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摘要：研究目的：为确保青岛地铁沧安路车站开挖安全、科学有序推进，需解决极破碎围岩地质条件、地下水丰富、周边环境复杂，暗挖断面大、安全风险高，施工组织难度大、工期紧等困难和问题，项目通过采用双侧壁导坑法开挖工法，以及车站拱顶全长大管棚、拱部超前帷幕注浆等安全技术措施，并根据现场实际情况对开挖工法进行了优化，实现了安全风险可控，加快了施工进度，总结了适应此类车站施工的施工技术和安全管理要点，为类似工程提供借鉴经验。
研究结论：通过现场实施实践，证明在青岛地铁沧安路站施工过程中，采用双侧壁导坑法、车站拱顶全长大管棚、超前帷幕注浆等工法工艺，以及利用胀壳式预应力锚杆替代横撑的优化措施，效果明显；施工过程中对沧安路周边既有构筑物、路面、地下水、隧道监测等进行了全方位监测，监测数据分析结果满足设计要求，保证了极破碎围岩状况下大断面地铁暗挖车站的施工安全，取得了较好的社会和经济效益。
关键词：地铁车站；大断面；极破碎围岩；暗挖施工；风险控制
随着社会的进步和国内城市发展，为满足城市交通运输需要，大中型城市正在大力发展地铁等城市轨道工程。而作为地铁交通主要组成部分的地铁车站，特别是暗挖车站具有断面大、跨度大、安全风险高、施工组织难度大等特点，为有效控制和消除重大安全风险，确保地铁车站施工安全，就需要选择合适的施工工法，而双侧壁导坑暗挖法施工对地铁车站开挖有很好的适用性，但双侧壁导坑暗挖施工具有开挖步序多、施工组织困难、施工周期长等不足。
青岛地铁沧安路站具有工期紧，围岩地质条件差、地下水丰富、暗挖断面大、安全风险高，周围环境复杂等特点，为确保施工安全，采用了双侧壁导坑法分3层9个洞室进行开挖，车站拱顶全长大管棚、超前帷幕注浆等安全技术措施，而且为了进一步确保施工风险可控、施工进度满足要求，对本车站的双侧壁导坑工法进行了有效优化，最终实现了施工生产安全、工程进度可控的目标，取得了较好的社会和经济效益。
1工程简介
沧安路站为青岛地铁1号线的第27座车站，车站总长207.5米，为标准地下两层岛式车站，结构断面为单拱曲墙大断面形式，标准断面宽20.7米、高18米，车站附属结构包括1号事故活塞、1号新排风道、2号风亭和A、B号出入口及消防安全入口。
本站分别在车站主体北侧、车站中部偏大里程端及车站大里程端设置1号、2号、3号施工竖井及横通道组织车站主体施工。如图1《沧安路站总平面示意图》。
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图1沧安路站总平面示意图
2工程风险描述
2.1地质条件复杂，风险因素多。沧安路车站位于凝灰质砂岩、中风化安山岩地层，围岩整体为极破碎～较破碎，围岩级别Ⅳ2～Ⅴ级，地质条件差，而车站拱顶埋深约为13米，局部有1米至4米厚度砂层，覆岩厚度为3.7米至9.1米不等；场区地下水主要类型为第四系孔隙潜水与基岩裂隙水，二者间无稳定的隔水层，具有一定的水力联系。地下水稳定水位标高为0.5米至2.2米不等，稳定水位埋深1.4米至5.3米不等；沧安路为城市主干道、交通量大，周边居民区多，雨水暗渠、电力方沟、给水管线纵向贯穿全站，周边环境复杂。如图2《沧安路站右线地质纵剖面图》。
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图2沧安路站右线地质纵剖面图
2.2暗挖断面大，安全风险高。沧安路站主体为暗挖地下两层岛式车站，最大断面宽22.7米×高19.1米、开挖面积385平米，暗挖断面大；本站属I级高风险项目，加之车站穿越的地质条件差、周边环境复杂，极大地增加了施工安全风险。
2.3工效低，工期紧。该站采用双侧壁导坑法施工进度慢，竖井提升效率低，加之地质条件差，洞顶全长大管棚、洞内过破碎带等超前帷幕注浆施工时间长等因素影响，同时城市受施工爆破、运渣受限制约，因此，沧安路站确保工期目标较为紧张。
3施工重难点及对策措施
结合本工程地质情况及风险因素，在项目建设过程中，采用了双侧壁导坑法开挖，以及车站拱顶全长大管棚、超前帷幕注浆等安全技术措施，确保了工程安全优质推进。
3.1暗挖施工地表沉降控制、防坍塌是本工程的重点。沧安路站开挖跨度达21.4米，拱顶埋深仅13米，属于大跨浅埋，加之车站正上方为交通主干线，因此地表沉降控制为本工程的重点，同时本工程断层破碎带较为密集，围岩较破碎～极破碎，以IV、V级为主，加之破碎区可能存在一定富水，因此存在较大的坍方风险，因此防坍方是本工程重点之一。
3.2确保周边建筑物、管线施工安全是本工程的重点。工程位于李沧区较繁华地段，管线及周边建筑物较为密集，结构开挖可能对临近管线和周边建筑物造成一定影响，同时由于管段工程大都位于浅埋地段，暗挖施工时确保周边建筑物、管线施工安全是本工程的重点。
3.3钻爆过程中，临时支护的保护是本工程的难点。沧安路站采用双侧壁导坑法施工，但由于采用钻爆开挖，如何在钻爆过程中，减小、避免掌子面爆破对既有临时支护的损伤，是本工程的技术难点之一。
3.4长管棚施工质量控制是本工程是难点。沧安路站为浅埋大跨结构，围岩条件IV、V级，管棚施工质量直接影响施工安全，同时该工程管棚设计均为洞外施工，即在竖井、横通道施工到位后，直接由横通道施工管棚，管棚长度最长约56.5米。如此长的管棚，如何控制偏差是一大难点，同时破碎岩体较易卡钻、塌孔，也是施工的一大难点。
4主要安全技术方案及措施
4.1双侧壁导坑法开挖
车站主体开挖断面为20.7×19.17米（宽×高）。开挖后视掌子面稳定情况，必要时采用喷射砼封闭掌子面和台阶底部，并在拱脚设锁脚锚杆（管）或纵向联接槽钢以控制下沉。
沧安路站主体开挖采用钻爆法施工，利用3座施工竖井形成3个作业面组织，分3层、9个洞室进行开挖，开挖过程中严格按“管超前、短进尺、弱爆破、强支护、早封闭、勤量测”的原则组织施工，随挖随护、确保隧道结构封闭稳定，减少开挖对建筑物和管线的影响。如图3《车站暗挖总体分部图》。
按照设计，左右侧导坑共分为三层开挖，各导洞开挖时根据地质情况采用全断面或台阶法开挖。一是通过3个作业面开挖第一层左右导洞；二是开挖第二层左右侧导洞；三是开挖第三层左右导洞；左右侧导洞错台为5米。
中导坑分二层进行开挖，一是待两侧导坑开挖完成后，分左右两侧中导坑第一层导洞；二是进行左右侧导坑仰拱、车站边墙、拱部二次衬砌施工；三是开挖下部核心土，最后施工中导坑仰拱。如图4《车站主体开挖步序示意图》。
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图3车站暗挖总体分部图 图4车站主体开挖步序示意图
4.2车站拱顶全长大管棚
沧安路站围岩整体为极破碎～较破碎，围岩级别Ⅳ2～Ⅴ级，围岩不能自稳等不良地层，对洞内拱顶沉降、水平收敛及地表沉降要求较高。为确保施工安全，在车站拱部全长设置φ108的注浆大管棚作为超前支护。管棚设置于车站拱部范围内，根据竖井及横通道设置位置，管棚打设长度分别为24米、56.5米、56.5米、34米、34米等5种规格，环向间距40厘米、每环67-72根，钢管内设钢筋笼。
施工现场通过预埋长度为1米、直径为Φ150毫米的钢管作为导向管，以保证孔位的精度及导向精度；采用TQ-485A型多功能潜孔钻机并加泥浆进行护壁的方法钻进，通过跳孔钻进同时用测斜仪量测角度，调整管棚注浆材料及配合比，打设角度为1-20°，考虑到管棚自重引起的下沉，打设角度优化为6-80°；采用初支钢架上预埋双层Φ50套管，套管内间隔打设Φ28钢筋和Φ42钢花管，钢花管内按一定配合比注石膏吸收掌子面渗水、固结掌子面前方土体。如图5《大管棚钻孔施工》。
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图5大管棚钻孔施工
50米以上的超前管棚工艺作为预先提供增强地层承载力的临时支护方法，能够有限抑制地表沉降和控制塌方，有效缩短循环进尺时间、减少超前支护待强时间、提高机械使用率，提高了施工效率，同时也保证了施工质量和安全；不仅是国内超前管棚工艺的较大突破，也为后续的超长管棚工艺提供了借鉴及参考。
4.3拱部超前帷幕注浆
车站隧道地下水发育地段，隧道开挖可能引起突水涌泥或地下水、地表水流失，根据地质情况，为确保安全风险可控，在车站K50+018.35～K50+078.35（60米）及K50+151.65～K50+198.38（46.7米）等地下水发育、岩体破碎地段，用拱部超前帷幕注浆进行岩体的加固和止水。
注浆范围为开挖轮廓线外4米，每一循环注浆长度为20米，开挖15米，保留5米止浆岩盘，必要时考虑设置混凝土止浆墙。注浆孔开孔直径不小于110毫米，终孔直径不小于91毫米，孔口管应埋设牢固，并有良好的止浆措施，防止跑浆漏浆。
堵水注浆效果检查。一个注浆段的全部注浆孔注浆完成后，在主要出水点附近设置3～5个检查孔，测孔内涌水量，单孔涌水量每分钟每米小于0.2升，隧道开挖后容许渗水量每分钟每米应小于2.5升；或进行压水试验，在0.75兆帕的压力下，渗水量每分钟小于2。当注浆效果不能满足上述要求时，应先邀请相关人员到现场查明原因后再调整注浆参数进行补注浆，直到达到设计要求后方可进行规模化施工。注浆时应加强监测量控，派专人进行观察不要将浆液溢出地表。
4.4双侧壁导坑法优化措施
4.4.1优化措施
根据工程推进需要和施工安全考量，对双侧壁导坑法工艺进行了优化，将原本的2、3导洞整合为上下台阶法施工，如图6《优化后双侧壁导坑法工艺施工步序》，图7《2、3导洞采用上下台阶法开挖》。
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图6 优化后双侧壁导坑法工艺施工步序
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图7 2、3导洞采用上下台阶法开挖
根据现场揭示地质情况并结合监控量测反馈信息，在保证安全的前提下，尽量减少临时支撑及开挖导洞数量，具体优化措施如下：
（1）优化后，导坑2、3层间不设置横撑，但仍预留横撑连接板，以备变形过大的架设条件。
（2）在原横撑位置增加一排直径32毫米、长度5米的胀壳式锚杆，锚杆间距为1米。
（3）在原横撑位置按10米一个断面布设净空收敛点。
（4）当原横撑位置初支净空收敛值达到或超过控制值60%（12毫米）时，应加强监测频率，并在预警位置架设横撑。
4.4.2优化后取得效果
优化后导洞2、3之间利用胀壳式预应力锚杆替代横撑，通过监测数据来看，原横撑位置收敛值小于控制值，车站开挖安全。如表1《沧安路站侧导坑水平收敛阶段监测报告》。
表1沧安路站侧导坑水平收敛监测报告（单位：毫米）
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（1）因两侧壁导坑2、3导洞之间取消横撑，优化为一个导洞，形成了上下台阶法施工，节约了一个导洞开挖的时间，提高了施工效率。
（2）在二衬施工时胀壳式锚杆不需要进行拆除，大大缩短了二衬施工时拆撑的时间。
（3）原设计的横撑在二衬施工时需要进行拆除，在二衬混凝土浇筑前有一段无横撑的真空期，带来许多不确定的安全风险，而胀壳式锚杆作为永久性的支护，在后期二衬施工时能起到初支的作用，有效的降低了二衬施工时拆撑的风险。
（4）沧安路车站主体原计划开挖时间为12个月，方案优化后，减少一个导洞施工周期，最终较原计划提前3个月完成车站主体开挖作业。
（5）当收敛值达到或超过控制值时，可通过预留的连接板架设横撑，安全风险可控，安全风险可控，优化了支护措施、减少了投资。
5生产安全管控措施
5.1在工程推进过程中，为确保生产安全，严格贯彻“安全第一、预防为主”的思想，认真落实全过程标准化管理的理念，严格履行合同，踏实干好在建，为全面实现安全管理目标奠定了坚实的思想基础。
5.2为确保安全管理体系正常运转，坚持以风险隐患排查治理为重点，由项目经理每月带队开展安全生产大检查活动，将隐患排查治理工作网络化、系统化、常态化，着力抓好系统运行效率。
5.3为提高施工效率，引进了地铁车站大断面台车、钢筋防水施工台架等机械设备，全面实现隧道及地下空间工程工装配套，有力的保障了施工生产安全及工程质量。
5.4依据《职业健康安全管理体系要求》、《环境管理体系要求》及施工合同等规定，编制职业健康安全管理计划；针对职业健康安全管理体系要素责任，建立健全管理手册台账，有效保证职业健康安全管理计划有序运行。
5.5为切实抓好应急抢险工作，结合实际情况，编制综合应急预案、专项应急预案及现场处置方案，对全体人员进行交底和培训，并组织开展了防汛、消防、隧道施工突发坍塌、起重吊装等应急演练，有效地提高了全员应急处置抢险能力。
6施工效果
青岛地铁沧安路车站主体开挖在短短9个月内完成，较原计划缩短了3个月时间，车站主体开挖和二衬施工（仰拱、侧墙、拱部）在22个月内完成，未发生任何安全生产事故，创造了青岛地铁同类车站建设的纪录，多次获得建设单位表扬。本工程成功采用了双侧壁导坑法、车站拱顶全长大管棚、超前帷幕注浆等安全施工技术，以及成功利用胀壳式预应力锚杆替代横撑的工法优化措施，对类似极破碎围岩地质、周边环境复杂、暗挖断面大的地铁车站施工有较好的借鉴作用，在今后的类似工程建设中将会具有更大的发展潜力，具有广阔的推广应用前景。
7结论
7.1为确保大断面极破碎围岩车站施工安全，采用双侧壁导坑法进行开挖，以及车站拱顶全长大管棚、拱部超前帷幕注浆等安全技术措施，有效解决了沧安路站极破碎围岩地质、地下水丰富、周边环境复杂，暗挖断面大，施工组织难度大、工期紧等难题，最大限度的减小了施工风险。
7.2通过对原设计双侧壁导坑工法的导洞2、3步进行优化，采用胀壳式预应力锚杆技术工艺代替了原设计的横撑，有效的减少了原横撑拆撑所带来的安全风险，同时缩短了开挖时间。
7.3通过对车站周边既有构筑物监测、道路路面沉降、地下水位变化等监测数据分析表明，该工程采用的施工技术和技术措施合理，满足大断面极破碎围岩施工安全卡控需要，取得了较好的社会和经济效益。
参考文献
[1]GB6722-2014中华人民共和国国家标准爆破安全规程[S].北京：中国国家标准化管理委员会，2014(12).
[2]GB50157-2013地铁设计规范[S].北京：北京城建设计研究总院，2013.
[3]TB10121-2007铁路隧道监控量测技术规程[S].北京：中华人民共和国铁道部，2007(7)
[4]GB50299-1999地下铁道工程施工及验收规范[S].北京:国家质量技术监督局中华人民共和国建设部,2003.