复杂环境先隧后站管片拆除施工技术

复杂环境先隧后站管片拆除施工技术

邓先忠

广州市城市建设工程监理有限公司510060

【摘 要】近年来，随着社会经济的不断发展，城市交通变得越来越拥堵，地铁作为一种新的交通运输工具，凭借其“便捷、高效、安全、经济”等特点受到了政府和广大市民的青睐，建设规模和发展速度也在不断提升。但在地铁建设过程中，常因外部因素干扰，特别在主城区黄金地段，车站不能按期施工，影响盾构的正常推进和地铁的开通运营，先隧后站施工技术的应用，一定程度上解决了这一难题，国内目前明挖先隧后站管片拆除施工技术相对成熟，暗挖先隧后站管片拆除技术案例较少，本文结合车站复杂地质环境，就暗挖先隧后站管片拆除施工技术进行分析、研究，为以后类似工程施工提供一定理论支持和技术参考。

【关键词】地铁车站 复杂环境 先隧后站 施工技术

1 工程风险

车站地处市中心老城区，车站结构为外挂明挖站厅+左右分离岛式暗挖站台，站台隧道下穿行车主干道，全长240m，埋深约20m，开挖高度10.3m，宽度11.25m，站台采用先隧后站法施工，隧道管片拆除施工难度大、安全风险高，主要表现在以下几个方面：

(1)洞内作业空间狭窄，无法借助大型设备进行管片拆除，小型设备及人工辅助拆除难度大，效率低。

(2)周边环境复杂，隧道上方老旧管线较多且大多建于上世纪九十年代，管道以混凝土承插管为主，管片拆除和洞身扩挖易造成隧道周边土体二次扰动，引起上方土体坍塌，管道变形和破裂。

(3) 隧道地质条件较差，拱顶覆盖层主要为<1>填土层，厚度1.3m～4.4m，<4>粉质黏土层，厚度1.6m～5.8m、<5>粉质黏土层，厚度4m～11.5m，<7>强风化层，厚度3.5～8.5m。拱顶主要位于<7>强风化层，占比65.2%，<8>中风化层，占比34.8%；拱腰主要位于<7>强风化层，占比58.9%，<8>中风化层，占比33.4%，<9>微风化层，占比7.7%；隧底主要位于<7>强风化层，占比48.7%，<8>中风化层，占比51.3%；隧道围岩综合判定为Ⅴ级，具体岩层分布详见图1-1，该隧岩土孔隙率大、裂隙发育、呈现上软下硬、遇水易软化、自稳能力差等特点。

(4)盾构先隧后站施工过程中采用土压平衡和气压辅助模式掘进，推进时地层裂隙被气体击穿，水流通道被贯通，管片拆除时可能出现涌水、涌泥及隧道坍塌等风险。

(5)管片拆除和隧道二次扩挖存在多工序相互转换，工序衔接不及时或结构连接不到位容易出现重大安全事故。

（6）站台位于交通繁忙主干道下方，如遇突发情况，地面应急处理会造成较大负面影响。

图1-1地质纵剖面图

2 管片拆除及隧道扩挖技术

2.1管片拆除施工准备

为便于洞内管片拆除和隧道二次扩挖，在盾构进入车站以前，提前组织参建各方进行方案研究、优化，做好管片拆除准备工作，降低后期施工难度和安全风险。

(1)对管片拼装方案进行优化，以往的错缝拼装虽然安全，但后期管片拆除相对困难，为保证盾构施工安全和机身姿态正常，经过研究确定，先隧后站管片安装采用5环通缝+1环错缝的拼装模式，通缝统一设在3点和9点钟两个方向，K块置于拱顶，以利于台阶法施工时管片拆除，优化后管片与暗挖隧道关系详见2.1图。

(2)加强同步注浆和二次注浆，使管片四周岩土空隙填充密实、固结、稳定。

(3)加强车站端头前后20m止水环施作质量，有效阻止前方来水。

(4)提前进行隧道扩挖方案比选，在先隧后站实施前先考虑好后期隧道二次扩挖的施工方案，使管片安拆方案和隧道扩挖方案最大化结合，避免前后工序转换相互干扰。

图2-1优化后管片与暗挖隧道关系图

2.2管片拆除

综合车站外部作业环境和各个干扰因素，隧道洞内管片拆除方案经初步研究，确定可实施性方案有三种，三种方案实施前，均需完成暗挖隧道超前支护和管顶岩土挖除工作。

（1）采用钻爆法施工，通过在管片四周布设炸点使管片整体碎裂，然后通过挖机进行拆除清除。

（2）先人工将管片间连接螺栓拆除，然后通过液压破碎锤对拱顶K块进行破除，最后通过挖机配合将该环剩余管片整块拆除、清理。

（3）先人工将管片间连接螺栓拆除，采用金刚石绳锯对管片进行切割、解小，然后通过挖机进行配合清除。

2.3隧道扩挖施工方案比选

综合隧道结构尺寸、管片与隧道位置关系、周边地质环境等各方面因素分析，车站暗挖隧道扩挖可实施性方案有两种，一种为CD法，一种为台阶法。通过工况模拟分析，在满足地表变形-30mm～10mm限值的前提下，本着经济、高效、少扰动、安全可控的原则，经方案比选，最终确定采用液压破碎锤+台阶法施工，该组合方案相比其它方案有以下几点优势。

(1)采用破碎锤+台阶法施工，较钻爆法施工扰动小，循环进尺更加灵活，工效高。

(2)隧道拱部可一次性完成扣拱、较CD法工序转换减少、风险低。

(3)较CD法施工，解决了因空间受限大型机械设备无法作业的难题，机械使用率和施工工效大幅提高，管片拆除更加安全、方便。

(4)台阶法施工解决了隧道二衬不能及时跟进的难题，提高了繁华路段暗挖隧道安全系数。

2.4台阶法施工步骤

第Ⅰ步，暗挖隧道拱顶主要位于<7>、<8>号泥质粉砂岩层，上台阶开挖高度3.05m，开挖完成后及时施作初期支护，上、中台阶开挖以机械为主，前后步距错开1个管片宽度，在上台阶开挖时将挖机置于中台阶，渣土直接回填至管片内。

第2步、利用CAT210液压破碎锤进行中台阶开挖范围内管片破除，开挖高度2.62m，循环进尺1.5m，洞渣直接运出洞外; 中台阶管片破处后初期支护及时续接施作。

第3步：下台阶开挖分左右导边施工,左右边开挖步距前后错开5m，开挖完成后及时施作初期支护，下台阶洞渣直接运出洞外。

2.5台阶法实施及监测数据分析

在实施过程中，先期右线按上、中、下三台阶和上、下两台阶施工试验段，结合地质和监测数据情况，左线采用两台阶法施工试验段。以左线站台隧道（大里程端）开累进尺63m 为例，对施工工法和监测数据进行分析：

在三台阶施工中存在以下问题：

(1)受先隧后站既有管片位置影响，施工上台阶高度仅 2.615m ，中台阶高度 3.01m ，因上台阶高度较小，挖机无法直接停靠在上台阶进行开挖作业，只能停靠在中台阶，通过调整大臂角度来开挖上台阶，但该方法无法解决上台阶两侧拱脚盲区，对于盲区部分施工，需要借助上中台阶回填+挖机+人工配合的方式完成，开挖难度大，机械化利用率低，相比同体量上中台阶一起开挖支护，开挖面暴露时间更长，安全风险高。

(2) 上台阶拱部钢架安装需借助开挖台架，台架就位前必须对地面斜坡段进行二次回填，以保证开挖台架底部稳固，但每次回填、整平、耗时较长(1h)，回填后底部相对松散、台架就位后存在倾倒风险；在进入下循环上台阶开挖作业时，台架底部回填部分又要二次开挖倒运，影响施工进度。

(3) 受先隧后站既有管片位置影响，台阶高度无法根据设备选型调整，且上中台阶步距太近，无法同步实施，工序转换多且循环用时长，无法及时封闭支护，安全风险高。

两台阶法实施及监测数据分析

(1)隧道采用两台阶法施工，上、下台阶开挖高度分别调整为 5.625m、4.67m，上台阶开累进尺63m，掌子面揭示上台阶为中风化泥质粉砂岩<8-3>，现场采用机械开挖（CAT313D 挖机，CAT303E修边，装载机（LG855N）出渣，设计钢架间距 0.5m，上台阶循环进尺 2 榀，上台阶开挖及出渣平均时长 11 小时 45 分钟、初喷 50 分钟、钢架安装 2 小时3分钟、锚杆施工 3小时23分钟、喷射混凝土2小时 42分钟，上台阶开挖每循环平均作业时长20小时43分钟。每循环开挖封闭实际用时均小于“矿山法工程风险管控要点”工序管控参指导考时间 34h（中 风化），安全风险可控。

(2)根据第三方监测报告，隧道地表沉降累计最大点为-3.26mm（预警值-24mm），1m 地下管线沉降累计最大点为-2mm（预警值-8mm），初支拱顶沉降累计最大点为-1.72mm（预警值-24mm），初期支护净空收敛累计最大点为 2.5mm（预警值24mm），水位变化累计最大点为-369mm（预警值480mm）。周边建筑物监测无异常。

综上分析，站台隧道施工期间，各项监测数据均稳定无异常，周边建构筑物及环境安全稳定。

3 结论

本文通过对复杂环境先隧后站管片拆除施工技术的研究，分工况进行了隧道扩挖受力模拟，本着经济、高效、少扰动、安全可控的原则，经方案比选最终确定采用液压破碎锤+台阶法进行隧道管片拆除和扩挖，论证了复杂环境下先隧后站管片拆除技术和软弱地层暗挖隧道台阶法施工的可行性，为以后类似工程提供一定理论支持和技术参考。