道的承載能力、破壞形態、唯一規律都有很大影響。2000年重慶

交通科研院的蔣樹屏等[6]以渝黔高速公路重慶段真武山隧道為例，對大跨度扁坦

隧道的開挖過程進行了1：36的大比例尺相似模型實驗，并建立相似模型四分部

開挖方法及全斷面法，上下臺階法，左右分部法的三維力學模型，用3D-σ程序

對其動態施工進行了數值分析。2009年段慧玲、張林等[7]鑒于雙向六車道大跨度

開挖后的應力重分布差，利用有限元軟件分析驗證了多種實際隧道中所應用到的

開挖方法，最終得出不同開挖方案下隧道圍巖代表性點的應力、不同開挖方案下

初期支護代表性點的應力以及不同開挖方案下隧道周邊位移和開挖方法。2011年

李新志、李術才等[8]結合青州至臨沭高速公路穆陵關隧道，對淺埋三車道大跨度

隧道施工引起的地表沉降變形特征進行現場監測探討淺埋大跨度隧道的開挖方式，

分析采用三臺階七步平行線流水開挖引起的隧道地表沉降變形特征。

在現代化城市建設步伐中，采用大斷面隧道方案，不但能較好的滿足特殊地

質及地形條件和總體路線線型的特殊要求，而且更有利于公路整體線型規劃。我

國在大跨度大斷面隧道的建設實踐中，取得了良好的技術經濟效果。但大斷面隧

道設計、施工中較多關鍵技術未能解決[9]。采用分部開挖法施工，周邊圍巖將不

可避免地受到多次擾動，隧道結構受力十分復雜，存在明顯的空間效應。特大斷

面隧道通常采用雙側壁導坑法施工[10]。為滿足交通客流量的需求，特大斷面隧

道因其跨度大、占地少等優點在我國大量地被用于實踐。金雞山連拱特大跨度雙

向八車道隧道側壁產生的塊體基本能夠自穩[11]，采用雙側壁導坑法施工時，優

先開挖洞室的右側導坑則能夠較好地減少施工過程產生塊體的數目。

2工程概況

2.1工程簡介

和睦路車站呈東西走向，周邊環境復雜，為跨線同臺換乘地下三層暗挖島式

車站。車站全長240m，開挖寬度寬為25.7m～30.05m，開挖高度為28.05m，車

站斷面面積為672平方米，車站斷面特別大，屬于超大隧道斷面，采用拱蓋法施

工，大小里程兩端區間隧道采用鉆爆法施工。

圖1地鐵車站平面示意圖

圖2地鐵車站剖面示意圖

2.2工程環境

車站施工由一條施工主通道及三條支通道提供運輸通道，施工通道口占用一

側人行道及兩條行車道。由于車站工程量大，高峰期掌子面多，對機械設備需求

量大，且需設置臨時堆渣場，施工用地緊張。車站側穿周邊建筑物主要有一座14

層高樓、一座18層高樓以及一座6層高公用建筑物，建筑物的基礎形式均為樁

基礎。

2.3重大危險源辨識

根據工程設計資料和工程周邊環境條件，采取的施工方法和相關工藝、設備，

結合以往類似工程施工安全管理經驗，車站主體隧道主要風險源有：1）裝卸渣

與運輸安全；2）施工機械傷害；3）高處作業；4）車站開挖塌方冒頂；5）施工

用電安全；6）爆破安全；7）隧道通風（防中毒、窒息）；8）隧道防排水；9）

隧道涌水、淹溺。開挖分級確定風險等級為二級。

2.4地質概況

隧道圍巖主要為砂質泥巖夾砂巖，巖體較完整～完整；正常狀態下，地下水

狀態分級為I級，隧道干燥或濕潤。圍巖基本分級為IV級，經修正后圍巖級別為

IV級。洞頂中等風化巖層厚36.0～46.0m，為深埋隧道，拱部無支護時，可能產

生較大坍塌和掉塊。車站場地范圍，未發現斷層，滑坡、軟弱夾層等不良地質現

象。場地原始地形主要是淺丘地貌，出露巖層為河湖相沉積巖，水文地質環境總

體較簡單。場區地下水富水性受地形地貌、巖性及裂隙發育程度控制，為大氣降

水和城市地下排水管線滲漏補給，水量大小與降水、管線滲漏等因素關系密切，

在雨季松散層孔隙水量相對較大。場地無統一地下水位。

2.5施工要求及技術保證條件

車站采用拱蓋法施工，為滿足設置大拱腳需要，車站斷面拱部開挖寬度進一

步增加，相應增加了工程風險。為了控制工程風險，隧道拱部采用雙側壁導坑法

施工，斷面分為六步開挖。以新奧法基本原理，初期支護采用格柵鋼架，掛鋼筋

網片、噴混凝土柔性支護體系，及時施作，使斷面及早閉合，以充分利用圍巖的

自承能力，控制圍巖變形。

車站雖然采用拱蓋法施工，但隧道屬于深埋隧道，隧道拱部圍巖非松散體，

拱部設計以新奧法基本原理，施工期間圍巖和支護聯合作用，圍巖為主要的承載

體，認為拱部承載的主要荷載為拱蓋自重和少數圍巖形變荷載。保證拱腳部位的

圍巖穩定是采用拱蓋法的重點和難點，主要的技術措施：

1）拱腳部位設置縱向托梁（二襯暗梁），不僅能夠優化拱腳部位結構防水，

且能夠起到變形協調和受力傳遞作用，使得局部的變形突變或受力集中能夠縱深

傳遞，從而保證隧道整體穩定；

2）臨近拱腳部位要求采用非爆破開挖。

3）加強附屬結構交叉口部位結構剛度，附屬結構上部結構作為主體隧道結構

的拱蓋支座，加強施工監控量測。

4）建立一整套圍巖支護結構監控量測系統，進行信息化施工管理，隨時掌握

施工過程中的動態變化，合理安排，調整施工工藝和設計參數，確保施工安全。

2.6施工對周邊環境的影響及控制措施

隧道與周邊環境空間關系上判斷，在保證隧道洞室穩定的前期下，車站主體

結構隧道施工對周邊環境影響小，主要的影響為爆破施工帶來的震動，要求施工

中應嚴格控制爆破振（不應大于2cm/s，不宜大于1.5cm/s），以便減小施工過程

中對地表建筑物的影響，同時要求加強對建筑物的監控量測。

3施工工藝技術

3.1施工總體思路

車站主體開挖按照拱蓋法施作。先施工車站拱蓋部分，拱蓋采用雙側壁導坑

法分六步施工，二襯緊跟核心土。在拱蓋二襯施工至出入口相應位置時同步施工

出入口與車站主體相接段結構。在拱蓋側導洞開挖支護完成后，進入風道上部施

工（保留風道口核心土），與豎井漏渣孔連通，作為隧道內通風輔助措施。拱蓋

二襯施工完成后再進入車站下部施工。車站拱蓋分部分層施工順序見圖3。

圖3車站上部拱蓋分層開挖斷面圖

3.2施工方法

車站拱蓋部分采用雙側壁導坑法進行開挖，開挖寬度：30.053m，開挖高度：

12.115m，開挖面積為：301.541㎡。要求短進尺（單步開挖進尺應根據圍巖級別

及完整性確定），及時施作初期支護和二襯，并要求左右導洞掌子面應相互錯開

10m。待左右導洞開挖完成后，中間核心土根據施做二襯需要進行開挖，核心土

與二襯工作面保持30m間距。大拱腳位置開挖輪廓2.5m范圍內為保證大拱腳處

圍巖的完整性，采用機械開挖人工配合方式施工，其他區域采用控制爆破，嚴格

控制爆破振速。導洞開挖完成后，及時進行初期支護及臨時支護，并加強施工過

程中監控量測，記錄、統計、分析監控量測數據，根據監測數據及圍巖變化情況，

及時調整施工工藝及初期支護參數。車站上部拱蓋施工平面圖見下圖4。

圖4車站上部拱蓋施工平面圖

1）先行開挖上部左右兩側上導洞（左右導洞相互錯開），及時施作初期支護

及臨時支護。

2）縱向相互錯開，開挖上部左右兩側下導洞，及時施作初期支護及臨時支護。

3）開挖上部中上導坑，及時施作初期支護及臨時支護。

5）開挖上部中下導坑，及時施作初期支護及臨時支護。

6）分段拆除斷面上部臨時支護，并加強施工監控量測。

7）分段施作上部防水層、施作上部二襯結構—拱蓋。

上部斷面開挖時采用雙側壁導坑法，要求短進尺（單步開挖進尺應小于1m），

弱爆破，及時施作為初期支護和二襯，并要求左右導洞應相互錯開至少10m。中

隔壁拆除后拱部全斷面不應暴露時間過長，中隔壁應分段拆除（分段長度以滿足

一模二次襯砌澆筑為準），應及時施作二襯。拱蓋二襯混凝土采用全液壓式定型

臺車澆筑，按照6m每模施工，防水層鋪設、鋼筋綁扎采用有軌定型臺架，二襯

與上部中導坑核心土的距離須控制在安全間距離范圍內。

圖5車站上部拱蓋左右上導坑開挖支護

圖6車站上部拱蓋左右下導坑開挖支護

圖7車站上部拱蓋中上導坑開挖支護

圖8車站上部拱蓋中下導坑開挖支護

圖9分段拆除臨時支撐

圖10拱蓋二襯施作

3.3鉆爆法施工

3.3.1車站主體開挖

車站主體采用鉆爆法施工，爆破采用光面爆破。光面爆破是通過正確確定爆

破參數和施工方法，在設計斷面內的巖體爆破崩落后，再爆周邊孔，使爆破后的

周邊圍巖斷面輪廓整齊，最大限度的減輕爆破對圍巖的擾動和破壞，盡可能的保

持圍巖的完整性和穩定性的爆破技術。

3.3.2爆破減震措施

車站主體隧道開挖過程中，為減小對周邊建筑物影響，必要時采取爆破減震

措施，保證施工安全。

開挖嚴格遵循：短進尺、弱爆破的原側，臨近建筑物爆破時，循環進尺控在

1.5m以內，在特殊地段，進尺控制在1.2m以內，必要時，控制爆破規模，合理

的減少單眼裝藥量，也可分多次爆破，或采用大空孔爆破（預掏槽）。地面嚴格

進行爆破震動監測，并依此對爆破參數進行調整，以滿足環境及施工要求。

圖11爆破作業流程圖

3.3.3初期支護

1）超前小導管施工；

施工主要流程：工序作業包括鉆孔、布管、封孔、注漿四道工序。

2）注漿錨桿施工；

圖12中空注漿錨桿施工流程

3）格柵拱架制作、安裝；

4）鋼筋網制作、安裝；

5）噴射混凝土；

6）初支背后注漿。

為了保證初期支護背后填充密實應在初期支護預埋注漿管（Φ48×3.5），注漿

管外漏不應過長，能滿足接管注漿需要即可，隧道防水層施作前，應將初支外漏

部分切割，以便于隧道防水層敷設，保證設防水層效果。

4施工監控量測

監控量測是新奧法施工的重要組成部分，也是地鐵鉆爆施工中非常重要的工

作之一，監控量測是掌握工程施工中圍巖動態變化過程的手段，通過對監控數據

的回歸分析可以預測圍巖的最終位移等，進而有效地指導隧道設計與施工。同時，

監控量測也是掌握工程施工對周邊環境的影響程度的重要手段，通過對周邊環境

的監測數據的分析，確定在工程施工時，周邊環境的安全性，提前采取加固措施，

確保工程和周邊環境的安全，為修正和確定初期支護參數，二襯混凝土襯砌的支

護時間提供信息依據，還能為隧道工程設計與施工積累資料，為今后的設計和施

工提供類比依據。

4.1監測項目

車站主體監測項目主要有：洞內外地質和支護狀況觀察、水平凈空收斂、拱

頂下沉、地表下沉、建筑物沉降及傾斜變形量測、爆破振動觀測、地下管線沉降、

錨桿軸力及抗拔力、工字鋼支撐內力、圍巖內部位移（洞內設點），監控量測工

作應委托有資質的單位進行，監控量測方案的編制應參照設計文件以及《城市軌

道交通工程監測技術規范》（GB50911-2013）的要求進行。

4.2控制標準

加強地表沉降的監測，房屋的地基變形和不均勻沉降應在規范允許范圍內，

房屋的地基變形控制在10mm內，不均勻沉降差控制在0.1%房屋影響寬度范圍內。

線路行經地段地表人文情況復雜，地面建筑多為抗震性差的樓房，施工時應嚴格

控制爆破藥量、采用微差、預裂等爆破措施，嚴控地面質點運動速度，同時對地

表建筑進行變形觀測。以確保洞頂樓房和公路的正常運營。施工中，應加強監控

量測，地表爆破速率應小于2cm/s。

4.3風險源建筑物的專項監測

當施工臨近風險源建筑物，派專人對其進行特別詳細的調查，重點是調查其

施工原始資料和有無既有破壞（如開裂、傾斜）等，并作好影像記錄和現場標示

與記錄，同時測定好初始值。風險源建筑物沉降和傾斜監測點設定要精心選定，

確保有代表性，施工時需加密監測頻率等措施。

根據《建筑變形測量規程》和場地情況，沉降觀測點布置在：建筑的四角處，

建筑裂縫，沉降縫兩側，基礎埋深相差懸殊處等，可根據實際情況調整。

4.4監測數據管理

針對本工程監測項目的特點，成立專職監測組，設組長一名，組內按地面及

地下監測項目分成兩個監測小組，各設一名專項負責人，在組長指導下負責地面、

地下的日常監測工作及資料整理工作，其余人員在專項負責人指導下工作。監測

小組由具有豐富施工、監測經驗和結構受力計算與分析能力的工程技術人員組成。

監測小組除及時收集、整理各項監測資料外，尚需對這些資料進行計算、分析、

對比，并做到以下兩點。

1）能預測支護及結構的穩定性和安全性，提出工序施工的調整意見及應采取

的安全措施，保證整個工程施工能安全、可靠的向前推進；

2）能優化設計，尤其是隧道大斷面施工，通過優化設計，能使其達到優質、

安全、經濟合理、施工快捷的目的。

4.5監測質量保證措施

為保證監測數據的真實可靠及連續性，特制定以下各項措施：

1）監測項目人員相對固定，保證數據資料的連續性，各監測項目從設備的管

理、使用及監測資料的整理均設專人負責。

2）各監測項目在監測過程中必須嚴格遵守相應的監測項目實施細則。

3）監測設備、監測元件在使用前均經標定合格后方投入使用。

4）監測數據均經現場檢查，室內復核兩次檢查后方可上報。

5）監測數據的存貯計算均采用計算機系統進行。

5結語

1）雙側壁導坑法在特大斷面隧道開挖施工中，有一定的優越性，應根據不同

地質條件及周邊環境制定合理的施工步序，盡可能減少施工過程中對周邊建筑物

及地下管線的影響。

2）雙側壁導坑法中上部分段開挖后，應及時進行支護，拱部格柵拱架與先行

導坑格柵拱架有效連接，確保拱部初期支護質量，使圍巖不出現有害變形，及時

施作二襯。

3）大斷面車站施工過程中應做好相應的安全技術保證措施，防止或減少安全

事故的發生。

4）施工監控量測對大斷面車站開挖具有重要指導意義，監測數據及時反饋施

工單位指導施工，確保施工安全有序的進行。

參考文獻：

[1]晉學輝.紅旗河溝大型暗挖車站施工力學研究[D].[碩士學位論文].重慶：重

慶交通大學，2012.

[2]鐘國.地鐵車站的一種新型暗挖施工工法一拱蓋法[J].城市軌道交通研究，

2012，15（8）：145-148.

[3]薛鳳霞.大斷面隧道施工的力學行為研究[D].[碩士學位論文].成都：西南石

油大學，2012.

[4]王明年，何川，翁漢民等.三車道隧道模型試驗研究及有限元分析[J].公路，

1995（9）：19-28.

[5]王明年，關寶樹，何川.三車道公路隧道在不同構造應力作用下的力學行為

研究[J].巖土工程學報，1998，20（1）：51-55.

[6]蔣樹屏，劉洪洲，鮮學福.大跨度扁坦隧道動態施一的相似模擬與數值分析

研究仁[J].巖石力學與工程學報，2000，19（5）：567-572.

[7]段慧玲，張林.大跨度公路隧道合理開挖方法對比研究[J].土木工程學報，

2009，42（9）：115-119.

[8]李新志，李術才，李樹忱.淺埋大跨度隧道施工過程地表沉降變形特征研究

[J].巖石力學與工程學報，2011.30（1）：3349-3353.

[9]黃倫海，秦峰，龔世強.雅寶雙洞八車道公路隧道設計[J].現代隧道技術，

2005，42（4）：5-8.

[10]張學富，劉佳祥，丁燕平.下穿高層建筑特大跨度超大斷面偏壓隧道施工

方法研究[J].鐵道學報，2012，34（5）：108-113.

[11]陳孝湘，夏才初，卞躍威等.特大跨度連拱隧道施工工序的關鍵塊體理論

優化分析[J].巖石力學與工程學報，2011，30（增1）：2980-2985.

作者簡介：

鄭鐵（1981.12-）男，重慶銅梁區人，工程師，主要從事鐵路工程、地鐵工程

等施工管理工作。E-mail：148451189@