孙猛
中铁第六勘察设计院集团有限公司，天津 300308
摘要：基于当前城市交通建设不断开展，地铁车站的修建施工受环境的影响较大。通常情况下对出现全风化砂岩地质的大断面地铁车站施工，需要采用浅埋暗挖法。并且因为暗挖车站的跨度较大、埋深较浅，为避免在建设过程中出现地表开裂、塌方以及沉降变形等问题，需要注重对支护结构以及暗挖施工工法进行优化。因此本文结合长春7号线工农广场站为例，探究全风化砂岩对其支护结构施工的影响，并提出优化建议，旨在为相关工程施工提供一些参考和借鉴。
关键词：全风化砂岩；地铁暗挖车站；支护结构；施工工法
前言
对长春7号线地铁工农广场站主体结构施工拟采用明挖或盖挖方案，但经过实地勘察和论证，由于其存在特殊的泥岩地质，而且地面交通导改相对困难、管线改移量较大、路由选择困难，以此选择暗挖法施工。为保障地铁暗挖车站的施工建设安全性和质量得到提升，拟定采用洞柱（桩）法，并对其工法进行优化，以充分应对泥岩地质，降低暗挖施工的影响，为实际施工提供理论基础和依据。
1 工程概况
1.1车站概况
工农广场站位于长春市南湖大路与人民大街交叉口，主体沿南湖大路东西向布置，车站南端为空军航空大学、东北象限为建设中的城建大厦。同时该车站为与1号线工农广场站换乘车站，车站为三层暗挖车站。该车站为岛式车站，站台宽度为14m，总长152.1m，受现有1号线车站控制中心里程处结构覆土11.97m，有效站台中心处底板埋深为35.608m。车站附属部分共设置有3个出入口、2组风亭和2个安全出口。车站东端区间采用暗挖法施工，西端区间采用盾构法+暗挖法施工。
1.2地质概况
对该车站施工区域进行地质勘察，其属于松辽平原东部高平原地貌，存在伊通河谷冲积阶地（I）以及冲积洪积波状台地（II）两个地貌单元。在实际勘察中发现揭露地层最大深度为66m，按照施工前钻探资料及室内土工试验结果，发现该区域内各个土层情况如下：
（1）杂填土表现为杂色、稍湿，多数是由粘性土以及建筑垃圾等所组成，整体结构较为松散，密度呈现不均匀状态。同时部分地段中出现人工路面结构层。本层土的厚度在0.5-7.2m之间。粉黏填土呈黄褐色，具有可塑性，以耕土为主，含有少量碎石，多为植物系。厚度在0.9-3.1m。
（2）粉质黏土呈褐黄色、可塑偏软，以黏性土为为主，通过遥振无反应且光滑，干强度和韧性经检测为中等，含有少量有机质，具有中等压缩性[1]。部分黏性土含有铁锰结核，自上而下逐渐增加，含有氧化物条带。土层厚度为1.0-12.5m。细中砂土层呈黄褐色，密度中等、饱和，含有长石、石英等矿物，表现次棱角状，有一定磨圆，含有少量黏性土，厚度2.5-3.0m。
（3）全风化泥岩呈现紫红色和灰绿色，原岩机构基本被破坏，存在少量的残余结构强度。泥岩整体为黏土桩，遇水易软化、崩解和钻进，局部有少量钙质胶结砂岩。土层厚度为0.8-11.5m。强风化泥岩和中风化泥岩特性大致相同，均为紫红色、灰绿色，风化裂隙发育，不过强风化泥岩岩芯较为完整，中风化粉砂岩呈块状或柱状，强度较高。其土层厚度分别为0.7-14.5m和5.1-45.0米。
（4）全风化砂岩呈紫红色、灰绿色及灰白色，岩芯为砂状，无残余结构强度，矿物成分中以石英和砂岩为主，局部为夹泥岩层，厚度为1.9-15.5m。中风化岩层为碎屑结构，含有钙质胶结，岩块质地坚硬，厚度为7.0-14.0m。
2 全风化砂岩对车站支护结构施工的影响
结合工农广场站的具体情况，对其采用暗挖法，设计三层三跨结构，如图1所示，并拟定采用洞柱法进行施工。该施工工法的特点是通过设置小导洞形成桩梁，可作为主要的传力结构[2]。但由于该站地下施工存在全风化砂岩，对其各个施工阶段产生了极大的影响。全风化砂岩的密度较小、孔隙率、含水率以及渗透系数等均较大，物理性质弱化。在支护结构施工中，该层是影响结构稳定性的重要因素。
比较显著的问题如下：
一、竖井施工过程中，当穿越该层时，井壁可能会出现渗漏水或者支护结构不稳定的现象；
二、横通道施工环节中，拱顶与侧壁穿越该层也会出现涌水涌砂等质量安全风险；
三、主体结构边桩及中柱采用人工挖孔桩施工，施工过程中在穿越该层时，由于人工挖孔桩直径较大较深，侧壁会出现坍塌的风险；
四、本站受周边环境影响限制，附属结构设置较为密集。初步设计阶段附属结构的设计方案如下：先是利用1号风井作为施工竖井采用倒挂井壁法开展作业，再利用1号风道半幅进入主体结构进行主体结构施工。然后对1号新风井以及1号安全口的竖井结构同时开展施工。当主体结构作业任务完成后，继续扩挖端头的另半边的1号风道，施做车站风道和竖井的二次结构，同步开展2号出入口及1号安全口部分的暗挖段。最后对1号新风道的通道结构以及2号出入口剩余暗挖结构部分开展施工。其如图1所示。
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针对全风化砂岩的特性，且附属结构存在大量的临近侧穿下穿的作业面，施工风险较大，因此为在施工图阶段对支护结构施工方案进行调整，以更好的应对全风化砂岩现状。即是在主体结构施工时，开展1号新风道的竖井结构作业，当主体结构作业任务完成后，继续扩挖端头的另半边的1号风道，施做车站风道和竖井的二次结构，同时施工1号安全出入口通道，施工完成后对2号出入口部分暗挖段、1号新风道、2号出入口垂直电梯通道等进行施工，降低全风化砂岩的影响。具体方案如图2所示。能够最大限度的避免支护结构面坍塌、初支结构变形、地表沉陷等风险。
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3 暗挖法施工工法优化建议
对本站采用暗挖法施工，应当对其工法进行优化，以保障支护结构具有良好的稳定性。因此在开挖时，施工人员应当严格控制每循环进尺。作业前要对车站上方的地层进行相应的注浆加固，在洞内开展施工的过程中，还应当进一步加强止水作业。开挖拱顶时，先要做好超前小导管，对于已经开挖的断面，需要尽早支护，形成闭环的支撑系统。对全风化砂岩地铁暗挖车站支护结构及施工工法的优化，具体应按以下建议实施：
（1）对即将开挖施工方范围进行提前降水，由于全风化砂岩土层的含水率相对较大，在支护结构施工中很容易出现塌陷或沉陷等问题。因此需要将地面降水和洞内排水结合实施。将地下水位控制在基坑底面以下1m，实现干开挖、干施工。在工序衔接处，提前对即将施工的部分打设降水井，进行提前降水作业。
（2）在竖井开挖施工时，需利用锁脚锚管提前做好注浆加固措施，在穿越全风化砂岩层时，锁脚锚管可加密设置或增加打设根数及打设长度，浆液可采用水泥-水玻璃双液浆，起到较好的止水效果；在横通道开挖时，需利用超前小导管注浆加固拱顶地层，并利用锁脚锚管注浆加固每一步开挖面角部的土体，在穿越全风化砂岩层时，拱顶部位可将单排小导管调整为双排小导管布置，保证拱顶土体的稳定性，侧壁部位可增加锁脚锚管的打设根数及打设长度，进而实现侧壁的稳定。
（3）主体结构人工挖孔桩施工前，需要从导洞内利用导管对全风化砂岩层的土体进行注浆加固，浆液采用水泥-水玻璃双液浆。防止施工中孔壁涌水涌砂，造成塌陷等情况。如图3所示。
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（4）对于明暗挖附属结构穿越全风化砂岩层，应当采取有效加固措施。比如对出入口暗挖结构，基于CRD法将标准段分为2层4步开挖，对爬坡段采用3层6步开挖，超前加固措施及角部节点加固措施按照横通道措施进行加固。对明挖基坑结构，可在围护桩间打设注浆导管对全风化砂岩层进行加固。其如图4所示。
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（5）对地面的地表沉降监测点进行监测，加强监测频率。并按照地质勘察报告，合理在全风化砂岩上下地层设置监测点，取代表性地段设置1-2个主测断面，每个断面设置5-11个测点，用于监测围岩压力。同时施工中应当注重对不良地质作用的超前预报。
结束语
综上所述，对于全风化砂岩地铁暗挖车站支护结构及施工工法的优化，应当严格结合实际地质情况，以设计质量为核心，对暗挖法工艺进行优化，针对全风化砂岩的特性，提前做好地面降水和洞内排水，在施工中保证掌子面稳定的前提下，进行各个工序的有效加固，并同时注意减少土方的超挖和地层扰动，加强地表及土层的数据监测等，提高整体结构的稳定性，提高施工作业质量和安全性。
参考文献
[1]戴亚军,艾国平,黄定著,陈刚,周超云.泥质粉砂岩地铁暗挖车站支护结构及施工工法优化研究[J].现代隧道技术,2020,57(S1):996-1001.
[2]李赵九.拱盖法暗挖地铁车站主体与附属结构支护体系转换施工技术研究[J].现代隧道技术,2019,56(S2):638-646.