軟巖地層特大斷面隧道“中柱巖墻聯合支護法”施工工法

1、軟巖地層特大斷面隧道“中柱巖墻聯合支護法”施工工法中交一公局第三工程有限公司靳志強2014年3月5 工程應用情況4 關鍵技術創(chuàng)新點與施工工藝操作要點3 工藝原理2 工法特點1 工法產生背景6 社會經濟效益7 工法視頻資料（1140）交流材料提綱 重慶市軌道交通六號線二期BT三標段由中交一公局第三工程有限公司承建，項目位于重慶市北碚區(qū)，主要工程內容為天生站、五路口站兩座暗挖車站和TBM掉頭段。建設周期為2009年10月2013年5月。1 工法產生背景 1.1 工程背景BT三標段車站位于重慶市北碚區(qū)鬧市街區(qū)，其中天生站位于天生路下大致呈南北向布置，人流、車流密集，沿街為大量8層居住樓，洞室圍巖以砂

2、巖為主，主要為級、部分級。洞頂最大埋深為16m，巖層最薄處不足3m。五路口站位于中山路上，上方為北碚區(qū)老城的步行街。周邊環(huán)境較為復雜，沿街為大量80年代初期建設的8層居住樓，洞室圍巖以砂質泥巖為主，主要為級、部分級，地質條件較差。洞頂最大埋深為14m，巖層最薄處不足4m。1 工法產生背景 1.2 技術背景（難點）天生站、五路口站主體結構最大開挖斷面寬20.59m，高18.09m，暗挖最大斷面面積326 m2，TBM調頭段最大開挖斷面寬24.54m，高16.64m，暗挖最大斷面面積342m2，屬于特大斷面暗挖隧道。1 工法產生背景主車站采用曲墻+仰拱的五心圓馬蹄形斷面天生站五路口站區(qū)間結構采用馬

3、蹄形斷面充分依托建設工程，結合工程技術特點和難點總結形成了軟巖地層特大斷面隧道“中柱巖墻聯合支護法”施工工法，解決了實施工程中的圍巖差、周圍建筑和環(huán)境影響敏感性高、特大斷面以及工程推進速度等諸多難題。過程中還取得了2項實用新型和1項發(fā)明專利成果；經交通部科技信息研究所查新，得出該施工技術國內未見技術特點相同的文獻報道，在國內具有新穎性。工法關鍵技術經中國公路建設行業(yè)協(xié)會組織專家評審鑒定，鑒定結果為該項目達到國內領先水平。該工法成果在獲得2013年度工程工程工法的同時，還獲得了2013年度重慶市級工法、20112012年度中國交建工法、2012年度中交一公局工法。1 工法產生背景 1.3 技術水

4、平本工法相對于雙側壁導坑法，施工作業(yè)空間增大，隧道上下斷面可分別進行開挖支護，人工機械易操作，相對獨立，可減少相互干擾，工效提高，成本降低。2 工法特點 2.1 工法特點施工實體圖2 工法特點 2.2 施工工法形成說明雙側壁導坑法原設計施工方案臺階分部臨時支撐法過程改進施工方案中柱巖墻聯合支護法最終采用施工方案優(yōu)點：施工安全能夠得到保證、地層變形和沉降能夠得到控制。缺點：主要表現在施工工序多、速度慢，同時施工成本也非常高。優(yōu)點：大大提高了施工速度，施工成本也相應降低。缺點：其拱頂變形和地表沉降控制指標明顯偏大，存在較大的施工安全風險。優(yōu)點：施工速度提高，施工成本降低；地層變形和沉降能夠控制，施

5、工安全有保證。缺點：施工速度較臺階分部臨時支撐法稍微慢一些。初步調整不斷改進 根據方案比選分析和實際驗證（施工過程采用了有限元仿真模擬分析和實際監(jiān)控量測分析），綜合考慮工期、成本、安全性等因素，“新型開挖法中柱巖墻聯合支護法”較雙側壁導坑法和臺階分部臨時支撐法，更加適合本項目的工程的施工。2 工法特點 2.3 三種開挖方法的綜合對比 施工方法數值計算最大值（mm）監(jiān)控量測最大值（mm）研究斷面上整個車站區(qū)域內拱頂變形地表沉降里程拱頂變形地表沉降拱頂變形地表沉降雙側壁導坑法3.22.5-臺階分部臨時支撐法15.512.7K60+590231718351523中柱巖墻聯合支護法10.77.5K60

6、+76014111224916地鐵車站開挖方法綜合對比分析1施工方法循環(huán)進尺（m）日進尺（m）緊急情況處理地層變形控制施工安全性臨時支護施工組織作業(yè)區(qū)域臨空空間機械作業(yè)雙側壁導坑法0.51.01容易可控較好多復雜較小較小小型臺階分部臨時支撐法0.512難一般一般較少易較大較大可以中柱巖墻聯合支護法1.011.5可處理容易好少一般大大可以地鐵車站開挖方法綜合對比分析2 拱頂最大變形和地表最大沉降施工控制值為30mm中柱巖墻聯合支護法與雙側壁施工方案相比有如下優(yōu)點： 大大加快了施工進度，縮短施工工期,每循環(huán)進尺1.0m,日進尺1.01.5m； 除特殊情況下，豎向臨時支撐可以在初期支護完成之后進行，

7、具有寬闊的操作空間和充足的施工時間，較雙側壁導坑法更具有靈活性。 對于堅硬的砂巖來說，不用進行側壁導坑的開挖，和常規(guī)的臺階法開挖相似，操作相對容易。2 工法特點 中柱巖墻聯合支護法是基于新奧法原理，將特大斷面隧道劃分上下斷面施工。上斷面利用支通道采用臺階法進行開挖、支護，并新增加中心豎向鋼砼柱墻臨時支撐體系和水平鋼支撐；下半斷面利用主通道進行開挖、支護，并預留中柱及巖墻；在巖墻施工對拉錨桿，以保證完整及穩(wěn)定性。整個斷面結構在開挖過程中，豎向鋼砼立柱和水平鋼支撐與初支拱架形成封閉結構，受力簡單、明確，有效控制圍巖的變形。3 工藝原理 3.1 工藝原理適用范圍：適用于較復雜、級、軟巖地層，開挖斷面

8、在250350范圍的暗挖隧道。 3.2 適用范圍對于特大斷面隧道暗挖施工，常規(guī)方法有：臺階臨時仰拱法、中隔壁法（CD法）、交叉中隔壁法（CRD法）、中洞法、雙側壁導坑法、洞樁法等。依托重慶軌道六號線二期BT三標的施工實踐，借鑒中柱法，將CD法與中柱法相結合，利用巖柱支撐與中柱共同受力，達到開挖支護的同步并進，減少中柱開挖施工所占用的時間，開展關鍵技術研究與聯合攻關，創(chuàng)新性的提出了“中柱巖墻聯合支護施工工法”。在大斷面地鐵車站施工中，該工法克服了工序多、干擾大等問題，在保證了安全和質量的情況下，進度加快明顯，大大節(jié)省了工期。工法具有較高的先進性和較強的創(chuàng)新性，而且操作簡單，易于推廣，有較高的推廣

9、應用價值。4 關鍵技術創(chuàng)新點與施工工藝操作要點 4.1 關鍵技術創(chuàng)新點以依托工程的兩座車站和TBM掉頭段施工為例，充分考慮底層特性和斷面尺寸參數，采用中柱巖墻聯合支護法工法進行了車站暗挖施工。一方面減少了施工步序，降低了施工干擾，加快了施工進度，且施工成本大大降低；另一方面在開挖過程中，豎向鋼砼立柱和水平鋼支撐與初支拱架形成封閉結構，受力簡單、明確，有效控制圍巖的變形，減小了對工程周邊居民的影響，保證了施工安全和施工質量，社會效益不可估量。4 關鍵技術創(chuàng)新點與施工工藝操作要點 4.2 解決的技術難題中柱巖墻聯合支護法分為7個臺階，支護工序12步序，具體如下：4 關鍵技術創(chuàng)新點與施工工藝操作要點

10、 4.3 施工工法步序說明 施工工藝步序橫斷示意面施工步序：（后面的視頻資料有詳細介紹，此處不作詳細敘述）4 關鍵技術創(chuàng)新點與施工工藝操作要點 第一步：上斷面左上臺階的開挖、支護和水平鋼支撐施工第二步：上斷面右上臺階的開挖、支護和水平鋼支撐施工第三步：新增中心豎向鋼砼柱墻臨時支撐體系施工第四步：下斷面左中臺階的開挖、支護4 關鍵技術創(chuàng)新點與施工工藝操作要點 第五步：核心土上部施加對拉錨桿第六步：下斷面左下臺階的開挖、支護第七步：下斷面右中臺階的開挖、支護第八步：下斷面右下臺階的開挖、支護施工步序：4 關鍵技術創(chuàng)新點與施工工藝操作要點 第九步：左右下臺階底部仰拱、回填施工第十步：豎向鋼砼立柱、上

11、部水平鋼支撐的拆除第十一步：核心土開挖及砼回填第十二步：二襯鋼筋砼澆筑施工步序：4 關鍵技術創(chuàng)新點與施工工藝操作要點 1）上半斷面左右臺階開挖高度以8m為宜，上下臺階之間相距35m，左右平行臺階之間相距610m。2）初期支護噴射砼強度達到設計70%以上，方可進行下臺階開挖支護，噴射砼厚度邊墻為70100mm，拱頂5060mm。3）中下臺階邊墻拱架采用單側或雙側交錯開挖，不得使上部結構同時懸空。4）初支拱架安裝基面應堅實并清理干凈，必要時進行預加固。高強應螺栓采用正反安裝。5）下半斷面開挖后要及時進行仰拱回填封閉。 4.4 施工工藝操作要點4 關鍵技術創(chuàng)新點與施工工藝操作要點 7）中心豎向鋼砼柱

12、墻臨時支撐體系的拆除長度，應根據監(jiān)控量測數據與地質情況結合確定，一般為12個臺車的工作長度為宜，本項目為1個臺車工作長度。8）二襯混凝土強度達到75%以上，才可進入下循環(huán)的爆破開挖。如有裂縫等異常情況時，查明原因后，采取相應整改措施進行下工序。9）拱頂沉降、收斂和位移等監(jiān)測點布設，須同時錨固到初支和圍巖內部。并增設中柱與巖墻的監(jiān)測項目，如圍巖壓力、鋼筋應力、位移等。在重慶市軌道交通六號線二期BT三標段的天生站和五路口站，以及TBM掉頭段中得到了應用。（工程背景已在前面做了介紹，此處不再重述）實踐證明，中柱巖墻聯合支護法替代了雙側壁導坑法，是可行、有效的，有積極的推廣意義。另外我公司本年度在重慶

13、軌道交通環(huán)線的“重慶市軌道交通環(huán)線上橋車站、鳳鳴山車站及區(qū)間隧道工程”中，上橋站為特大斷面暗挖車站，將繼續(xù)應用該工法進行施工，并結合施工實際對工法提出改進和修正意見。5 工程應用情況重慶市軌道交通六號線二期北段BT三標采用本工法在保證了施工安全的前提下，工程整體縮短了15%的工期，節(jié)省了約6%的施工成本。天生站和五路口站采用“中柱巖墻聯合支護”施工與原設計費用基本持平。初步考慮到項目投資利息、項目管理費和部分機械租賃費，按177萬元/月計算。五路口站工期縮短105天，節(jié)約成本約620萬元。天生站縮短工期65天；節(jié)約成本383.5萬元。兩車站采用“中柱巖墻聯合支護”總體縮短工期大約170天，節(jié)約成本大約1003.5萬元。6 社會經濟效益 6.1 直接經濟效益應用該工法在暗挖車站施工過程中，工程周圍道路沉陷、房屋建筑震動和變形控制等指標滿足要求，未發(fā)生投訴和阻工問題，為和創(chuàng)建諧和的建設環(huán)境打下了基礎。無論是工程質量、外觀、進度均得到了很好的控制，