尽管普遍采用增设横通道解决地铁渡线区变截面开挖难题，但增设横通道区间为不对称结构，两端马头门破除后受力不均。对于渡线两侧为既有建筑物密集，受到特殊地理环境及地质条件的影响，无法增设横通道、竖井等措施时如何安全施工研究很少，为此有必要对不增加横通道施工变截面渡线隧道进行研究，本文以变截面渡线施工为例，研究合理的施工顺序，并采用科学手段分析二次衬砌支撑体系，以便为今后类似工程提供参考。

　　1 工程概况

　　长沙地铁6号线迎宾路口站站前设有单渡线，左幅长131.67m，右幅长79.641m。隧道采用台阶法、CRD法施工。位于直线段上，隧道纵坡为0.2%，拱顶埋深为19.5～21.4m，围岩级别为Ⅳ级。区间渡线暗挖段左、右线最小间距17.2m，单渡线长度左幅131.67m、右幅79.641m。区间暗挖段共设置4个断面，分别为A型(单线标准断面)、B型(单线洞门断面)、C型(渐变扩大断面)、D型(斜通道断面)。车站在渡线大桩号侧(见图1)。

　　

　　图1 单渡线开挖断面分布  

　　 

　　1.1 技术参数

　　(见表1)

　　1.2 难点分析及应对措施

　　1.2.1 难点分析

　　1)开挖工序复杂，开挖、换拱过程存在较大风险。

　　2)二衬支架施工空间有限，施工组织难。

　　3)区间矿山法隧道位于迎宾路下方，隧道埋深浅，保证周围建(构)筑物稳定是施工重点。

　　1.2.2 应对措施

　　1)严格按设计进行施工，合理组织施工顺序，施工中制定详细施工计划，施工支护应配合开挖作业及时进行，确保施工安全。加强换拱地段径向注浆效果检测，顶部施作超前小导管，加强监控量测，当总变形满足要求时方可换拱，力保施工安全。

　　2)二衬施工在初支全部完成围岩稳定后组织进行，每次施工长度为10m，双洞可同时进行施工，施工顺序为从小桩号向大桩号。

　　3)首先进行试验确定注浆参数，以取得最佳的注浆效果加固地层，注浆过程中根据监控量测及时反馈施工。及时施作初期支护或临时支护，早封闭、早成环，施工过程中严格按拟定的监控量测方案对建(构)筑进行监测，通过监测指导现场施工。

　　2 开挖工艺

　　2.1 施工顺序

　　渡线暗挖整体施工顺序为从大桩号向小桩号(图2左侧为小桩号侧，右侧为大桩号侧)，采用7个开挖阶段6步施工顺序，总体顺序为先施工右线再施工左线，最后“反掏”施工渐变段。数字序号为开挖阶段，箭头为掘进方向，如图2所示。

　　

　　图2 总体施工顺序(单位:m)  

　　 

　　1)第1步先施工右线A型断面至C型断面(见图3a)。

　　

　　图3 第1～6步施工顺序  

　　 

　　2)第2步右线施工渐变扩大C型断面，与此同时左线施工A型断面，左线与右线开挖面前后距离≥30m(见图3b)。

　　3)第3步右线继续施工渐变段，通过边墙注浆锚管对右侧核心土进行注浆加固，施工至C型断面终点(大端)时对掌子面进行挂网喷浆封堵;左线继续向小桩号方向施工A型断面至盾构法隧道与矿山法隧道分界处B型断面(见图3c)。

　　4)第4步左线“返掏”施工C型断面(剩余段)至D型断面与其分界处，对掌子面采用钢拱架及格栅进行封闭，同时对右侧核心土进行注浆加固(见图3d)。

　　5)第5步右线破除开孔范围内初支，向小桩号方向施工A型断面至盾构法隧道与矿山法隧道交界处B型断面(见图3e)。

　　  

　　表1 技术参数 

　　 

　　 

　　

　　表1 技术参数

　　6)第6步D型断面施工(见图3f)。

　　2.2 进洞施工

　　车站为3跨3层站，长168.2m。基坑宽23.5m，采用半盖挖法施工，钻孔桩+内支撑的支撑结构。在半盖挖车站具备进洞条件下，通过超前大管棚进洞，用台阶法进入区间暗挖。

　　2.3 洞身开挖

　　隧道利用围岩自承能力，受地理位置及隧道埋深限制，为减少地层扰动和对周边建筑物保护，根据岩层岩性，隧道开挖采用人工或小型机械，遵循“管超前、严注浆、短进尺、强支护、早闭合、勤量测”的原则，初支拱顶沉降和收敛基本稳定后，逐渐拆除临时支撑，拆除长度一般宜≤5m。

　　隧道(各导洞)均采用人工+小挖掘机(带松土器)进行开挖，上台阶留核心土，且各台阶根据土层稳定情况采用1∶(0.8～1.0)放坡，为及时封闭掌子面可喷射早强混凝土(见表2)。

　　  

　　表2 地铁渡线开挖方式明细 

　　 

　　 

　　

　　表2 地铁渡线开挖方式明细

　　3 关键工序施工工艺

　　3.1 A型到C型断面施工

　　由A型断面渐变至C型断面，C型断面分8段圆曲线，其中2段圆曲线半径、长度发生渐变，6段圆曲线半径、长度不变。左线施工由长沙地铁6号线迎宾路口站向小桩号掘进，在ZDK33+510.462处存在A型、C型断面突变处，左线继续向小桩号方向施工A型断面至盾构法隧道与矿山法隧道分界处B型断面。左线“返掏”施工C型断面(剩余段)至D型断面与其分界处，及时封堵开挖面进行核心土注浆(见图4)。

　　1)第1步开挖C型断面最大端1/3跨，跨度约5.5m，架设型钢中隔壁封闭初支，顶部挑高约1.05m;利用6榀格栅钢拱架渐变中隔壁型钢位置扩大开挖断面达到可架设中间临时中隔壁的正常开挖断面的目的，每榀宽度扩挖0.5m;正常开挖半断面;当达到无需中隔壁段时再次渐变到侧壁，全断面封闭格栅钢拱架，直至C型小断面段最小端(见图5a及图6)。

　　2)第2步拆除第2次中隔壁渐变段，并逐榀封闭初支;正常开挖半断面，补充架设A型、C型断面接口处跨中临时中隔壁(见图5b)。

　　3)第3步拆除第1次中隔壁渐变段，挖除三角区土体，逐榀封闭初支(见图5c)。

　　3.2 临时支撑及中隔壁拆除

　　3.2.1 拆除方法

　　当暗挖及初支完成后，围岩变形收敛稳定后进行临时支撑和中隔壁破除，采用小型挖掘机破除，挖掘机采用140型挖掘机带破碎锤机，挖掘机重13t，最大挖掘高度8.5m，最小旋转半径2.7m。上导洞的中隔壁破除完成后，挖掘机站在下导洞内破除剩余的临时横撑和下部中隔壁。

　　

　　图4 A型断面渐变至C型断面  

　　 

　　

　　图5 第1～3步开挖示意  

　　 

　　

　　图6 A型到C型断面突变  

　　 

　　3.2.2 拆除顺序

　　首先，先破除临时支撑的混凝土，割除钢筋网片，拆除时对初支进行监控量测。当周边位移变形速率及拱顶下沉速率无变化时，从上到下割除9,10号型钢支撑。监测数据无异常，再跳段拆除3,4,15,16号支撑，最后进行剩余型钢拆除，拆除顺序如图7所示。

　　

　　图7 临时支撑拆除顺序  

　　 

　　当在型钢支撑拆除过程中出现隧道变形速率增大，即周边位移速率>0.1mm/d，拱顶沉降速率>0.15mm/d时，先施工仰拱，待仰拱强度达到100%后再拆支撑。

　　3.3 堵头墙及楔形土体加固

　　A型断面与C型断面接口处衬砌断面端头墙设计如图8所示，其中断面接口位置采用2榀钢拱架并排设置。接头墙初期支护采用锚喷支护。接头墙采用22砂浆锚杆，长3 000mm，间距为500mm×1 000mm，梅花形布置;8双层钢筋网，C25早强喷射混凝土;I20，间距500mm;分布筋，32环形布置。洞门封堵处工字钢与A型、D型断面初支钢拱架焊接，A型、D型断面施工时，破除开洞范围内钢拱架。

　　

　　图8 端头墙封堵、楔形土体加固  

　　 

　　渡线喇叭口由小渐大，线间土体宽度约由9m渐变为1m，根据以往经验理论分析，当线间距<3m时，楔形土体易失稳，必须采取一定措施进行加固。

　　1)注浆加固当先行隧道开挖和初期支护完成后，径向梅花形施工42注浆导管，导管长度取1.0～3.0m (100mm×100mm)，渗透注水泥浆，终压定为1.5MPa。

　　2)拉锚加固在楔形区域施作22砂浆锚杆，长1.2～3.5m，环向间距0.7m，纵向间距0.25m，锚杆布置在钢格栅两侧，施工中锚杆与格栅焊接牢靠，形成合力，保证支护体系稳定。

　　4 二次衬砌

　　鉴于渡线隧道二次衬砌标准段较短，开挖截面变化多，故二次衬砌采用支架现浇施工，施工方向同开挖方向，因满堂支架搭设将会影响机械开挖及出土运输，根据施工要求可在初期支护完全施工后再进行二衬施工。由于渐变段C型断面较高，先施工边墙再施工拱顶，其他断面边墙、拱顶可一次浇筑。

　　4.1 模板体系

　　由型钢拱架、盘扣支架及钢模板形成模板体系。钢拱架采用I16弯制而成，模板采用P3015小型平模，支架采用48×3.5 Q235钢管搭设，剪刀撑按要求设置。钢拱架纵向间距通过计算为0.9m,1cm厚钢板人工打孔焊接在工字钢端头，钢板之间用4组螺栓连接;钢拱架环向2m布置22纵向连接筋，满堂钢管脚手架支承工字钢。立杆顶部由可调节顶托调节距离。

　　4.2 标准段A型断面模板支架设计

　　选具有代表性截面(A型断面和C型断面)进行计算。

　　1)边墙、拱模采用P3015组合钢模，背肋拱架采用I16制作，间距900mm，采用48×3.5钢管支撑。支撑布置如图9所示。

　　

　　图9 标准段A型断面模板支架布置横、纵断面  

　　 

　　2) C型断面模板支架设计(见图10)。

　　4.2.1 工字钢力学验算

　　起拱线以上考虑混凝土自重及模板自重，用MIDAS软件对拱架进行建模计算。拱架所受弯曲应力、剪应力和挠度满足规范要求。

　　4.2.2 支架力学验算

　　由建模结果可知，弯曲应力、剪应力和挠度均满足要求。

　　

　　图1 0 C型断面模板支架布置横、纵断面  

　　 

　　5 监控量测

　　5.1 监测点布置方法和要求

　　利用监控量测信息指导设计与施工是浅埋暗挖施工工序的重要组成部分，过程中加强地表建(构)筑物监测，主要监测项有地表沉降、地下水位观测、建筑物竖向位移、裂缝等，监控量测工作自始至终确保安全。地表监测点布置如图11所示，图中浅灰色三角代表地表沉降，深灰色远点(JGC/JGF)分别代表建筑物竖向位移、裂缝，W空心圆代表地下水位观测(见表3)。

　　隧道内拱顶下沉量测点靠近开挖面布设，间距<1m，地表下沉点参照常规水准点设置，与洞内拱顶下沉点宜在同一断面。

　　5.2 过程控制

　　测量过程中坚持“五固定”原则，即测量人员、测量仪器、测量时间、测量基准点、测量线路固定，初始采集时通过变化测量位置、测量方法及采用不同的棱镜高、仪器高等方法保证采集的初始数值正确。隧道内测量保证反光贴位置固定，避免反光贴表面污染，确保测量连续性。

　　  

　　表3 监控量测内容 

　　 

　　 

　　

　　表3 监控量测内容

　　

　　图1 1 建筑物监测布置  

　　 

　　5.3 监测结果

　　在变截面最大处取代表性的A,B,C 3个测点，A表示拱顶沉降点，B,C表示拱腰处净空收敛点，数据采用全站仪非接触测量取得，采用回归分析法进行数据处理，当监测时间达到38d时，其沉降变形速率已连续1周<0.15mm/d，此时的总沉降量为20.69mm;净空变形监测达到28d时，净空位移变形速率已持续1周<0.20mm/d，此时总变形量为20.06mm。变形基本稳定应符合隧道周边位移速度有明显减缓趋势。

　　量测作业直至变形基本稳定2～3周后结束，围岩基本稳定以拱脚水平收敛速度<0.1～0.2mm/d，拱顶下沉速度<0.07～0.15mm/d为评判依据，可知当该断面开挖后监测达到37d时隧道围岩和支护机构变形达到稳定状态(见图12)。

　　

　　图1 2 断面拱顶沉降与净空收敛回归曲线  

　　 

　　6 结语

　　1)采用7个开挖阶段6步施工顺序，由小断面向大断面逐步转换，三角区核心土部位、“反掏”过程及拆撑需严格按监控量指导现场施工。

　　2)通过“反掏”施工方法，逐渐挑顶，渐变标准段至扩大的断面分界处可实现变截面渡线隧道安全施工。

　　3)跨度大，洞身高，二次衬砌也是施工中的一个难点，通过MIDAS软件对变截面渡线隧道模板支架体系进行设计计算，拱腰与拱顶相交处受力较大，是施工控制重点。

　　4)从施工角度说明该施工方法可行，基本解决了变截面隧道开挖、初支和二衬在施工中面临的技术难题。

　　本文尚未对监控数据进行数理统计，隧道地质复杂，工序较多，需进一步研究工法转换和拆撑对结构的影响，施工中应更加深入分析存在的问题，采取有效技术措施，不断完善现有技术不足之处，运用科学手段组织施工。