CN110735656B - 软质岩地区基于拱盖法的超大断面暗挖车站洞内逆作法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种软质岩地区基于拱盖法的超大断面暗挖车站洞内逆作法，包括如下步骤：S1、完成顶层和中间层开挖区域的开挖，以及底层中间跳槽区的开挖；S2、进行车站局部仰拱、第二段侧墙和负二层行车板结构施工，S3、完成全断面开挖，并施作二衬衬砌剩余部分和车站负二层行车板结构。通过永临结合的支护措施，以及特殊部位的加强措施，结合暗挖隧道洞内逆作法施工，使拱盖法有效的应用于软质岩地区。隧道断面中下部开挖通过中部拉槽，两侧分区分部开挖实现了洞内三维空间的施工组织，相对于传统的基于掌子面的开挖方式，为施工提供了充足的作业空间。

Description

软质岩地区基于拱盖法的超大断面暗挖车站洞内逆作法

技术领域

本发明涉及地下建筑工程技术领域，具体涉及一种软质岩地区基于拱盖法的超大断面暗挖车站洞内逆作法。

背景技术

在软质岩地区，暗挖大断面地铁车站多采用双侧壁导坑法施工，其施工步序复杂、临时支护多、施工工效低，虽技术成熟，但投资较高，工期较长。

暗挖大断面车站也可采用拱盖法施工，但传统的拱盖法一般应用于抗压强度较高的较硬岩或硬岩地层，主要利用其侧墙岩层良好的自稳能力。轨道交通工程中部分同台换乘的车站需要设置两层行车板，使得需要开挖超大断面，隧道中下部的侧墙高度高，为高边墙地下结构；在国内大连、青岛等以较硬质岩或硬质岩地层为主的城市，部分轨道交通工程地下二层暗挖车站工程采用传统拱盖法施工。一些地区岩层主要为砂岩与砂质泥岩互层，以砂质泥岩为主，完整性介于完整与较完整之间，围岩等级一般为Ⅳ级。砂质泥岩的饱和抗压强度普遍≤15MPa，属于软岩，其承载能力较低，且隧道围岩中多发育有裂隙、层面等不利结构面。因此就需要一种适用于软质岩地区的大断面暗挖车站断面施工方法。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的问题是提供一种软质岩地区基于拱盖法的超大断面暗挖车站洞内逆作法，该工法通过永临结合的支护措施，以及特殊部位的加强措施，使得其能适用于质岩地区的大断面暗挖车站断面施工，有效提高了施工效率、节约工期和工程投资。

本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：本发明提供了一种软质岩地区基于拱盖法的超大断面暗挖车站洞内逆作法，断面中下部纵向根据车站长度分段、竖向分成三层开挖区域，从上至下依次为顶层、中间层和底层，每层开挖区域包括中间跳槽区和两侧区进行开挖，包括如下步骤：

S1、完成顶层和中间层开挖区域的开挖，以及底层中间跳槽区的开挖；

S2、进行车站局部仰拱、第二段侧墙和负二层行车板结构施工，其中所述负二层行车板结构包括轨道行车板、支撑柱和支撑梁；

S3、完成全断面开挖，并施作二衬衬砌剩余部分和车站负二层行车板结构。

进一步，顶层、中间层和底层的高度比为4:5:6，其中底层上断面距离负二层行车板下断面0.9~1.5米。

进一步，在步骤S2中，在施工过程中将轨道行车板与第二段侧墙整体浇筑。

进一步，步骤S1还包括如下子步骤：

S11、顶层中部跳槽区开挖，顶层两侧区开挖；

S12、第一段侧墙施工；

S13、对顶层设置钢支撑，并对钢支撑施加预应力以控制周围岩土变形，加强第一段侧墙和拱盖拱脚的安全；

S14、中间层中部跳槽区开挖，中间层两侧区开挖；

S15、底层中部跳槽区开挖。

进一步，在步骤S1之前还包括：

步骤S01、拱部开挖及拱脚拱盖施工；其中拱部的开挖采用双侧壁导坑法进行开挖，开挖顺序依次为：上部左右两侧上导洞、上部左右两侧下导洞、上部中上导坑、上部中下导坑；并在开挖过程中施作初期支护和临时支护。

进一步，在步骤S01中，大拱脚部位岩土开挖采用非爆破开挖以保证岩体完整性；上部拱盖浇筑完成后观测大拱脚部位岩土体基岩裂隙水渗漏情况，对于存在岩体基岩裂隙水渗漏的区域，采用导管将地下水引出，保证地下水不在拱脚部位汇集而降低岩体强度。

进一步，在步骤S1中，每开挖一层后，施作一层侧墙二衬，并在侧墙端部预留钢筋接驳器，同时在侧墙底部纵向设置工字钢支座，使得侧墙与下部未开挖岩层楔紧。

进一步，在步骤S1中，从上至下每一层中间跳槽区的坡度随着深度的增加而增大。

进一步，在步骤S1中，两侧区的侧墙开挖采用逆作法施工，跳槽区要随挖随支，在开挖过程中同时设置锚杆和肋柱，且放坡处每步开挖高度不大于2米。

本发明还提供了一种软质岩地区基于拱盖法的大断面暗挖车站洞内逆作法，断面中下部纵向根据车站长度分段、竖向分成两层开挖区域，从上至下为顶层和底层，每层开挖区域包括中间跳槽区和两侧区进行开挖，具体包括如下步骤：

S1、完成顶层开挖区域的开挖，以及底层中间跳槽区的开挖；

S2、进行车站局部仰拱、侧墙和站厅层板结构施工，其中所述站厅层板结构包括轨道站厅层板、支撑柱和支撑梁；

S3、完成全断面开挖，并施作二衬衬砌剩余部分和车站其他结构。

由上述技术方案可知，本发明的有益效果：本发明提供了一种软质岩地区基于拱盖法的超大断面暗挖车站洞内逆作法，断面中下部纵向根据车站长度分段、竖向分成三层开挖区域，从上至下依次为顶层、中间层和底层，每层开挖区域包括中间跳槽区和两侧区进行开挖，包括如下步骤：S1、完成顶层和中间层开挖区域的开挖，以及底层中间跳槽区的开挖；S2、进行车站局部仰拱、第二段侧墙和负二层行车板结构施工，其中所述负二层行车板结构包括轨道行车板、支撑柱和支撑梁；S3、完成全断面开挖，并施作二衬衬砌剩余部分和车站负二层行车板结构。通过永临结合的支护措施，以及特殊部位的加强措施，结合暗挖隧道洞内逆作法施工，使拱盖法有效的应用于软质岩地区。同时通过在大拱脚下部设置临时钢支撑并施加预应力，使得大拱脚部位岩体处于三向约束状态，加强了大拱脚部位岩体承载力，确保了拱脚岩体的稳定。隧道断面中下部开挖通过中部拉槽，两侧分区分部开挖实现了洞内三维空间的施工组织，相对于传统的基于掌子面的开挖方式，为施工提供了充足的作业空间。极大地改善了洞内施工作业环境，同时能够在主体结构浇筑完成之前，施作车站负二层行车板结构。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明实施例一断面竖向分层开挖示意图；

图2~图6位本发明实施例一上部拱部开挖及拱脚拱盖施工步骤图；

图7~图14位本发明实施例一下部开挖施工步骤图；

图15为图8的S位置局部放大图；

图16为本发明实施例二的竖向分层开挖示意图。

附图标记：

1-拱部；2-拱盖；3-锚杆；41-第一段侧墙；42-第二段侧墙；5-工字钢支座；6-钢支撑；71-负二层行车板；72-支撑柱；73-支撑梁；74-仰拱；75-站厅层板。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

实施例一，请参阅图1~15，本发明提供了一种软质岩地区基于拱盖法的超大断面暗挖车站洞内逆作法，包括如下步骤：步骤S01、拱部开挖及拱脚拱盖施工；隧道开挖过程中，需要首先完成上部拱部的开挖，并完成拱脚拱盖的施工，其中拱部的开挖采用双侧壁导坑法进行开挖，开挖顺序依次为：如图2所示，上部左右两侧上导洞开挖；如图3所示，上部左右两侧下导洞开挖；如图4所示，上部中上导坑开挖；如图5所示，上部中下导坑开挖；如图6所示，分段施作上部防水层、施作上部二衬结构拱盖。同时在开挖过程中施作初期支护和临时支护。上部断面开挖时采用双侧壁导坑法要求短进尺、弱爆破，单步开挖进尺应小于1m，及时施作为初期支护和二衬，并要求左右导洞应相互错开至少10m。同时在大拱脚部位内置暗梁，起到变形协调和受力传递作用，使得局部的变形突变或受力集中能沿隧道纵向传递，从而加强隧道整体稳定性。

完成拱部开挖及拱脚拱盖施工后完成断面中下部的开挖，断面中下部纵向根据车站长度分段、竖向分成三层开挖区域，从上至下依次为顶层、中间层和底层，每层开挖区域包括中间跳槽区和两侧区进行开挖；具体的，如图1所示，将中下部分为顶层的中间跳槽的A1区和两侧的A2区、中间层中间跳槽的B1区和两侧的B2区以及底层中间跳槽的C1区和两侧的C2区。

具体步骤如下：

S1、完成顶层和中间层开挖区域的开挖，以及底层中间跳槽区的开挖；从上至下每一层中间跳槽区的坡度随着深度的增加而增大。

进一步的，S11、开始顶层中部跳槽区开挖，如图7所示，断面中部拉槽开挖A1区；跳槽区要随挖随支，在开挖过程中同时设置锚杆和肋柱，且放坡处每步开挖高度不大于2米，在面层施工完毕后再进行下步土方开挖，防止边坡坍塌。具体的，顶层跳槽区的坡度为45度，能够充分满足跳槽区的宽度，确保施工质量能够的到有效控制。然后开始顶层两侧区开挖，如图8所示，跳槽开挖断面顶层左右两侧A2区，侧墙开挖采用逆作法施工，至上而下施工随挖随支，并及时施作锚杆挡墙。

S12、如图8所示，第一段侧墙施工；在顶层开挖完成后，施作第一段侧墙二衬，并在第一段侧墙端部预留钢筋接驳器用于与第二段侧墙的钢筋连接使得整个侧墙的钢筋为整根连续，同时在第一段侧墙底部纵向设置工字钢支座，使得第一段侧墙与中间层未开挖岩层楔紧，从而完全避免上部拱盖塌落风险。

S13、如图9所示，对顶层设置钢支撑，并对钢支撑施加预应力以控制周围岩土变形，加强第一段侧墙和拱盖拱脚的安全。

S14、中间层中部跳槽区开挖，如图9所示，断面中部拉槽开挖B1区；跳槽区要随挖随支，在开挖过程中同时设置锚杆和肋柱，且放坡处每步开挖高度不大于2米，在面层施工完毕后再进行下步土方开挖，防止边坡坍塌。具体的，中间层跳槽区的坡度为60度，在保证中部跳槽宽度的同时使得跳出区的坡度随着深度的增加而增大。然后进行中间层两侧区开挖；在开挖B2区时分段拆除第一段侧墙底部纵向设置的工字钢支座，如图10所示，跳槽开挖断面顶层左右两侧B2区，侧墙开挖采用逆作法施工，至上而下施工随挖随支，并及时施作锚杆挡墙。隧道边墙锚杆采用长锚杆，锚杆通过潜在破坏区后锚入稳定岩层，同时密布的侧墙锚杆起“插筋”作用，能够起到提高围岩抗剪强度值，并能加固因隧道开挖造成的隧道松动圈，从而利于侧墙稳定。

S15、底层中部跳槽区开挖，如图11所示，断面中部拉槽开挖C1区；跳槽区要随挖随支，在开挖过程中同时设置锚杆和肋柱，且放坡处每步开挖高度不大于2米，在面层施工完毕后再进行下步土方开挖，防止边坡坍塌。具体的，底层跳槽区的坡度为70度，在保证中部跳槽宽度的同时使得跳出区的坡度随着深度的增加而增大。

S2、完成底层中部跳槽区的开挖后，如图12所示，进行车站局部仰拱、第二段侧墙和负二层行车板结构施工，其中所述负二层行车板结构包括轨道行车板、支撑柱和支撑梁；负二层行车板结构同时作为支撑体系，对侧墙进行支撑，从而减小侧墙一次性开挖高度，加强了侧墙稳定性，同时减少临时支撑，减少材料的使用、提高工作效率。而负二层行车板一般处于侧墙中段，使得断面开挖完成前，负二层行车板结构可以提前实施，可以将负二层行车板结构作为支撑体系。

S3、如图13所示，完成全断面开挖，拆除临时支撑；如图14所示，最后施作二衬衬砌剩余部分和车站负二层行车板结构。开挖下步过程中，每次开挖，必须做好爆破减振措施，做好对既有结构的保护措施。

作为对上述技术方案的进一步改进，顶层、中间层和底层的高度比为4:5:6，其中底层上断面距离负二层行车板下断面0.9~1.5米。底层上断面距离负二层行车板下断面0.9~1.5米使得在浇筑负二层行车板时方便支模以及施工，同时在浇筑完成负二层行车板后，进行C2区的开挖时，避免了负二层行车板干扰施工。顶层开挖时需要考虑到大拱脚的一部分压力会向下传递，应该尽快完成顶层的开挖施作第一段侧墙以及临时支撑避免侧墙失稳，使顶层的开挖高度最低，第一段侧墙的高度最低，能尽快完成顶层的施工，然后设置临时钢支撑使得拱脚部位岩体呈三向受力状态以增加岩体承载能力和稳定性；中间层的开挖高度为整个中下部分分层开挖高度的三分之一，使得负二层车板始终在第二段侧墙上，且底层上断面距离负二层行车板下断面的距离保持在0.9~1.5米，便于负二层行车板结构的提前施作，在负二层行车板结构与隧道侧墙整体浇筑后，作为支撑体系整体受力，加强了侧墙稳定性；在第一段侧墙、第二段侧墙和负二层行车板结构整体受力后增加了结构安全度，以负二层行车板结构作为支撑体系比使用临时钢支撑具有更好的支撑效果，使得侧墙更稳定，在开挖底层时受到上部的作用力更小，底层可以具有更高的开挖高度。

作为对上述技术方案的进一步改进，在步骤S2中，在施工过程中将轨道行车板与第二段侧墙整体浇筑。避免了在行车板与隧道侧墙之间设置施工缝，增加了结构安全度。同时，隧道断面中下部通过永临结合的支锚体系，实现了开挖与衬砌结构的逆作法施工，初期支护自上而下随挖随支，二次衬砌自上而下分段浇筑，实现了洞内逆作法施工，降低了工程风险和施工难度。

作为对上述技术方案的进一步改进，在步骤S01中，大拱脚部位岩土开挖采用非爆破开挖以保证岩体完整性；上部拱盖浇筑完成后观测大拱脚部位岩土体基岩裂隙水渗漏情况，对于存在岩体基岩裂隙水渗漏的区域，采用导管将地下水引出，保证地下水不在拱脚部位汇集而降低岩体强度。

实施例二，本发明还提供了一种软质岩地区基于拱盖法的大断面暗挖车站洞内逆作法，断面中下部纵向根据车站长度分段、竖向分成两层开挖区域，从上至下为顶层和底层，每层开挖区域包括中间跳槽区和两侧区进行开挖，具体开挖方法可参见实施例一；实施方式如下：

步骤S01、拱部开挖及拱脚拱盖施工；

步骤S1、完成顶层开挖区域的开挖，以及底层中间跳槽区的开挖；顶层和底层的高度比例为4:6；

步骤S2、进行车站局部仰拱、侧墙和站厅层板结构施工，其中所述站厅层板结构包括轨道站厅层板、支撑柱和支撑梁；在完成底层的中间跳槽区的开挖后实现站厅层板结构的施工，施工过程中将站厅层板与侧墙整体浇筑，将站厅层板结构代替临时支撑，实现永临结合；

步骤S3、完成全断面开挖，并施作二衬衬砌剩余部分和车站其余结构。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (5)

1.一种软质岩地区基于拱盖法的超大断面暗挖车站洞内逆作法，断面中下部纵向根据车站长度分段、竖向分成三层开挖区域，从上至下依次为顶层、中间层和底层，顶层、中间层和底层的高度比为4:5:6，其中底层上断面距离负二层行车板下断面0.9~1.5米，每层开挖区域包括中间跳槽区和两侧区进行开挖，其特征在于：包括如下步骤：

S1、完成顶层和中间层开挖区域的开挖，以及底层中间跳槽区的开挖；每开挖一层后，施作一层侧墙二衬，并在侧墙端部预留钢筋接驳器，同时在侧墙底部纵向设置工字钢支座，使得侧墙与下部未开挖岩层楔紧，两侧区的侧墙开挖采用逆作法施工，跳槽区要随挖随支，在开挖过程中同时设置锚杆和肋柱，且放坡处每步开挖高度不大于2米；

S2、进行车站局部仰拱、第二段侧墙和负二层行车板结构施工，其中所述负二层行车板结构包括轨道行车板、支撑柱和支撑梁，在施工过程中将轨道行车板与第二段侧墙整体浇筑；

S3、完成全断面开挖，并施作二衬衬砌剩余部分和车站负二层行车板结构。

2.根据权利要求1所述的软质岩地区基于拱盖法的超大断面暗挖车站洞内逆作法，其特征在于：步骤S1还包括如下子步骤：

S11、顶层中部跳槽区开挖，顶层两侧区开挖；

S12、第一段侧墙施工；

S13、对顶层设置钢支撑，并对钢支撑施加预应力以控制周围岩土变形，加强第一段侧墙和拱盖拱脚的安全；

S14、中间层中部跳槽区开挖，中间层两侧区开挖；

S15、底层中部跳槽区开挖。

3.根据权利要求1所述的软质岩地区基于拱盖法的超大断面暗挖车站洞内逆作法，其特征在于：在步骤S1之前还包括：

S01、拱部开挖及拱脚拱盖施工；其中拱部的开挖采用双侧壁导坑法进行开挖，开挖顺序依次为：上部左右两侧上导洞、上部左右两侧下导洞、上部中上导坑、上部中下导坑；并在开挖过程中施作初期支护和临时支护。

4.根据权利要求3所述的软质岩地区基于拱盖法的超大断面暗挖车站洞内逆作法，其特征在于：在步骤S01中，大拱脚部位岩土开挖采用非爆破开挖以保证岩体完整性；上部拱盖浇筑完成后观测大拱脚部位岩土体基岩裂隙水渗漏情况，对于存在岩体基岩裂隙水渗漏的区域，采用导管将地下水引出，保证地下水不在拱脚部位汇集而降低岩体强度。

5.根据权利要求1所述的软质岩地区基于拱盖法的超大断面暗挖车站洞内逆作法，其特征在于：在步骤S1中，从上至下每一层中间跳槽区的坡度随着深度的增加而增大。

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