寒区浅埋软塑粘土地层四联拱地铁隧道施工控制技术

【内容提要】哈尔滨地铁一号线二期工程哈尔滨南站站～农科院站区间与哈南停车场出入场线区间平交部位设计为四联拱断面，设计长度83m，断面最大宽度27.56m，高度8.42m，采用双侧壁+中导坑法施工。四联拱段结构受力复杂、施工工序多、干扰大、工期紧、施工风险极大。本文重点对四联拱段开挖、衬砌技术进行介绍，希望对类似工程施工提供参考。

【关 键 词】浅埋软塑粘土地层地铁区间 四联拱施工

中图分类号：U231+.2 文献标识码：A 文章编号：

1.工程简介

1.1 工程概况

哈尔滨南站站～农科院站区间为哈尔滨市轨道交通一号线延长线，位于学府路规划道路正下方，学府路是城区主干道，规划道路宽80m，隧道中线与规划道路永中基本平行。区间全长1162.585双延米，采用浅埋暗挖法施工，其中区间隧道标准段采用台阶法施工，人防段采用CRD法施工，四联拱段采用双侧壁+中导坑法施工。学府路规划道路宽80m，四联拱段位于学府路主道下，埋深9.5m，断面开挖宽度27.56m，高度8.42m，属于大跨浅埋隧道。

1.2 工程地质

1.2.1地层岩性

根据钻探揭示及对地层成因、年代的分析，本工点地层主要由第四纪全新世人工堆积层（Q/4ml/）、上更新统哈尔滨组地层（Q/32hral/）、中更新统上荒山组地层(Q/22hl/)、下荒山组地层（Q/21/h lal/）组成，岩性为粉质粘土、砂类土。地层从上到下主要有：杂填土（①）、粉质粘土（②）、 粉质粘土（③）、粉质粘土（③-2）粉质粘土（④）、粉质粘土（④-4）、中砂（⑥）。粉质粘土层标贯击数在14.50左右。区间隧道主要穿越粉质粘土（④）层，底部主要位于粉质粘土（④）层，基底承载力满足设计

1.2.2 场地土的可挖性分级、铁路隧道围岩分级

根据《地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范》（GB50307-1999），粉质粘土层可挖性分级为Ⅰ或Ⅱ级；根据《铁路工程地质勘察规范》（TB10012-2007），粉质粘土层围岩分级为Ⅵ或Ⅴ级。

1.2.3 特殊岩土与不良地质

根据《哈尔滨市轨道交通一期工程沿线岩土工程条件初步调查报告》（中国地震局工程力学研究所，2004年2月发）所述资料，于岗阜状平原顶部分布黄土状粉质粘土层，具有湿陷性。

1.2.4 土壤标准冻结深度及地基土的冻胀性分类

根据《建筑地基基础设计规范》DB23/902-2005,本场地标准冻结深度为2.00米。场地上部地层主要由粘性土组成，冻胀等级为Ⅱ～Ⅳ，冻胀类别为弱冻胀～冻胀。

2.四联拱段开挖支护技术

2.1四联拱段开挖支护施工工序

为进行四联拱段的施工，在K1+380位置设置了一施工竖井，利用横通道创造工作面进行四联拱施工。四联拱段双侧壁+中导坑法施工工序如图1

图1 四连拱隧道断面施工工序图

2.2四联拱段开挖支护施工控制要点

严格控制开挖进尺，严禁超挖，每次开挖控制在75cm以内（包括钢架连接筋搭接长度22cm），及时完成封闭。控制每作业面之间的距离，CRD法上下台阶控制在5m以上，左右控制在10m以上；在CRD法封闭成环20m以上时才容许进行中导洞开挖施工；两侧CRD工法施工的正线和中导洞的中隔墙衬砌混凝土成环超过20m时，才容许前后错开10m进行出入场线开挖支护。为确保出入场线开挖支护安全，中导洞拱部必须用素混凝土回填密实。确保区间正线、中导洞及出入场线支护钢架的连接质量，要求区间正线CRD、中导洞台阶法、出入场线台阶法的每榀格栅必须严格控制纵向里程、设计标高,否则极易造成出入场线的格栅无法安装或安装不牢固,存在安全隐患,影响结构安全,因此对于安装的各导洞格栅钢架,均须详细记录格栅钢架详细里程、标高,以保证各导洞格栅钢架里程对应,标高一致,法兰盘连接质量良好。

3.四联拱段衬砌技术

四联拱段长度83m，存在G和H种断面形式，使用衬砌台车不经济，同时四联拱段工期比较宽松，因此采用搭设满堂脚手架配组合模板及支架进行衬砌施工。

3.1总体衬砌方案

四联拱衬砌在完成初支背后注浆，初支验收合格后进行。

区间上下行线CRD段衬砌分4步进行，仰拱施工——仰拱回填施工——隧道内侧直墙混凝土施工——隧道外侧拱墙施工。中导洞衬砌分仰拱和中隔壁2步进行。出入场线分仰拱和拱部进行施工。

3.2区间正线CRD段施工

3.2.1仰拱施工

在仰拱基面处理合格后进行仰拱防水层施工，为确保中导洞侧防水的搭接，利用苯板或铁皮对防水层保护，在中导洞仰拱施工时去除保护层，实现防水层顺接。在防水层充气试验合格后浇筑7cm厚的C20混凝土垫层对防水层进行保护。为确保中导洞仰拱钢筋与CRD仰拱钢筋的整体连接，且钢筋接头满足规范要求，在中导洞侧钢筋接头采用直螺纹套筒，并使用苯板或铁皮对套筒进行保护，防止混凝土进入套筒内而影响下步钢筋连接。其他部位钢筋按区间正洞衬砌钢筋要求施工。为保证净空尺寸，仰拱模板外放5cm进行加工和支立，按要求做好模板加固，在尺寸报验合格后进行仰拱混凝土浇筑。

3.2.2仰拱回填施工

根据设计，轨面以下56cm采用C20混凝土进行回填，为便于拱墙衬砌支架搭设，在仰拱混凝土强度达到2.5MP时进行仰拱回填施工。

3.3中导洞侧直墙施工

在仰拱回填强度具备上部作业后破除中导洞侧横支撑，搭设脚手架，支立模板进行中导洞侧直墙混凝土施工。

3.3.1中导洞侧支撑破除

支撑采用风镐凿除，严禁破碎锤施工。

3.3.2防水、钢筋施工

拱部混凝土施工范围铺设防水层，为确保与中导洞防水的搭接，利用苯板或铁皮对防水层保护，在中导洞初支破除后去除保护层，实现与出入场线防水层的顺接，同时防水层隧道外侧防水层伸出模板超过20cm，便于下步拱墙防水层施工时进行搭接。

为确保直墙二衬钢筋与出入场线钢筋的整体连接，且钢筋接头满足规范要求，在直墙靠近出入场线侧钢筋接头采用直螺纹套筒，注意套筒保护，防止混凝土进行套筒内而影响下步钢筋连接。其他部位钢筋按区间正洞衬砌钢筋要求施工。为确保下步拱墙施工支撑拆除安全，直墙顶部混凝土和初支密贴，做好钢筋及防水搭接预留。

图2 直墙防水层保护

3.3.3支架、模板支立

脚手架基本参数如下：Φ48脚手架满堂搭设， 横杆步距 h=0.6 m； 横距 0.6m；纵距0.75m，上下均使用顶托，直墙模板采用18mm厚多层板， 模板背侧设10cm×10cm的方木内楞（间距0.3m），外侧设φ48双钢管外楞（间距60cm），钢管外楞和支架钢管连接；内外模板采用φ14对拉螺栓固定在钢管外楞之间（螺杆外套PVC管，便于螺杆的重复利用，螺杆间距60cm）。

3.3.4混凝土施工

为确保混凝土振捣到位，在模板上设置混凝土输送口， 窗口大小为30×30cm，竖向及纵向间距3m，利用混凝土输送泵直接从窗口处灌入模内，并从窗口处进行振捣，在拱顶最高处设置一窗口，确保混凝土浇筑的饱满。

3.3.5拱墙施工

中隔壁拆除，在中导洞侧直墙混凝土浇筑完成后，利用现有支架搭设平台，对剩余中隔壁支撑进行拆除。拱墙衬砌长度为6m～9m（根据仰拱施工缝长度及监测数据确定施工长度），为便于防水及钢筋接头预留，钢支撑拆除长度增加1～2m。支架、钢架、模板支立，混凝土模板采用 150cm×30cm×5cm组合模板按设计净空外扩5cm进行拼装成型。模板间用模板扣进行连接。钢模板背后设置工字钢架加固，钢架采用I18工字钢按设计半径冷弯成型，每节钢架采用螺栓连接成环，拱架纵向间距0.75m，采用φ20圆钢纵向连接，连接杆间距1.0m，前后错位布置，为确保拱架支撑到位，拱架外侧采用10×10cm方木支垫，支架采用顶托与方木及拱架连接。边墙及拱部混凝土浇筑，在模板上设置混凝土输送口，窗口大小为 30cm×30cm，混凝土直接从窗口处灌入模内， 并从窗口处进行振捣。边墙和拱顶设置输送口，通过混凝土输送泵将混凝土压入模内，并从窗口处进行振捣。

为加快施工进度，保证施工安全， 仰拱和直墙超前施工，拱墙成环时上下行线各采用两套模具进行跳段施工，但前段满堂红脚手架搭设后后段材料运送困难，因此采用门架形式形成施工通道，在确保安全的前提下加快施工进展。

3.4中导洞混凝土施工

3.4.1中导洞仰拱施工

防水层施工，在仰拱基面处理合格后进行仰拱防水层施工，为确保与出入场线防水的搭接，利用苯板或铁皮对防水层保护，在出入场线仰拱施工时去除保护层，实现防水层顺接。防水保护层、仰拱钢筋、仰拱混凝土施工，在防水层保护完成，报验合格后施作防水保护层。为确保中导洞仰拱钢筋与出入场线钢筋的整体连接，且钢筋接头满足规范要求，在出入场线侧钢筋接头采用直螺纹套筒，注意套筒保护，防止混凝土进行套筒内而影响下步钢筋连接。洞仰拱每循环施工长度为18～30m（采用6m的整数倍）。

3.4.2中隔壁施工

在仰拱模板拆除后跳段拆除中导洞横撑，每次拆除长度为7～8m。支架基本参数如下：Φ48脚手架满堂搭设， 横杆步距 h=0.6 m； 横距 0.6m；纵距0.75m，上下均使用顶托。为确保与中导洞防水与出入场线防水的搭接，利用苯板或铁皮对防水层保护，在中导洞初支破除后去除保护层，实现与出入场线防水层的顺接。为确保拱部二衬钢筋与出入场线钢筋的整体连接，且钢筋接头满足规范要求，在出入场线侧钢筋接头采用直螺纹套筒，注意套筒保护，防止混凝土进行套筒内而影响下步钢筋连接。直墙模板采用18mm厚多层板， 模板背侧设10cm×10cm的方木内楞（间距0.3m），外侧设φ48双钢管外楞（间距60cm），钢管外楞和支架钢管连接；内外模板采用φ14对拉螺栓固定在钢管外楞之间（螺杆外套PVC管，便于螺杆的重复利用，螺杆间距60cm）。弧形模板采用加工的定型钢模板。在模板上设置混凝土输送口，间距3m，窗口大小为 30cm×30cm，混凝土直接从窗口处灌入模内，并从窗口处进行振捣。

4.结论

哈尔滨地铁一号线南农区间四联拱段采用“双侧壁+中导坑法”施工，较好的控制了变形，确保施工安全，衬砌采用组合钢模板支架法跳段施工，安全和质量得到保障，施工进度满足工期要求，取得了良好社会和经济效益，希望为同类多联拱隧道的施工提供借鉴。