随着社会的进步与科学技术的不断发展, 地上空间资源日显不足。尤其是大中城市, 由于地面空间资源的过度占用, 使城市的交通、环境、商业等受到了较大的影响。城市地铁有效缓解了地面交通压力, 方便了人们出行, 目前得到了蓬勃的发展。而作为地铁交通主要组成部分的地铁车站, 具有埋深浅、跨度大、地质差等特点, 在不具备明挖施工的条件下, 双侧壁导坑暗挖法施工有很好的适用性。

青岛地铁1号线沧安路站拱顶埋深13m采用双侧壁导坑法施工。双侧壁导坑暗挖施工具有开挖步序多、组织困难等特点, 而本车站具有工期紧、安全风险高、周围环境复杂等特点, 在综合考虑安全、进度的情况下, 施工过程中对本车站的施工工法、方案、组织等进行了一定的优化。

青岛地铁1号线沧安路站位于李沧区沧安路与沧台路交叉口西侧, 沿沧安路呈东西向布置;车站总长207.5m (K50+018.350—K50+225.850) , 为标准地下2层岛式车站, 主体结构断面采用单拱曲墙大断面形式, 标准断面宽20.745m、高18.056m。

车站主体拱顶埋深约13m, 局部有1~4m砂层, 覆岩3.7~9.1m, 车站大部分位于中风化安山岩、凝灰质砂岩地层, 局部为碎裂安山岩, 整体为极破碎~较破碎, 围岩级别Ⅳ2~Ⅴ级。

地下水主要为第四系孔隙潜水与基岩裂隙水, 具有一定的水力联系。第四系孔隙潜水富水好, 属于中等~强透水层。地下水稳定水位标高0.500~2.190m, 稳定水位埋深1.4~5.30m。沧安路站右线地质纵剖面如图1所示。

沧安路现状道路宽22m, 双向4车道, 车流量较大;车站北侧为海沧1号地还迁房, 南侧为沧台路小区2栋6层楼房及1栋7层楼房, 对施工影响的管线主要有车站纵向上方的雨水暗渠、电力、给水等管线。

1) 大管棚本站隧道围岩整体为极破碎~较破碎, 围岩级别Ⅳ2~Ⅴ级, 因此在车站拱部全长设置φ108 (t=8mm, 环距40cm) 的注浆大管棚作为超前支护。

2) 支护标准断面如图2所示。

拱部φ42超前小导管, 长4.5m, 间距0.4m;全环φ8钢筋网, 间距20cm×20cm;全环设格栅钢架, 间距0.5m;全环喷C25混凝土, 厚度35cm;隔墙临时支护:C25喷混凝土厚35cm, φ22锚杆、长4m、间距1m×1m, 内外双层φ8钢筋网, I25b钢架0.5m/榀。

沧安路站主体暗挖采用钻爆施工;利用1, 2, 3号施工竖井通过横通道形成3个作业面;采用双侧壁导坑法分3层、9个洞室进行开挖。总体开挖顺序如图3所示。

左右侧导坑分为上、中、下3层, 首先开挖第1层左右导洞并形成各井贯通作业面;再开挖第2层左右侧导洞;后开挖第3层左右导洞;左右侧导洞错台5m。各导洞开挖时根据地质情况采用台阶法或全断面开挖。

中导坑开挖分为2层, 在完成左右侧导坑开挖封闭成环后, 先分左右开挖中导坑第1层导洞;再施作左右侧导坑仰拱及车站边墙、拱部二次衬砌;后开挖下部核心土、施工中导坑仰拱。

车站主体暗挖施工方法及步序如下。

1) 在拱部全长大管棚注浆条件下, 施作两侧导坑拱部超前小导管, 左右错开开挖侧导坑上层导洞1, 完成初支及临时支护、锁脚锚杆 (见图4a) 。

2) 上层导坑贯通后, 下落施工横通道, 左右错开开挖侧导坑第3层导洞2, 完成初支及临时支护、锁脚锚杆 (见图4b) 。

3) 下落施工横通道, 左右错开开挖侧导坑第3层导洞3, 完成初支及临时支护、锁脚锚杆 (见图4c) 。

4) 施作中导坑拱部超前小导管, 分左右错开开挖中导坑上层导洞4, 完成初期支护和临时支护 (见图4d) 。

5) 分段、分块拆除两侧水平支撑, 施作侧导坑内衬砌仰拱、侧墙二衬结构;待两侧侧墙结构强度达要求后, 再分段拆除上部导洞临时支撑, 施作拱部二衬结构 (见图4e) 。

6) 中导坑下部核心土6开挖, 完成仰拱初期支护 (见图4f) 。

7) 浇筑中导坑剩余的仰拱结构, 盾构空推过站施工完毕后, 浇筑中板、梁、柱等内部结构 (见图4g) 。

优化以监控量测为依据, 在保证安全的前提下, 尽量减少开挖分部及临时支撑, 具体措施如下。

1) 两侧壁导坑2, 3层导洞间暂不设置横撑, 预留横撑连接板, 给后期预留架设条件。

2) 在导洞2, 3之间原横撑位置增加1排胀壳式锚杆, 长度5m, 间距1m, 直径32mm。

3) 在导洞2, 3原横撑位置布置净空收敛点, 测点按10m一个断面布设。

4) 当导洞2, 3初支净空收敛值达到控制值60%, 即12mm时, 导洞2, 3之间横撑应立即架设, 并加强两侧5m范围内的监测频率。

1) 因两侧壁导坑2, 3导洞之间无横撑, 开挖时可以形成上下台阶法施工, 导洞2, 3总的开挖时间可以节约开挖1个导洞的时间。

2) 胀壳式锚杆施工后, 在二衬施工时不需要进行拆除, 节约拆撑的风险和时间。

3) 胀壳式锚杆作为永久性初支, 在后期二衬施工拆撑时, 能起到初支的作用;横撑在二衬施工时需要进行拆除, 在二衬混凝土浇筑前有一段无横撑的真空期, 利用胀壳式锚杆代替横撑间接降低了二衬施工时拆撑的风险。

4) 风险可控, 预留了横撑架设的连接板, 当监测数据异常时及时进行架设, 减少了报废的初支措施, 同时也减少了投资。

优化后导洞2, 3之间无横撑, 利用胀壳式预应力锚杆替代横撑, 导洞2, 3收敛值累计最大值为4.1mm, 开挖状态安全。阶段监测数据如表1所示。

首先施作二衬仰拱及矮边墙→跟进边墙二衬施工→边墙二衬施工完成30m时拆除上部横竖向临时支撑, 首次拆除长度8m, 以后每次拆除6m, 施工拱部二衬→拱顶二衬施工完毕后开挖掉剩余核心土部分, 施作二衬底板仰拱。施工步序如下。

1) 导洞4开挖贯通、支护施工完成后, 施作二衬仰拱及矮边墙 (见图5a) 。

2) 及时跟进边墙二衬施工 (见图5b) 。

3) 边墙二衬施工完成30m时, 拆除拱部横撑及竖撑, 首次拆除长度8m, 以后每次拆除6m, 浇筑拱部二衬 (见图5c) 。

4) 拱部二衬施工完毕后, 开挖核心土部分, 施作二衬仰拱 (见图5d) 。

本站二次衬砌采用仰拱、边墙、拱部分开浇筑, 因此分为2台边墙、仰拱台车和1台拱部二衬台车。台车根据沧安路站隧道要求设计, 长度6.1m。台车外轮廓半径外放50mm, 模板面板选用10mm钢板, 弧板最宽为296mm, 中心高6 306mm, 轨距3300mm, 净空高4 000mm, 顶升油缸行程300mm 4只, 侧向油缸行程300mm 2只, 水平油缸行程300mm 2只, 液压站1套, 油管1套。如图6, 7所示。

边墙二衬开始施工时组装拱顶二衬台车。待边墙二衬施工30m时开始施工拱顶二衬台车施工拱顶二衬。

锁脚锚管型号为φ42×3.5的钢管, 长度4.5m, 每侧拱脚处打设2根。在施工过程中, 拱脚处打设的锁脚锚管角度参差不齐, 同时钢管与格栅主筋点焊连接, 不能保证锁脚锚管发挥全部作用。现场采用重复使用的导向管模具、锁脚锚管L形筋固定等措施。

1) 导向管模具 钻孔导向管模具采用钢板、钢管制作。钢板厚度5mm, 尺寸根据锁脚锚杆布置要求确定, 采用450mm×150mm;导向管长度35cm, 内径根据钻孔尺寸确定, 选用80mm×4.5mm的钢管, 导向管穿透钢板焊接固定。

2) L形固定筋 选用φ22螺纹钢筋, L形筋与格栅主筋焊接长度11cm, 与锁脚锚管焊接长度根据钢架厚度确定, 锚固段长度根据钢架宽度确定。

3) 施工 安装格栅后, 利用强磁铁以及格栅拱脚处的纵向连接筋固定导向管模具, 在导向管中钻孔, 确定锁脚锚管安装角度。

在格栅外侧安装锁脚锚管, 使用L形筋加强锁脚锚管与格栅主筋连接的整体性, L形筋一端与格栅主筋满焊, 中间与锁脚锚管满焊, 另一端形成弯勾与格栅主筋锚固增加整体效果。

沧安路站设计在K50+018.350—K50+078.350 (长60m) 及K50+151.650—K50+198.380 (长46.73m) 两段岩体破碎、地下水发育地段, 采取拱部超前帷幕注浆进行止水和加固岩体。

1) 注浆加固范围 注浆加固范围为车站拱部开挖轮廓线外4m, 每一循环注浆长度20m、开挖15m、留5m作为下一循环的止浆岩盘。

2) 注浆孔布置 注浆孔按扩散半径2m、孔底间距2m布置, 共设6环122个注浆孔, 采用φ108钻头开孔。注浆孔布置如图8, 9所示。

3) 注浆参数 (1) 注浆压力注浆处静水压力加1~2MPa, 注浆泵压力应达到设计压力的1.3~1.5倍。 (2) 注浆量根据计算理论注浆量来估算注浆量大小, 实际操作时, 以注浆压力和现场实际情况灵活控制注浆量。 (3) 注浆材料一般采用水泥-水玻璃双液浆, 当水量较大特殊需要时, 采用超细水泥进行补充注浆, 具体注浆量及配比进行现场试验, 根据试验结果进行调整。

4) 注浆方式 成孔注浆采用前进式分段注浆, 分段长度5~7m。

5) 注浆孔及孔口管 注浆孔前段设φ100孔口管, 后续注浆段采用φ76钻头成孔。孔口管采用φ108钻头开孔, 钻深2~2.5m, 退出钻杆, 安装采用螺栓固定法, 在孔口管距法兰盘端部30, 60cm处缠绕2道棉纱, 孔内放入环氧树脂锚固剂, 将孔口管顶入孔内, 用螺栓固定。

6) 注浆顺序 从外圈向内圈注浆, 每环注浆孔先施工奇数编号注浆孔, 然后施工偶数编号注浆孔, 同时兼作检查孔。

7) 注浆结束标准 持续注浆10min且进浆速度为开始进浆速度的1/4或进浆量达到设计进浆量的80%及以上时注浆可结束。

8) 注浆效果检查 一个注浆段的全部注浆孔注浆完成后, 在主要出水点附近钻设3~5个检查孔, 测孔内涌水量, 单孔涌水量<0.2L/min.m, 隧道开挖后允许渗水量<2.5L/ (min·m) ;或进行压水试验, 在0.75MPa的压力下, 涌水量<2L/min。如注浆结束未达到设计要求时, 进行补充注浆。

6结语

双侧壁导坑法主要适用于地质差、断面大、地层变形控制要求高的大断面隧道施工, 青岛地铁1号线沧安路站正符合该条件。但施工中组织困难, 工序转换多、工期长, 因此在传统双侧壁导坑法施工的基础上需要研究优化适合沧安路站的工法。

分析原设计的双侧壁导坑工法及监控量测数据, 对导洞2, 3步进行了一定的优化, 进行动态设计, 在收敛不大的情况下采用胀壳式预应力锚杆新型工艺代替横撑, 缩短了导洞2, 3的开挖时间, 同时也减少了二衬施工时拆撑的时间和风险。同时本车站二衬施工时, 利用大跨度台车进行施工, 尝试了大跨度台车在地铁车站里的应用, 研究出适合本车站特点的衬砌施工技术。