城市大断面暗挖地铁车站非爆开挖施工技术研究

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|1.5.2施工重点
本项目重点围绕如何组织合理施工、确保施工顺利进行等方面展开。

此站是在确保安全的情况下，如何合理组织施工，确保施工的顺利进行，是工程的重点，是特大型断面开挖，开挖工程量很大，施工通道较长，通风排尘不易。

2大断面暗挖非爆开挖方案
本工程为大断面浅埋隧道，拱顶覆土约 20 m ，拱部围岩以砂质泥岩和砂岩为主，施工周边环境较为简单， 隧道上方为红石路，
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140 | CHINA HOUSING FACILITIES 铺设管线管网较多，距离高大建筑物最近距离均在 50 m 以外，因此在选择开挖方式时，主要从对围岩的影响、对施工安全的影响、可操作性等方
面进行综合考虑，在工程施工过程中，主要从对围岩、工作效率等几个方面来考虑施工安全和施工质量。

根据设计的要求，结合实地勘察的情况进行分析，针对不同的断面，不同的埋设深度，以及与地下管网的情况，主要采取不同地段的施工方法，如短进尺、机械开挖、强支护、勤测量、机械凿打、切割机切割、人工辅助开挖等，对路口通道位置进行不同的开挖，对不同的区域进行人工辅助开挖[1]。

开挖坚持随挖随支，上导坑每循环进尺不超过2榀钢架，中、下导坑每循环进尺不超过 3榀拱架，仰拱每次开挖长度为5m ，一次浇筑二衬长9m ，采用栈桥施工，每模施工二衬台车长9m ，每模开挖一榀拱架长9m 。

车站主体开挖分为两个阶段（见图1），第一阶段为上台阶开挖，共分为两个分区，分别为支通道小里程方向、支通道大里程方向进行施工，先施工支通道小里程方向，再施工大里程方向；第二阶段为中下台阶开挖，共分为两个分区，分别为主通道小里程方向、主通道大里程方向进行施工，先施工主通道小里程方向，再施工大里程方向。

本项目采用双侧壁导坑法开挖。

进入正洞顶段，采用型钢门架支撑施工通道，采用台阶法开挖。

施工通道通过①部侧挑顶进站，挑顶完成后先开挖④部，在④部进尺不少于15m 后开挖①部；考虑在主体开挖期间，根据设计出图情况，可能进行出入口施工，同时为改善洞内交通运输及通风条件，在①部通过车站3号、1号出入口约15m ，在出入口对应区域的⑦部核心土分别打通一个通道，通道宽7m 。

同时为保证区间开挖施工机械通行安全及施工组织流畅，在区间挑顶段施工完成，同一方
向左侧与右侧上导洞分别开挖完成10m 和15m 后，在监测数据稳定前提下提前解除挑顶段大
小里程两侧上导洞核心土4.5m ，并拆除该部分型钢中立柱以满足区间开挖施工中各类机械通
行运转，扩大视野，保障洞内运输和行人安全。

当单侧壁落底即 ⑥ 部落底后，开始解除 ⑦ 部核心土，并按阶梯法完成初支合拢，上下
台阶错开 15~20 米，从初支合环位置到二衬端头不超过 55m ，掌子面到二衬端头的距离控
制在 90m 左右，主要施工步骤为④→①→⑤→⑥→⑦→②→⑧→③→⑨→⑩→⑪。

根据围岩的坚硬程度，机械开挖采用两种开挖方式：炮机凿打开挖和旋臂掘进机开挖，当
围岩较软小于30M P a 时采用中型炮机凿，当围岩硬度大于30M P a 时采用大型炮机（485）将
大臂改短后进行凿打开挖。

2.1炮机凿打施工
（1）首先由测量班进行开挖轮廓线的放样，并用油漆标志布点，布点间距40c m 左右。

然后采用潜孔钻钻出临空作业面，利用该作业面采用炮机凿打，逐渐的向外扩大开挖。

停止机械掘进，再用人工风镐掘进，以免对围岩造成扰动，这时距外围轮廓还有30c m 。

（2）工作前提前检查各个部分的状态，机油、各个润滑是否到位，柴油是否充足，冷却液是否充足，行走及动作是否顺畅，刹车是否良好等，确认设备状态无误后方可启动机械并预热，满足要求后方可投入施工。

（3）由于开凿炮眼较长，保证了机械开挖施工的基本作业空间，防止已实施的初支面被下一次开挖破坏造成掌子面位置临空面过大，从而导致隧道初支护完成面与开挖掌子面之间的距离为 2.5m 。

（4）破碎锤选择液压式破碎锤，将破碎锤卸下来，换成破碎锤再挖，整体机器的位置要根据岩石裂开的方向进行调整，这样可以使镐头顺利地打进去，破碎锤要有效地击破，需要使用恰当的击穿力。

具体施工要求如下：
①击穿方向要和钢钎始终保持一致。

打碎岩石时钢钎要保持竖向掘进，如果锤击方向倾斜，可能造成钢钎和活塞断裂或卡死，在锤击作业时钢钎会滑脱。

所以在进行破碎操作的时候，要选择击穿点，这样才能保证在钢钎锤击的时候，锤击的稳固性。

破碎石块时应注意现场安全，对于落差较大的部分设置脚手架栏杆，并设专人指挥。

② 破碎锤操作技术。

一是确认周边条件。

回转作业时，要做到心中有数，确保周边障碍、地形等万无一失；操作时要保证左右履带充分接触地面，这样就提高了机体整体的动态稳定性。

③ 破碎完岩石后，使用松土器挖掘机进行松动围岩清理。

掘松机又叫斗钩，一般为单齿，也有二齿或三齿，掘进能力较强。

用硬合金堆焊的齿帽在齿尖前端分别与斗杆和铲斗缸相连的一整口铸松土齿，在液压缸活塞杆伸出时推动齿尖强行插入并翻转土体。

（5）凿打时，需要在开挖的工作面中下部集中凿打开挖，形成一定的临空面，再利用已经形成的临空作业面，剥离、旋转式开挖，机械凿打时，应采取自下而上分层剥离的开挖方式，每层凿打剥离的厚度不宜过大，避免形成大的石块并强制破碎引起对围岩的较大扰动。

（6）开挖时应先进行拉槽的方式，两侧预留0.5～1.0m 的马口位置，待拉槽完成后，再进行两侧的马口开挖。

靠近开挖轮廓边缘30c m 的位置作为人工凿打开挖范围，避免对岩体的扰动，提高施工安全性。

2.2悬臂掘进机施工
2.2.1掘进切割
在悬臂掘进机就位后，以由下往上、左右循环的方式，从掌子面底部开始，横切一条槽，再向前移一次进行后切头就位。

从底面开挖到拱顶完成从第二次修整到设计断面精确。

悬臂掘进机的切割方式是先从扫面底部开始切割，然后将以上部分按照S 形或 Z 形左右循环的方式，一步一步地向上切割。

选择右旋截头对硬岩进行截击，先从扫底由右向左依次展开，再按由左向右、由下向上或由右向左、由上向下依次递进。

如果岩石的节理发育程度较高，就要选择渐进式切割岩石的节理方向。

悬臂掘进机根据实际工况，通过科学合理的切齿螺纹排布，选择最优的切齿，提高施工效率，从而在具有自洁功能的同时，保证了机械在制订不同截齿的同时，具有更好的掘削能力，从而使悬臂式掘进机具备了不同的切齿。

局部存在硬岩时，为降低掘进难度，减少截齿消耗，可选用直径小、切割力量大、破岩能力强的切头
[2]。

图1　大断面车站开挖分部示意图Copyright ©博看网. All Rights Reserved.
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2023.08 |2.2.2悬臂掘进机掘进作业
初支台车掘进完成后运至掌子面进行初支护（架设钢拱架并喷施混凝土），掘进机在等待下一循环掘进工序的同时，向后退至不影响后续施工的位置。

2.2.3悬臂掘进机出料运输
在悬臂掘进机就位后，切割头采取由下往上、由左往右的循环切削方式，用铲板部耙爪将切削好的渣土扒到带机内，运到伸臂式掘进机尾部暂作堆放，工作作业面则由挖机配合自卸车装车运出。

悬臂掘进机配套作业线为1台悬臂掘进机+1台挖掘机+2台自卸汽车（根据现场实际情况而定）。

2.2.4开挖技术措施
（1）遵循“杜绝欠挖、控制超挖”的原则，严格控制超欠挖，开挖前准确画出开挖轮廓线，根据围岩地质状况及开挖效果适实调整开挖设计参数，实现开挖的最佳效果。

（2）开挖轮廓要圆滑，减少应力集中释放现象，分部开挖断面与各分部之间保持纵向合理间隔
（3）及时进行初步支护，并使之及早合拢，以控制围岩变形，缩短暴露时间；加大对围岩的测量和监测力度。

2.3初期支护施工
隧道开挖完成后及时进行清危工作，利用作业台架对开挖面的危石进行处理，清理完成后方可进行初期支护施工。

车站暗挖工程初期支护内容主要有：管棚施做，超前小导管施做，中空注浆锚杆，砂浆锚杆，钢筋网，型钢钢架，喷射混凝土。

开挖完成后及时进行初期支护，以减少围岩暴露的时间，防止短期内出现围岩松垮剥落的现象。

型钢钢架、网片等由设置在洞口的钢筋集中加工厂统一加工、堆放，经验收合格后采用自卸汽车运入洞内，人工安装。

利用 Y T 28 手风钻孔对砂浆锚杆和中空锚杆进行人工安装。

采用湿喷工艺的喷射混凝土。

2.3.1砂浆锚杆施工
采用与锚杆直径相配的 Y T -28 风钻钻孔，锚杆孔径大于设计锚杆直径，以垂直岩面按设计方向钻孔；成孔后，用高压风和水将锚杆孔清理干净，再将砂浆逐节装入锚杆孔中，待砂浆达到孔深 70%~80%时，再将锚杆杆身插入，待砂浆凝固后，再安装孔口钢垫。

施工技术措施如下：
（1）围岩表面及初喷泥浆开挖后应立即检查，初喷泥浆厚4c m ，并及时施用砂浆锚杆。

（2）锚杆原材料的规格、长度、直径均符合设计要求，不能存在锚杆杆身有油污等缺陷，锚杆原材料的规格、长度锚杆的孔位、孔深、排布形式均符合设计要求，注浆配比的确定必须经过测试。

（3）锚杆钻孔应严格按照不大于20m m 孔位偏差的设计要求，设定孔口位置；钻孔保持圆顺、平直，口沿岩面平整，钻孔垂直于地表；与杆身相匹配的是钻孔的深度和直径。

（4）锚杆孔洞内插锚杆杆身时，保持位置居中，孔口处密贴锚杆垫板和混凝土； 锚头变形要随时检查。

2.3.2钢筋网片施工
（1）施工准备：网状片变形比较厉害的就不允许使用。

悬挂网片前必须检查断面超欠开挖情况，处理欠挖部位并实施初喷封管。

（2）网片挂设：钢筋网片焊接连接，锚杆杆头固定，钢架外露。

（3）网片绑扎：网片搭接长度不小于 25c m ，网片与网片之间要牢牢地用丝线连接起来。

2.3.3拱架安装
各节拱架按所测位置，以螺栓连接在掌子面上，接线板要进行密贴。

地坪下埋设钢架立柱不应小于 300m m ，基底虚渣必须在架立钢板到位前消除。

钢拱架安装时在钢架与喷涂之间有较大的空隙而增加垫片，垫块环向间距按1m 计。

立拱时，在每侧拱脚、长度符合设计要求、锚头与初支内净空面齐平、锚杆与拱架牢固焊接的情况下，施作不少于 2 根锁脚锚杆。

2.3.4连接筋安装
下料长度为拱形进尺+10d （d 为钢筋直径）；接筋应与拱架从拱架外侧牢固焊接，以 1m 的间距准确安装位置。

2.3.5喷射混凝土施工
先送风，再开机，再供料；最后是先停料再关机，最后停风。

初喷砼厚度为4cm，复喷混凝土时分层喷射，最后一层喷射应在最后一层混凝土终凝注完毕后再喷施， 如最后凝注1h 后再喷射，应先将受喷面用风清器清洗干净。

由下往上喷射，先大致将凹陷处喷平然后按顺序分层，再重复喷射。

先用岩面间的混凝土对拱架进行喷涂，再用混凝土对拱架间进行喷涂；边墙由拱形开始向上喷射，每次喷射厚度为7~10m，拱部5~6m；喷嘴与受喷面保持 1.5~2.0m 的距离，尽可能接近 90 °的喷射角度； 喷射速度要适当，对混凝土密实度要有好处，风压要控制得恰到好处[3]。

喷嘴严禁对人放置，喷射混凝土后停放时间不得超过30分钟，并通过现场试验调整配比、降低回弹量等方法，对喷射时回弹
速率大小、速凝剂掺量等及时进行检查。

结语
我国城市化进程已全面铺开，大城市的主要建筑设施已基本完成，就目前的城市施工环境对传统爆破开挖具有很大的限制性，影响城市轨道建设。

通过研究大断面暗挖地铁车站非爆开挖的工法，解决了施工过程中遇到的结构稳定性问题，并针对同类工程的设计、施工提出了相应的解决方案，提供了新的思路。

参考文献
[1]李申治.挖掘机在深基坑施工中的最优使用[J].基建优化,2007(06):216-217.
[2]杨秀才.悬臂式掘进机在贵阳地铁暗挖隧道中的施工应用技术初探[J].黑龙江交通科技,2016,39(10):137-138.
[3]张国辉.地铁区间隧道台阶法与中隔墙加台阶法施工及其转换[J].城市轨道交通研究,2013,16(12):108-110.Copyright ©博看网. All Rights Reserved.。