城市轻轨地下车站大断面隧道施工工法研究.pdf

1 9 2 西部探矿工程2 0 1 1 年第6 期 城市轻轨地下车站大断面隧道施工工法研究 张虎”，谭平2 1 ．重庆交通大学研究生部，重庆4 0 0 0 7 4 ；2 ．中建八局第三建设有限公司西南分公司，重庆4 0 1 1 4 7 摘要重庆市轨道交通六号线红旗河沟车站车站主体隧道断面开挖宽度1 9 ．9 2 1 m ，高度2 0 ．0 4 m ，开 挖断面面积约为3 5 3 ．3 6 m 2 。拱顶埋深1 7 ．9 ～2 0 ．0 m ，属于浅埋暗挖单跨大断面隧道。隧道周边环境 复杂，施工难度大，风险系数较高。施工时采用复合式衬砌结构，双侧壁导坑法施工。以该工程设计 和施工方案为依托，详细介绍了复杂地质条件、结构形式、施工概况等。 关键词轨道；大断面隧道；浅埋暗挖；双侧壁导坑法 中图分类号U 1 2 1 文献标识码i A 文章编号1 0 0 4 5 7 1 6 2 0 1 1 0 6 0 1 9 2 0 5 l 工程概况 红旗河沟车站为轨道交通三号线与六号换乘站，六 号线与三号线呈十字正交，六号线在三号线之下，两条 轨道线路轨面设计高程相差约8 ．8 m ，受上述因素影响， 六号线红旗河沟车站在三号线车站两侧里程Y D K 2 1 1 2 8 ．7 2 9 ～Y D K 2 1 1 9 7 ．3 7 2 、Y D K 2 1 1 9 7 ．3 7 2 ～ Y D K 2 1 2 7 0 ．3 8 9 段形成两个相对独立的车站主体结 构。车站站台为侧式站台，单拱双层结构 局部3 层 。 车站工程为一种断面形式，断面开挖尺寸为1 9 ．9 2 1 m 宽 2 0 ．0 4 m 高 ，开挖断面面积约为3 5 3 ．3 6 m 2 。断 面图见图1 。 红旗河沟车站地质构造上属龙王洞背斜西翼，隧道 洞轴走向与岩层走向近于正交，隧址地质构造条件简 单，沿线无断层通过，岩层倾向2 5 0 。，倾角1 2 。左右，通 过地面调查，基岩中有两组裂缝。隧道区域地层自上而 下分别为第四系全新统人工填土和粘土 卵石土 ，下伏 基岩为侏罗系中统沙溪庙组砂岩和砂质泥岩，局部夹泥 质砂岩。隧道围岩顶板中等风化岩石厚度1 7 ．9 ～ 2 0 ．0 m ，小于2 ．5 倍压力拱高度 2 4 ．4 1 m ，为浅埋隧 道，成洞条件较差。周围为中等风化的泥质砂岩夹薄层 砂岩，岩体完整性指数‰一o ．5 5 ～o ．7 7 ，岩体较完整。 泥质砂岩单轴饱和抗压强度1 5 ．3 M P a ，为较软岩。围 岩弹性纵波速度％一1 ．9 ～4 ．1 k m ／s 。围岩基本分级为 Ⅳ级。 2 隧道主要施工技术 2 ．1 隧道开挖支护方法 六号线红旗河沟车站围岩条件较好，具备了大断面 隧道开挖的基本条件，但由于其复杂的周边环境、超大 断面和浅埋，如何能够尽快的稳定围岩，减小施工队环 境的不利影响是选择开挖方法的关键因素[ 1 ] 。根据对 红旗河沟车站隧道的结构特点，结合重庆地区的类似工 程施工经验和大跨隧道开挖后应力分布情况分析，本工 程采用双侧壁导坑法施工，侧壁导坑开挖完成后施作仰 拱及矮边墙，再解除核心土上台阶及中上台阶，全断面 模板台车施工边墙及拱顶二衬砼，最后解除核心土中下 台阶，施作仰拱。 车站初期支护选用喷锚加格栅拱架支护，临时中隔 墙支护选用1 2 0 型钢支撑加网。 2 ．2 减震爆破技术方法 由于本大断面车站隧道位于市中心繁华商业区，周 边高层建筑物林立，隧道埋深浅 车站隧道覆跨比为 0 ．7 8 ～1 ．3 2 ，为浅埋隧道，最小围岩厚度为1 2 ．1 6 m ，根 据现场条件，开挖方法拟采用光面爆破作业与控制爆破 相结合的施工方法。隧道爆破必须在保证高质量的开 挖断面和迸尺的同时，尽量减小爆破震动以确保地表建 筑物的安全并少扰民[ 2 ] 。具体开挖方法如下 1 车站大断面隧道侧壁导洞上台阶开挖时，因隧 道拱顶围岩覆盖层较浅，作业无临空面，爆破作业产生 围岩松动圈越大，围岩整体性也就越差。同时周边建筑 物对爆破震速要求较高，为减少影响，隧道导洞上台阶 开挖采用控制爆破作业。即在侧壁导洞上台阶开挖时， 在拱部周边布设减震孔形成减震隔离带达到减震效果。 2 大断面车站隧道下台阶开挖时，采用光面爆破 和在周边眼增设减震孔相结合的施工方法。 * 收稿日期2 0 1 0 - 0 8 - 1 6 第一作者简介张虎 1 9 8 5 一 ，男 汉族 ，山西运城人，重庆交通大学在读硕士研究生，研究方向岩土工程、地下工程等。 万方数据 2 0 1 1 年第6 期西部探矿工程 1 9 3 图1 车站隧道断面 3 大断面车站隧道台阶开挖循环迸尺控制在 0 ．8 ～1 ．O m 内，初期支护必须及时紧跟。 2 ．2 ．1 控制爆破技术方法 1 减震孔设计 ①减震孔孔径为万1 0 0 m m ； ②减震孔布设沿拱部周边布设，共设2 环，孔间距 为3 5 0 m m X3 5 0 m m ，梅花形布设； ③每次钻孔深度为1 ．2 m 。 2 爆破参数设计直径4 0 m m ，周边眼间距3 5 c m ， 最小抵抗线3 5 ～5 0 c m ，周边眼装药集中度0 ．1 2 5 k g ／m ， 爆破振速2 c m ／s 。 3 爆破减震措施。车站主要邻近建筑物是理想大 厦、汽车北站、和府饭店、盛泰汽车城等，要求爆破对围 岩松动圈的影响控制在2 m 之内，为保证围岩的稳定性 和工程的安全性，采取了以下的综合减震措施 ①在导洞拱部周边布设减震孔形成减震隔离带创 造爆破临空面，按照本次控制爆破设计实施，布设减震 孔形成的减震隔离带所创造爆破临空面后可以大大减 弱爆破震动的能量。 ②短进尺、弱爆破，临近建筑物爆破时，循环进尺控 在0 ．8 “ - , l m 之内，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，并采用预留l m 光爆层。 ③地面、洞内均需进行爆破震动监测，并依此对爆 破参数进行调整，以满足环境及施工要求。控制爆破炮 眼布置见图2 。 2 ．2 ．2 光面爆破技术方法 1 适用范围大断面车站隧道侧壁导洞下台阶。 2 爆破参数设计见表2 ，其中，炮眼深度为L ，辅 助眼间距为a ，周边眼间距为E ，抵抗线为Ⅳ，周边眼装 药集中度q V 级围岩取0 ．1 2 5 k g ／m ，单孔装药量为 Q 。 3 减震措施导洞上台阶拱部开挖断面周边眼间 均设两排直径为l O O c m 的减震空眼，间距3 5 c m 以作为 减震眼和光爆导向眼，开挖时在两侧各预留l m 的光爆 层，增加了爆源至周围地面建筑物基础底部的距离，同 时降低爆破振动对核心土和临时支撑的破坏，保证上部 支撑基础的稳定。 2 ．3 衬砌施工技术 由于隧道断面大，单位长度混凝土用量大，通常采 用分布衬砌法，如先墙后拱法或者先拱后墙法。 1 车站采用双侧壁法开挖，双侧壁导坑开挖完成 后，进行侧壁导坑铺底，铺设防水板，施工5 c m 厚C 1 5 细石砼保护层，绑扎底板钢筋及边墙插筋，浇筑底板、矮 边墙砼及仰拱回填砼。 2 核心土解除时预留中下台阶核心土，大断面台 车拼装利用核心土进行竖向和水平向限位。 3 监控量测技术 监控量测与信息反馈是新奥法施工的三要素之一， 其目的在于了解围岩的动态过程、稳定情况和支护系统 的可靠程度，根据量测信息反馈调整支护参数，决定二 万方数据 1 9 4 西部探矿工程 2 0 1 1 年第6 期 次衬砌时间，是直接为支护系统的设计和施工决策服务 的。为此本工程采用较为完全监控量测手段来保证工 程安全，及时提供信息反映反馈指导施工。本次量测项 辫塞式墓鞋 1 ．；L 卫o 。4 0 I J 一l ； i ；} 掣必姒一抬 f I IT lo ‘。⋯．，，．．“5 娌卫o L 扯_ 呻L L 乒一J J o o j 驴 Ⅲ部开挖炮孔布置 表2 光面爆破各项参数表 目有拱顶下沉及周边水平收敛、围岩内部位移、锚杆轴 力、地表下沉量和围岩压力量测。其断面布置图如3 ～ 6 所示。 图2 炮眼布置图 3 ．I 洞内变形量测 Ⅳ部开挖炮孔布 “L 也J iJ L 扯扯∞L 扛尊 地4 Ⅵ部开挖炮孔布置 车站内拱顶沉淀最大发生在Z 6 K 0 2 5 5 处，其原 因是右线处有一已经开挖且支护的风道口。根据北京 交通大学监测结果拱顶下沉一般小于1 0 m m ，最大仅 为1 2 ．6 8 m m ；水平收敛一般小于1 5 m m ，最大 2 0 ．2 1 m m ，没有超出警戒值3 0 m m 。 3 ．2 洞内钢拱架应力量测 选取六号车站Z K 2 1 2 3 1 断面处的拱顶和拱肩、 和左弧、右弧的边墙里程S K l 3 2 2 3 处的左弧和右弧 的钢筋应力进行了测量。拱顶钢格栅内筋的最大的内 力为7 1 ．5 1 9 1 M P a ，外筋的最大内力为1 3 5 ．5 0 1 2 M P a ； 日 一 ，兰_叶兰_叶量_兰_兰_兰-叶睫 万方数据 2 0 1 1 年第6 期西部探矿工程 1 9 5 A i 为拱顶下沉观测点B i 为洞周收敛观测点 图3 拱顶下沉及周边位移量测布置图 圈4 围岩内部位移和锚杆轴力量测布置图 图S 地表下沉量测布置图 图6 围岩压力量测断面布置 拱肩钢格栅内筋的最大内力为2 3 ．8 1 2 5 M P a ，外筋的最 大内力为3 5 ．9 9 3 8 M P a 。右弧边墙钢格栅内筋的最大 内力为1 ．1 8 9 6 M P a ，外筋最大内力为1 1 ．1 0 8 0 M P a ，左 弧边墙钢格栅内筋的最大内力为0 ．8 6 8 6 M P a ，外筋最 大内力为1 ．3 7 2 5 M P a ；均小于警戒值1 8 0 M P a 和设计 值2 3 0 M P a 。 3 ．3 地表沉降监测 监测单位在车站拱顶上方布置了4 排沉降观测点， 每排1 5 个。根据监测结果每次沉降值均在要求范围 内，没有超过预警值3 0 m m 。 3 ．4 爆破震动监测 累计施工爆破时所有监测结果，其振速均小于 1 ．5 c m ／s ，测试结果符合设计要求及国家爆破安全规 程 G B 6 7 2 2 2 0 0 3 关于砖房地面质点振动速度不得 超过2 c m ／s 、钢筋混凝土结构房屋框架结构地面质点振 动速度不得超过3 ～5 c m ／s 、交通隧道l O ～2 0 c m ／s 的要 求。 4 结论 重庆轨道交通六号线红旗河沟车站的成功修建再 次验证了在周边复杂环境中采用钻爆法修建浅埋大断 面隧道是可行的。其施工关键是如何有效保护临近路 面的路面和地下构筑物的安全，少扰民并防止洞室坍 塌[ 1 ] 。针对不同的开挖部位和不同的建筑物地段状况 及时选取合理的爆破方案，将光面爆破和控制爆破有效 的结合起来是本工程的一大亮点，在施工过程中做了最 大的防止扰民措施。另外坚持遵循“管超前、严注浆、弱 爆破、短进尺、强支护、勤量测”的原则，确保了整个工程 中的质量、安全、成本和进度。 参考文献 [ 1 3 万姜林，唐果良．复杂周边环境下浅埋超大断面隧道施工 技术[ J ] ．地下空间，2 0 0 4 2 1 8 5 - 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