上软下硬地层中双侧壁导坑法中隔壁改进研究*

朱丹晖，李东阳，李 梦

(1.中铁工程设计咨询集团有限公司，山东 济南 250022； 2.中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院，北京 100083；3.人民交通出版社股份有限公司，北京 100011)

0 引言

本文基于青岛地区上软下硬地层的特点，提出对上软下硬地层地铁车站双侧壁导坑法中隔壁的改进，以求达到减少工序转换、降低支撑费用的目的。同时，通过工程现场监测验证改进工法的优势。

1 改进方法

目前双侧壁导坑法施工步骤(见图1)：①将断面分为若干个导坑，各侧壁导坑开挖后方可进行下一步开挖，地质条件差时，每个台阶底部均应按设计要求设临时钢架或临时仰拱；②各部开挖时，周边轮廓应尽量圆顺；③应在先开挖侧喷射混凝土强度达到设计要求后再进行另一侧开挖；④左、右两侧导坑开挖工作面的纵向间距宜为10～15m；⑤当开挖形成全断面时应及时完成全断面初期支护闭合；⑥中隔壁及临时支撑应在浇筑二次衬砌时逐段拆除。

图1 双侧壁导坑法开挖示意

因中隔壁及临时支撑在施作二次衬砌前需要分段拆除，各导洞开挖工期交错，各导洞单独施作二衬造成不能及时封闭二衬，中间导洞开挖过程中需施加临时横撑，造成施工工序转换频繁，各种施工机具搬运调动较多，极大地影响了工程进度。

因此，基于青岛地区地铁上软下硬地层的特点，提出适合于该种地层条件下地铁车站双侧壁导坑法中隔壁的改进方法及其对应的支护设计方法(以下简称“改进双侧壁导坑法”)，如图2所示。

图2 中隔壁的改进方法及支护设计

改进后的双侧壁导坑法最突出的优点就是取消了临时横撑，这既减少了施作临时钢支撑的施工工序，又没有了后期的拆除工作。同时，将原来的9个小施工分区简化为6个，减少了施工工序转换，增加了前期开挖工作面，缩短了常规做法所需工期，节约了大型机械设备及周转工具租赁费和项目管理费用。

2 工程应用实例

2.1 工程概况

青岛地铁2号线汽车东站主要位于辽阳东路，跨越深圳路，车站结构范围内基本无建筑；地貌为剥蚀残丘，地面标高43.770～51.820m，地形稍有起伏，整体呈从西向东缓倾。开挖范围内地层主要为强、中、微风化花岗岩，强风化带厚度不大，见煌斑岩、细粒花岗岩脉。地下水补给条件较差，地下水较贫乏。

本改进方法首先在青岛地铁2号线汽车东站应用。按GB 50307—2012《城市轨道交通岩土工程勘察规范》确定工程重要性等级为一级，场地复杂程度为中等复杂场地，工程周边环境风险等级为二级。车站主体结构暗挖段衬砌断面设计如图3所示。施工过程按图2所示步骤进行。

2.2 监测方案与结果

由于隧道工程的特殊性、复杂性和隧道围岩的不确定性，对隧道围岩的支护结构进行变形监测是保证施工安全必不可少的手段。为检验改进工法的施工安全性，对施工过程中地表沉降、拱顶沉降、净空收敛变化数据进行分析。现场监测项目和具体要求如表1所示，测点布置平面如图4所示。

2.2.1地表沉降变化规律分析

根据监测点布置图，取1号风道断面A—A和开挖断面B—B上的测点，将各测点每月20日的沉降数据绘制成曲线，如图5所示。

图5 地表监测点沉降曲线

由图5a可看出，在车站开挖施工初期(2014年7—9月)，风道A—A断面地表监测点的沉降变化较小，最大累计变化量为-8.63mm。2014年10月，各监测点沉降值有了较明显增大，最大累计变化量为-14.01mm。2014年11月至2015年2月，各监测点沉降有所波动，最大累计变化量为-17.34mm。2015年3月，各监测点沉降有所减小，最大沉降量减小至-13.29mm。之后，随着隧道开挖距离的增大，各监测点沉降值呈现逐步增大趋势，到2016年8月，最大沉降量增大至-38.01mm。

由图5b可看出，开挖断面B—B地表监测点沉降随着施工进度逐步平稳增大，到2016年3月，最大沉降量增大至-26.22mm。

整体来看，在隧道施工全过程，地表沉降变化平稳，最大沉降量未超过警戒值，说明改进工法能较好地控制地表沉降，保证工程安全。

2.2.2拱顶沉降变化规律分析

根据监测点布置图，取1号风道断面C—C上的测点，将各拱顶监测点每月20日的沉降数据绘制成曲线，如图6所示。由图中可看出，2014年7—10月，拱顶监测点沉降不断增大，最大值达-8.35mm。2014年11月至2015年5月，拱顶沉降波动较明显，最大值为-10.5mm。2015年6月至2016年5月，拱顶沉降变化不大，最大值为-11.49mm。之后，拱顶沉降迅速增大，到2016年8月，最大值达-18.61mm。总体来看，本车站施工全过程中拱顶沉降较小，说明改进工法能很好地控制围岩变形，保证隧道结构安全。

图6 风道C—C断面拱顶监测点沉降曲线

2.2.3净空收敛变化规律分析

选取有代表性的净空收敛监测点，将各监测点每月20日的监测数据绘制成曲线，如图7所示。由图中可看出，2014年7月至2016年3月，净空收敛在不断波动，最大值为-8.33mm。之后，净空收敛不断增大，到2016年8月，最大值增大至-17.76mm。总体来看，净空收敛值较小，再次说明改进工法的施工优越性。

图7 净空收敛监测点数据变化曲线

3 结语

1)改进双侧壁导坑法对中隔壁进行了优化，使中隔壁落于下部坚硬岩层上，并打设锁脚锚杆，下部岩体采用放坡开挖，并保留岩肩以支撑中隔壁受力稳定。通过这种改进，导坑数量由常规工法的9个减少到6个，简化了施工步骤，减少了工序转换，缩短了工期。同时，实现了“以锚代撑”，减少了支撑使用量，降低了工程造价。

2)施工监测数据显示，在开挖全过程，地表沉降逐步增大，最大值为-38.01mm；拱顶沉降最大值仅为-18.61mm；净空收敛最大值仅为-17.76mm。监测数据均未超过施工警戒值，施工过程安全、有序。可看出，改进工法在工程中的应用效果良好，可很好地控制地表沉降和围岩变形，因此适用于上软下硬地层的地铁隧道开挖。