李星晨

摘 要：变截面渡线隧道截面突然转换时常出现初支受力不稳定，造成施工坍塌、冒顶问题。为解决这一问题，在确定整体施工顺序由大桩号向小桩号施工基础上，确定7个开挖阶段6步施工顺序。左线施工在完成标准断面后，台阶法转换为CRD法，采用“反掏”施工方法，增设中隔壁、挑顶、扩挖，逐渐扩大断面实现渐变扩大段施工。过程中临时封堵开挖掌子面，注浆和拉锚加固楔形土体避免了土体失稳，明确了工法转换过程中支撑及拆撑的具体操作方式。本研究表明，采用该方法可解决变截面隧道断面转换问题，应用MIDAS软件对二次衬砌盘扣支架进行设计验算，减少了标准模板台车无法施工二衬问题。

关键词：隧道工程;变截面;渡线;暗挖;施工技术;有限元分析

0 引言

尽管普遍采用增设横通道解决地铁渡线区变截面开挖难题，但增设横通道区间为不对称结构，两端马头门破除后受力不均。对于渡线两侧为既有建筑物密集，受到特殊地理环境及地质条件的影响，无法增设横通道、竖井等措施时如何安全施工研究很少，为此有必要对不增加横通道施工变截面渡线隧道进行研究，本文以变截面渡线施工为例，研究合理的施工顺序，并采用科学手段分析二次衬砌支撑体系，以便为今后类似工程提供参考[1]。

1 工程概况

北京地铁某线路区间设有单渡线，左幅长131.67 m，右幅长79.641 m。隧道采用台阶法、CRD法施工。位于直线段上，隧道纵坡为0.2%，拱顶埋深为19.5 m～21.4 m，围岩级别为Ⅳ级。区间渡线暗挖段左、右线最小间距17.2 m，单渡线长度左幅131.67 m、右幅79.641 m。区间暗挖段共设置4个断面，分别为A型（单线标准断面）、B型（单线洞门断面）、C型（渐变扩大断面）、D型（斜通道断面）。车站在渡线大桩号侧（见图1）。

1.1 难点分析及应对措施

（1）难点分析。①开挖工序复杂，开挖、换拱过程存在较大风险。②二衬支架施工空间有限，施工组织难。③区间矿山法隧道位于主路下方，隧道埋深浅，保证周围建（构）筑物稳定是施工重点[2]。

（2）应对措施。①严格按设计进行施工，合理组织施工顺序，施工中制定详细施工计划，施工支护应配合开挖作业及时进行，确保施工安全。加强换拱地段径向注浆效果检测，顶部施作超前小导管，加强监控量测，当总变形满足要求时方可换拱，力保施工安全。②二衬施工在初支全部完成围岩稳定后组织进行，每次施工长度为10 m，双洞可同时进行施工，施工顺序为从小桩号向大桩号。③首先进行试验确定注浆参数，以取得最佳的注浆效果加固地层，注浆过程中根据监控量测及时反馈施工。及时施作初期支护或临时支护，早封闭、早成环，施工过程中严格按拟定的监控量测方案对建（构）筑进行监测，通过监测指导现场施工。

2 开挖工艺

（1）施工顺序。渡线暗挖整体施工顺序为从大桩号向小桩号（图2左侧为小桩号侧，右侧为大桩号侧），采用7个开挖阶段6步施工顺序，总体顺序为先施工右线再施工左线，最后“反掏”施工渐变段。数字序号为开挖阶段，箭头为掘进方向，如图2所示[3]。

（2）进洞施工。车站为3跨3层站，长168.2 m。基坑宽23.5 m，采用半盖挖法施工，钻孔桩+内支撑的支撑结构。在半盖挖车站具备进洞条件下，通过超前大管棚进洞，用台阶法进入区间暗挖。

（3）洞身开挖隧道利用围岩自承能力，受地理位置及隧道埋深限制，为减少地层扰动和对周边建筑物保护，根据岩层岩性，隧道开挖采用人工或小型机械，遵循“管超前、严注浆、短进尺、强支护、早闭合、勤量测”的原则，初支拱顶沉降和收敛基本稳定后，逐渐拆除临时支撑，拆除长度一般宜≤5 m。隧道（各导洞）均采用人工+小挖掘机（带松土器）进行开挖，上台阶留核心土，且各台阶根据土层稳定情况采用1：（0.8～1.0）放坡，为及时封闭掌子面可喷射早强混凝土[4]。

3 关键工序施工工艺

（1）A型到C型断面施工。由A型断面渐变至C型断面，C型断面分8段圆曲线，其中2段圆曲线半径、长度发生渐变，6段圆曲线半径、长度不变。左线施工由长沙地铁6号线迎宾路口站向小桩号掘进，在ZDK33+510.462处存在A型、C型断面突变处，左线继续向小桩号方向施工A型断面至盾构法隧道与矿山法隧道分界处B型断面。左线“返掏”施工C型断面（剩余段）至D型断面与其分界处，及时封堵开挖面进行核心土注浆。①第1步开挖C型断面最大端1/3跨，跨度约5.5m，架设型钢中隔壁封闭初支，顶部挑高约1.05 m;利用6榀格栅钢拱架渐变中隔壁型钢位置扩大开挖断面达到可架设中间临时中隔壁的正常开挖断面的目的，每榀宽度扩挖0.5 m;正常开挖半断面;当达到无需中隔壁段时再次渐变到侧壁，全断面封闭格栅钢拱架，直至C型小断面段最小端。②第2步拆除第2次中隔壁渐变段，并逐榀封闭初支;正常开挖半断面，补充架设A型、C型断面接口处跨中临时中隔壁。③第3步拆除第1次中隔壁渐变段，挖除三角区土体，逐榀封闭初支。

（2）临时支撑及中隔壁拆除。①拆除方法。當暗挖及初支完成后，围岩变形收敛稳定后进行临时支撑和中隔壁破除，采用小型挖掘机破除，挖掘机采用140型挖掘机带破碎锤机，挖掘机重13 t，最大挖掘高度8.5 m，最小旋转半径2.7 m。上导洞的中隔壁破除完成后，挖掘机站在下导洞内破除剩余的临时横撑和下部中隔壁。②拆除顺序。首先，先破除临时支撑的混凝土，割除钢筋网片，拆除时对初支进行监控量测。当周边位移变形速率及拱顶下沉速率无变化时，从上到下割除9，10号型钢支撑。监测数据无异常，再跳段拆除3，4，15，16号支撑，最后进行剩余型钢拆除。当在型钢支撑拆除过程中出现隧道变形速率增大，即周边位移速率>0.1 mm/d，拱顶沉降速率>0.15 mm/d时，先施工仰拱，待仰拱强度达到100%后再拆支撑。

4 结语

（1）采用7个开挖阶段6步施工顺序，由小断面向大断面逐步转换，三角区核心土部位、“反掏”过程及拆撑需严格按监控量指导现场施工。（2）通过“反掏”施工方法，逐渐挑顶，渐变标准段至扩大的断面分界处可实现变截面渡线隧道安全施工。（3）跨度大，洞身高，二次衬砌也是施工中的一个难点，通过MIDAS软件对变截面渡线隧道模板支架体系进行设计计算，拱腰与拱顶相交处受力较大，是施工控制重点。（4）从施工角度说明该施工方法可行，基本解决了变截面隧道开挖、初支和二衬在施工中面临的技术难题。

参考文献：

[1]付军恩.基于数值分析的区间渡线段隧道变截面施工方案比选[J].铁道建筑技术，2019（3）：104-108.

[2]田治旺.地铁渡线区间变截面大跨度隧道施工技术优化研究[D].北京工业大学，2017.

[3]尹成虎.大跨度变断面小净距地铁交叉渡线浅埋粉细砂层隧道暗挖施工关键技术[D].石家庄铁道大学，2017.

[4]王鑫.地铁分离岛式车站及区间群洞效应研究[D].中南大学，2009.