暗挖大断面隧道临时支撑拆除及衬砌施工方法

李 凯，陈军社

(中交二公局第三工程有限公司，陕西 西安 710016)

0 引 言

近年来，中国城市轨道交通事业迅猛发展，运营路线逐年递增，极大地缓解了因城镇化率不断提高、城市人口不断增加而带来的交通运输压力。但是，城市轨道交通工程的施工工序繁多，结构受力复杂，安全隐患较大。因此，既经济又可行的施工方法对工程起到至关重要的作用[1-3]。特别是暗挖车站的大断面隧道临时支撑拆除及衬砌施工，其施工方法更需慎重考虑，既要保证工程质量和施工安全、进度可控，还要保证施工成本最优，能够获取合理的利润[4-10]。作为工程技术人员，有必要对轨道交通工程暗挖车站大断面隧道临时支撑拆除及衬砌施工方法进行深入、细致的研究。

1 工程概况

1.1 工程简介

深圳地铁8号线一期工程中的深外高中站起于深圳外国语学校西侧山体，向东北方向下穿中青一路布置，敷设至梧桐山大道前。车站西北侧为海桐居和云顶道住宅区，东侧为深圳外国语学校宿舍楼，东南侧为山体(图1)。

该站采用明暗挖结合的方式施工，暗挖段地下2层，明挖段地下4层，为岛式站台车站，站台宽度为10.2 m。深外高中站共设3个出入口及2座风亭。车站起讫桩号为DK50+476.000～DK50+681.000，长205 m，其中明挖段长60 m，暗挖段长145 m，围岩综合分级为Ⅲ～Ⅵ级，支护分为A、B、C、D四种断面形式。

图1 深外高中站平面

A型断面开挖面积为364.59 m2，长17.7 m。围岩等级Ⅲ级，二衬参数为：模筑钢筋混凝土C40、P12，拱墙厚100 cm，仰拱厚120 cm。断面衬砌如图2所示。

图2 车站暗挖A型断面

B型断面开挖面积为364.59 m2，长8.11 m。围岩等级Ⅳ级，二衬参数为：模筑钢筋混凝土C40、P12，拱墙厚100 cm，仰拱厚120 cm。断面衬砌如图3所示。

C型断面开挖面积为364.59 m2，长80.3 m。围岩等级Ⅴ、Ⅵ级，二衬参数为：模筑钢筋混凝土C40、P12，拱墙厚100 cm，仰拱厚120 cm。断面衬砌如图4所示。

D型断面开挖面积250.13 m2，长7.1 m。围岩等级Ⅲ级，二衬参数为：模筑钢筋混凝土C40、P12，厚80 cm。断面衬砌如图5所示。

1.2 周边建筑及管线

深圳市城市轨道交通8号线一期工程深外高中站位于深圳外国语学校西侧山体，向东北方向下穿中青一路布置，敷设至梧桐山大道前。车站西北侧为住宅区，东侧深圳外国语学校宿舍楼距离车站基坑最近净距为1.2 m，东南侧为山体。原始地貌单元类型为丘陵，地形起伏较大，局部经人工改造后地形发生明显改变。地面高程起伏较大，为83.53～46.08 m。

深外高中站暗挖段施工区域内的管线主要为给排水、燃气、电信管线，且由于管线穿插暗挖段处隧道埋深较大，隧道开挖对管线的影响较小，未采取其他保护措施，但须加强监测。

1.3 工程地质

深外高中站地段出露地层为：第四系全新统人工填堆填层(Q4ml)、上更新统冲洪积层(Q3al+pl)，下伏侏罗系(J)凝灰岩、燕山期中细粒花岗岩。暗挖段隧道埋深12～30 m。

深外高中站大断面暗挖段的地质纵断面如图6所示。

图3 车站暗挖B型断面

图4 车站暗挖C型断面

图5 车站暗挖D型断面

图6 深外高中站地质纵断面

2 原施工方案

2.1 地表注浆加固

由于车站明暗挖段交界处较为破碎，且埋深较浅，周边有部分建筑物，采用爆破开挖风险较大，为了防止开挖施工过程中引起周边地面变形，对建筑物造成破坏，提前对破碎岩层进行注浆加固。注浆范围为DK50+621～DK50+566段隧道开挖轮廓线外3 m、中风化以上5 m范围内的岩层，按每平方米不少于1孔的数量布置。注浆工艺采用袖筏管注浆。

2.2 超前大管棚

由于该站暗挖段断面较大，进洞段采用大管棚进行超前支护，大管棚长60 m，采用Ф108 mm热轧无缝钢管，壁厚10 mm，管棚设于拱部120°范围，间距40 cm。

2.3 开挖及初支

采用双侧壁九步法开挖，如图7所示。施工顺序为：施作两侧导洞超前小导管，注浆加固地层；交错开挖1、2步导洞土体，及时施作初支并封闭临时支护；交错开挖3、4步土体，开挖过程中及时施作初期支护，并封闭临时支护；开挖7步土体，待7步导洞开挖10 m以上后，开挖8步土体，开挖过程中及时施作初期支护，并封闭临时支护；交错开挖5、6步土体，待8步导洞开挖10 m以上后，开挖9步土体，及时施作初支，全断面初支封闭成环。

图7 双侧壁九步法开挖分块

相邻分步导洞开挖错开距离为10～15 m，中间导洞待最近相邻导洞开挖10 m以后方可开挖。

2.4 初期支护背后注浆

隧道全断面初期支护封闭，达到设计强度后，利用在初期支护施工时拱部预埋的Ф42 mm小导管，及时用注浆泵压注1∶1水泥砂浆，对初期支护混凝土实施拱背回填注浆，充填孔隙。

2.5 仰拱及衬砌

(1)敷设Ⅰ部防水层，绑扎钢筋，支模浇筑Ⅰ部仰拱及衬砌，架设横向临时支撑，如图8所示。

图8 Ⅰ部仰拱及衬砌施工示意

(2)拆除中部两侧导洞临时仰拱，敷设Ⅱ部防水层，绑扎钢筋，支模浇筑Ⅱ部衬砌，再次架设临时支撑，如图9所示。

图9 Ⅱ部衬砌施工示意

(3)拆除顶部两侧导洞临时仰拱，敷设Ⅲ部防水层，绑扎钢筋，支模浇筑Ⅲ部衬砌，架设门字形临时支撑，如图10所示。

图10 Ⅲ部衬砌施工示意

(4)拆除双侧壁与中洞临时仰拱，依次敷设Ⅳ部防水层，绑扎钢筋，支模浇筑Ⅳ部仰拱、Ⅴ部柱与Ⅵ部中板，如图11所示。

图11 Ⅳ部仰拱、Ⅴ部柱与Ⅵ部中板施工示意

(5)敷设Ⅶ部防水层，绑扎钢筋，支模浇筑Ⅶ部衬砌，封闭二衬成环后拆除临时支撑，如图12所示。

图12 Ⅶ部衬砌施工示意

3 优化的原因

3.1 存在问题

暗挖车站的开挖及初期支护施工完成后，若按原施工方案进行仰拱及二衬的施工，临时支撑拆除工序繁杂，体系转换过于频繁，结构受力复杂多变，且施工效率低，窝工现象严重，因此通过模拟计算及现场试验，需要对拆撑工序和衬砌施工方法进行优化。

3.2 监测及试验

车站暗挖段开挖及初期支护施工完成后，经过3个月的监测，发现数据变化较小：累计拱顶沉降最大值仅为11 mm，净空收敛最大仅为2.08 mm。

现场选取DK50+582～DK50+588(Ⅴ级围岩)为试验段，将该段6 m范围内的竖撑顶部全部割断，形成2 cm的切口(及时焊接，以防沉降过大)。经过一周的观测，显示拱顶沉降、收敛及周围竖撑应力基本无变化。

3.3 应力应变计算分析

对围岩级别较差、断面面积最大的A型断面暗挖段进行计算分析。

拆除全部临时支撑后的竖向沉降变形、水平变形、弯矩分布、轴力分布分别如图13～16所示。

图13 拆除全部临时支撑后的竖向沉降变形

图14 拆除全部临时支撑后的水平变形

车站暗挖大断面隧道开挖后，引起的支护结构变形达到了15 mm，地层沉降为8 mm左右。拆除支撑后，变形有所增加，最大沉降为35 mm左右，地层沉降为18 mm，可见拆除支撑对隧道变形和地层位移有较显著的影响，但是都满足变形要求。由于初期支护已经封闭，此时变形和整体承载都在可控范围内。

在拆除支撑的过程中，支护结构的内力幅值均满足承载要求，在结构设计承载力范围内，隧道整体受力稳定性有保障。但应注意，拆除第一层下部支撑后，由于应力重新分布，上部竖撑的受力由受压变为受拉，拉力比较小，此时上部的竖撑已经起不到有效的支撑作用。横撑的力有所增加，但是幅度有限。

图15 拆除全部临时支撑后的弯矩分布

图16 拆除全部临时支撑后的轴力分布

在现场拆除支撑的过程中，应间隔拆除下部支撑，根据监控量测数据优化拆撑数量及纵向拆撑长度。同时，还应保证初期支护和围岩的共同承载，防止因为暴力拆除支撑导致初期支护的拱架与围岩脱空，影响整体受力。

4 优化衬砌方案

4.1 第一次临时支撑拆除

在初期支护施工完成后、仰拱施工前，进行第一次临时支撑拆除，拆除部分为第二道临时横撑下部工字钢(Ⅲ、Ⅳ级围岩隔一拆二，Ⅴ、Ⅵ级围岩隔一拆一)，拆除长度为仰拱浇筑长度(6 m)向两边延长1 m，如图17所示。

图17 临时支撑第一次拆除示意

4.2 仰拱及填充施工

仰拱全断面一次施工成形，敷设仰拱防水层，绑扎钢筋，支模浇筑仰拱和填充混凝土，如图18所示。

4.3 第二次临时支撑拆除

仰拱及填充浇筑完成、达到设计强度80%之后进行第二次临时支撑拆除，拆除部分为第二道临时横撑两侧工字钢与已拆除部分中板下临时竖撑，如图19所示。

4.4 边墙、中板、立柱施工

敷设边墙防水层，绑扎边墙、中板和立柱钢筋，采用满堂支撑脚手架作为支撑，进行边墙、中板、立柱的施工，如图20所示。

图18 仰拱及填充示意

图20 边墙及中板、立柱支撑示意

4.5 第三次临时支撑拆除及拱部施工

中板达到设计强度80%后，拆除剩余的临时支撑。敷设拱部防水层，绑扎钢筋，采用长6 m的液压衬砌台车逐段浇筑拱部衬砌混凝土，如图21所示。

图21 衬砌台车浇筑拱部断面

5 结 语

以拆除临时支撑前后的受力分析、现场监测及试验段观测成果等为依据，对临时支撑拆除顺序和衬砌施工方法进行合理的调整， 指导施工有条不紊地进行，有效地控制了地表及洞内沉降变形。由于施工工序减少，避免了仰拱在横断面方向分块施工，减少了衬砌纵向水平施工缝数量，使施工质量得以提升，同时提高了生产效率，加快了施工进度，节约

了人员和材料的投入，避免了窝工现象。 该车站隧道仰拱和衬砌的成功施工，为以后的浅埋大断面隧道临时支撑拆除及仰拱、衬砌施工提供了可借鉴的经验。