0 引言

　　超大断面浅埋暗挖地铁车站设计当前趋向扁平化，由于工程跨度大、地质条件复杂和周边建筑物多，建设过程易出现地表开裂、沉降变形、塌方等现象，其施工技术面临巨大挑战。超大断面浅埋暗挖地铁施工，确保开挖安全是关键。本文以重庆轨道交通9号线五里店车站暗挖段工程为载体，通过对传统双侧壁导坑法施工工艺的改进和施工保障措施的优化，开展开挖技术研究，为类似工程提供借鉴。

　　1 工程概况

　　重庆市轨道交通9号线一期(高滩岩—兴科大道)工程五里店站为明暗挖结合的地下换乘车站，其中暗挖段长139.4m，明挖段长76m，站台宽13m，总长215.4m。车站暗挖段采用地下2层岛式车站，其中暗挖段拱顶埋深约6.2～16.1m。

　　1.1 工程地质条件

　　场地原始地貌为构造剥蚀斜坡地貌。由于地处城市地带，人类工程活动对地形和地貌都有较大改变。结合工程地质钻探并综合分析已有区域地质成果，地层由上而下依次可分为第四系全新统填土层Q₄^ml、残坡积层粉质黏土Q₄^el+dl和侏罗系中统沙溪庙组J2S沉积岩层。基岩内节理发育程度为较发育，岩体较完整～完整，岩体呈厚层状～块状结构。

　　1.2 水文地质条件

　　根据沿线地下水的赋存条件、水理性质及水力特征，沿线地下水可划分为第四系松散层孔隙水、碎屑岩类孔隙裂隙水，主要由大气降水补给。

　　1.3 隧道设计参数

　　暗挖段按照Ⅳ级围岩进行设计，其中YDK17+553.355—YDK17+668.755为ⅣA断面，开挖面积为421.38m²;YDK17+668.755—YDK17+692.755为ⅣB断面，开挖面积为433.59m²，均采用双侧壁导坑法施工，复合式衬砌。临时支护采用Ⅰ22a型钢拱架+单层8@200×200钢筋网+1.5m长22砂浆锚杆(环距间距1m)+220cm厚C25喷射混凝土。

　　2 车站主体开挖工艺优化

　　2.1 双侧壁导坑法施工

　　双侧壁导坑法施工流程如图1所示。

　　

　　图1 双侧壁导坑法施工流程 

　　 

　　2.2 双侧壁导坑法优化

　　原设计为双侧壁导坑临时支护支撑体系，考虑施工安全及工程质量等方面因素，将双侧壁导坑法临时支护型钢拱架优化为直墙型，按设计分为9部开挖，并及时施作初期支护，保证拱部受力，具体施工工艺优化情况如下。

　　1) YDK17+553.355—YDK17+668.755设计ⅣA断面，Ⅳ级围岩，隧道埋深约12.48～16.1m，岩体以砂岩为主，围岩较完整，且自稳能力较强，根据超前地质预报数据拟调整临时支护型钢拱架由原设计弧形优化为直墙型支护(见图2)，具有缩短施工时长，同时能支撑岩体受力的特点，从而加快施工进度。

　　2) YDK17+668.755—YDK17+692.755设计ⅣB型断面，Ⅳ级围岩，隧道埋深约6.2～12.48m，岩层以砂质泥岩为主，地表下覆盖最大深度约6m填土，施工过程中严格分析超前地质预报数据后进行施工，以确保该段核心土对掌子面的反压作用，同时严格按照设计要求上半断面采取非爆破开挖，下半断面开挖严格控制爆破振速不超过1cm/s。

　　3)施工过程中保持左右导坑每台阶预留长度控制在3～5m，核心土宽度5.6m，每台阶长度控制在3m左右，保持动态施工的原则(见图3)。

　　

　　图2 优化后双侧壁导坑法施工断面  

　　 

　　

　　图3 双侧壁导坑开挖步序  

　　 

　　3 车站主体开挖关键技术控制

　　3.1 预留变形量控制

　　车站预留变形量初设为120mm。施工中根据量测反馈信息调整参数，剩余的预留变形量空隙在二衬时一起浇筑。预留变形量控制的量测数据处理方法如下。

　　1)水平净空收敛隧道开挖后，洞内收敛变化情况通过收敛计测得具体数据反映出来。如收敛较小，预留变形量不需要调整。如收敛过大，为保证二衬混凝土厚度和洞内尺寸符合设计要求，预留变形量可以适当调大些。

　　2)拱顶下沉通过精密水准仪量测得到拱顶下沉数据，再进行数据分析和处理，决定是否有必要调整预留变形量，是否扩挖或者少挖一点。

　　3.2 爆破参数设计

　　爆破作业采用光面爆破技术，毫秒微差雷管有序起爆。开挖时做到短进尺、弱爆破、尽量减少对围岩的扰动，严格控制超挖，杜绝欠挖。根据隧道周边现场实际情况，对爆破施工要求较高，采用减振弱爆破开挖的方式，爆破振速符合GB6722—2014《爆破安全规程》的要求，安全允许振速<1.5m/s。主要控制措施如下。

　　1)爆破延时选择

　　由于本隧道开挖属控制爆破，对振动控制要求很高，为避免爆破振动叠加，经综合对比考虑，初步选择18段高精度导爆管雷管。若在实际施工中段位不够，可以进一步调整为25段高精度导爆管雷管。

　　2)钻爆参数选取

　　炮眼深度L:隧道开挖要求间距50cm，若要满足立拱及下一轮周边眼造孔的操作空间，一次需爆落的距离至少为70cm。为满足施工进度要求，本工程取循环进尺1.0m，对应炮眼水平深度L值为1.2m左右。各类孔深可按L=1.2/sinβ设置(β为钻杆角度)，在本工程中，掏槽孔的深度L₁=1.2/sin70°≈1.28m,L₂=1.2/sin90°=1.2m;辅助孔深度L=1.2m。为钻孔方便，周边眼眼口均距轮廓线10cm，其眼底超出开挖轮廓线10cm，故拱孔L_拱=1.3m，底眼长度L_底=1.3m。

　　抵抗线W及孔距a:根据漏斗联合作用原理，漏斗联合作用点在1/3孔深处时掌子面比较平整，即当炮眼直径在35～42mm时，抵抗线W取(0.3～0.6) L，在坚硬难爆的岩体中或炮眼较深时，应取较小系数，反之则取较大系数。同时，采用光面爆破，周边眼抵抗线W_光取(10～20) d，孔距a取(0.6～0.8) W_光。本工程爆破设计综合考虑后，取W_光=70cm,a_拱=50 cm;周边眼的间距应该要小于其他炮眼的间距，辅助孔间距取77～90cm，抵抗线取70～80cm;底孔抵抗线b取80cm,a=84cm。

　　3)单孔药量计算

　　根据炮眼所在的部位不同，各部位炮眼装药量不同。单眼装药量可按式(1)计算:

　　

　　 

　　式中:q为单眼装药量(kg);K为炸药单耗(该工程取0.8kg/m³);A为炮眼间距(m);W为炮眼爆破方向的抵抗线(m);L为炮眼深度(m);λ为炮眼部位系数。

　　掘进眼要求松动。掏槽眼要求抛掷，而在掏槽部位的两侧要求松动，上部要求弱松动，下部要求加强松动。周边眼要求光面爆破，底板眼则要求用抛掷。单孔药量计算时，炮眼部位系数λ值选取如表1所示。

　　4)根据类似工程地质，周边眼采用经验公式和工程类比法确定，具体爆破参数如表2所示。

　　  

　　表2 光面爆破系数 

　　 

　　 

　　

　　表2 光面爆破系数

　　5)炮眼数目估算

　　每个开挖部分炮眼数目按式(2)计算:

　　

　　 

　　式中:S为开挖坑道断面面积;q为单位炸药消耗量;r为炸药密度，取1kg/m;α为装药系数，根据经验:α_掏=0.5，α_辅取0.35～0.4，α_底取0.45，α_拱取0.15～0.2。

　　6)爆破炮眼布孔设计

　　通过计算，车站主体结构各部位炮眼布孔如图4所示。

　　

　　图4 车站主体断面总布孔  

　　 

　　7)装药结构

　　隧道爆破炮眼中的炸药采用正向起爆，不耦合装药结构如图5所示。

　　8)起爆方式及顺序

　　起爆方式现场多用并联、并簇式起爆等多种形式。本工程爆破采用毫秒延时雷管，隔段使用。为确保周边建筑物以及管网的安全，将振速控制在1.5cm/s以内。起爆顺序为先起爆掏槽眼，再起爆掏槽区以外的辅助眼、底板眼，然后是内层辅助眼、内圈眼，最后起爆周边的光面爆破眼。

　　3.3 非爆破施工

　　  

　　表1 中硬岩隧道炮眼部位系数 

　　 

　　 

　　

　　表1 中硬岩隧道炮眼部位系数

　　

　　图5 装药结构示意  

　　 

　　YDK17+668.755—YDK17+692.755段上半断面采取非爆破开挖，本工程拟采用悬臂式掘进机，开挖方式采用台阶法(见图6)，并及时封闭开挖面施做初期支护，做好隧道监控量测，以监测结果及时调整支护参数和防水、衬砌施作时间。在拱顶处超过掘进机的切割高度时，采用碎石垫起一个坡，以保证开挖断面不欠挖。在开挖过程中如果遇到坚硬岩石，掘进机无法钻进或断面周边个别地方掘进机处理不了的，辅助采用微爆破的方式来完成。

　　

　　图6 掘进机开挖示意 

　　 

　　特别是洞口进洞浅埋段或全隧断层破碎地带穿越，必须遵循“短进尺、少扰动(尽量采用非爆破开挖，局部仍不可避免会使用爆破方式)、强支护、早封闭、勤量测、衬砌紧跟”的原则。上半断面均应采取非爆破开挖，悬臂式掘进机每循环进尺不得超过2榀，即每次由掘进机钻进2榀距离后将机器撤出，然后进行钢架支护连接、锚杆、超前小导管、挂网喷浆等工序，接着进行下一循环工作。拆除上部核心土时，非爆破开挖每循环进尺不得超过1榀，即开挖后立即将拱顶钢架支护连接;当变形过大时，必要时可在已完成拱顶钢架支护连接处架设临时钢架支撑，再进行上部核心土拆除，待拱顶钢架支护连接完成后，再拆除临时钢架支撑。

　　当上台阶进尺到一定距离后，可进行下台阶开挖，下台阶采用传统的钻爆施工，将下台阶分成左、右两个部分进行，进行小装药爆破，这样既不影响上台阶工作，也可减小每次爆破对围岩的扰动。

　　4 初期支护施工

　　4.1 锚杆施工

　　根据设计，车站主体A,B型断面的拱部、边墙初期支护锚杆为25中空注浆锚杆，长度为4.5m，环、纵间距分别为1.0m×1.0m,1.0m×0.75m，梅花形布置;锚杆打设角度与结构面大角度相交。A,B断面锁脚锚杆均采用22砂浆锚杆，长度为5.5m;每接头分别设置2根，锁脚锚杆端部采用L形22钢筋与工字钢焊接成整体，L形钢筋单侧长度≥22cm。焊缝长度单面焊≥10d，双面焊≥5d。临时钢架锁脚锚杆均采用22砂浆锚杆，长度4.0m，入射角度30°～40°。

　　4.2 型钢拱架施工

　　车站主洞初期支护采用I22b型钢拱架，A型断面间距0.75m,B型断面间距0.5m。连接钢筋均采用22螺纹钢筋，环向间距为1.0m，内外交错布置。双侧壁导坑临时支护钢拱架采用I22b，间距与主洞钢架间距相同，环向间距为1.0m，内外交错布置。断面连接钢板采用Q235钢，厚度10mm，主体隧道初期永久支护钢垫板尺寸均为400mm×290mm，永久支护连接角钢型号为140mm×90mm;临时支护钢垫板尺寸为260mm×220mm。断面连接钢板钢厚度20mm，主体隧道初期永久支护及临时支护连接钢板尺寸均为300mm×260mm，连接钢板设3排26mm连接孔，每排各2个孔，每张钢板共计6个孔。

　　4.3 钢筋网片

　　支护网片均采用8钢筋，20cm×20cm网格间距，双层挂网喷射。按设计要求的钢筋网材质和尺寸加工集中制作，加工成片后统一配送，其钢筋直径和网格间距符合图纸规定。钢筋网应在岩面喷射2层混凝土后再铺挂，底层喷射混凝土的厚度≥4cm。采用双层钢筋网时，第3层钢筋网应在第1层钢筋网被混凝土覆盖及混凝土终凝后铺设。

　　4.4 喷射混凝土施工

　　喷射混凝土采用湿喷混凝土施工作业，分初喷和复喷两次进行。初喷在开挖(或分部开挖)完成后立即进行，以尽早封闭暴露开挖面，防止表层风化剥落。复喷混凝土在系统锚杆、钢筋网、钢架安装施做后进行，尽快闭合支护整体受力，以抑制围岩变位。钢架间用混凝土复喷平整，并有足够的保护层。

　　5 结语

　　1)结合五里店车站的地质条件和断面特点，在传统双侧壁导坑法的基础上，调整临时支护型钢拱架由原设计弧形优化为直墙型支护，该方法在保证支撑岩体受力特点的同时，压缩施工工序、缩短施工时长，从而加快施工进度。

　　2)双侧壁导坑法开挖施工中，采用上半断面非爆破开挖结合下半断面控制爆破，既能有效减少对破碎地带不良地层的扰动，同时能确保开挖方进度，及时封闭开挖面施做初期支护，从而提高施工安全系数。

　　3)在洞口进洞浅埋和全隧断层破碎地带，严格控制开挖进尺，及时连接拱顶钢支护。