超大断面暗挖地铁车站横通道转换主隧道施工技术研究

用双洞法施工以控制沉降，增加结构安全性。通过建立三维有限元模型，模拟横通道进入主隧道过程，探究施工对围岩变 形、应力分布以及结构变形的影响，为设计和现场施工提供理论依据。现场施工结果表明：双洞法作为一种创新施工方法， 能够极大地降低超大断面横通道转换进入车站主隧道的施工风险，研究结果可为今后类似工程的设计和施工提供参考。

关键词：暗挖车站；超大断面；横通道转换；双洞法；施工技术中图分类号：U455.4 文献标志码：B 文章编号:1009-7767(2019)02-0140-05On Conversion Technology from Transverse to Main Tunnel in

Shield Metro Station with Super-large SectionZhao Ying暗挖地铁车站横通道转换施工一般由竖井横通 道直接切入车站主隧道并在同一截面上完成体系转 换，但对于超大断面浅埋暗挖车站来说，在同一截面 直接进行体系转换的安全风险很高\"T。笔者依托贵阳

换进入主隧道施工时，地表、洞内沉降以及围岩的稳 定性等难以保障，因此转换段施工时需要选择相适应 的工法以控制沉降，保证施工安全。市轨道交通2号线观水路车站工程，基于横通道与主 隧道转换施工方法比选结果，提出采用双洞法进行转

换施工，使得横通道与主隧道内的转换通道不在同一 断面上，以此来控制地表和洞内沉降，提高施工的安 全性。在此基础上，通过建立三维有限元模型，模拟横

通道进入主隧道过程，探究了施工对围岩变形、应力分

布以及结构变形的影响。1 工程概况贵阳市轨道交通2号线观水路车站位于宝山南

路与观水路的十字交叉口道路下方，车站沿宝山南路 跨路口呈南北向布置，起止里程YDK35+945.357—

YDK36+125.357,全长180 m。车站断面形式为曲拱墙

图1观水路车站布置图断面，整体为地下2层岛式暗挖车站，最大开挖宽度

22.16 m,高度19.21 m,开挖断面面积363 n?,按国际隧

2横通道转换施工方法比选辅助坑道与超大断面地铁车站转换段，属于交叉 隧道截面形式，施工方法需结合具体工程工况进行选 择。目前在辅助坑道转换大断面暗挖地铁车站施工中

道尺寸划分标准属于超大断面隧道，见图1。隧道拱顶

埋深18〜21 m,覆岩厚度10〜14m,围岩级别V级。 车站所处地层自上而下依次为杂填土、可塑状红黏土、 强风化白云岩、中风化白云岩。考虑到由竖井横通道转

运用较为广泛的施工方法为扇形转换扩挖法和门型 爬坡反掏法，笔者结合工程现场实际情况提出了双洞

140 彳苯技水 2019 No.2 (Mar.) Vol.37Track Traffic & Underground Engineering轨道交通与地下工程S：法，下面对3种转换施工方法进行比较分析。1）扇形转换扩挖法:该方法在辅助坑道与主隧道

转换施工中，采用以多个“扇形扩挖体”的形式分步开 挖转换段主隧道岩体，完成转换施工。当施工通道开挖 至与主隧道边界线接口处时，在接口处设置加强门型

框架,接着将施工通道上挑至主隧道的拱顶部位，之后 进行转换部位施工，将转换部位划分为3个“扇形扩

挖体”进行开挖。转接段开挖宽度应与通道宽度一致， 随工作面掘进紧跟着架立施工转换临时支护，在经过

多次开挖后将主隧道上部拱架封闭成环，开挖后立即 进行门型拱架的支护，然后通过施工通道下部，进入

主隧道下部岩体的开挖，搭设初期支护，最后完成转 换段施工叫见图2。图2扇形转换扩挖法施工工序2） 门型爬坡反掏法:该方法在辅助坑道与主隧道

转换施工中，先将施工通道以12%的坡度继续向前开

挖，然后对转换段轮廓线内的岩体进行反掏施工，完成 转换施工。施工横通道开挖至主洞初支内轮廓时，先施 作交叉口门架，然后从施工横通道上台阶进入主洞，继

续向前掘进，开挖主洞①、②部土体。施工横通道到达

主洞左侧拱墙开挖外轮廓线后，停止开挖。由主洞左侧

已开挖区域反向开挖施工通道上①、②部主洞土石方， 扩挖主洞洞顶开挖轮廓线外一部分，并接长施工通道 钢架至正洞顶部，架立顶横梁，布设钢筋网，喷射混凝

土。台阶法分幅开挖其余各部土体，接长车站正洞初

支钢架，完成体系转换回，见图303） 双洞法：竖井横通道在进入主隧道后，不在同

C）封闭成环一截面进行体系转换，而是在距离竖井横通道一定距

图4双洞法施工工序离的位置横向开挖车站主体内部横通道，进而完成转 换施工。双洞法施工过程中，横通道采用台阶法开挖，

道与横通道交叉部位的断面完成施工转换，然后车站 隧道转入正常的开挖工序；而双洞法对横通道和车站

主隧道采用双侧壁导坑法开挖。其中，变截面施工共分

为3个阶段，见图4。扇形转换扩挖法和门型爬坡反掏法都是在主隧主隧道的开挖进行了统一规划，整体的转换施工在内 部通道和横通道与主隧道的交叉断面处共同完成，相

2019年第2期（3冃）第37卷彳苯扶* 141H轨道交通与地下工程Track Traffic &Underground Engineering比前2种施工方法，施工风险大幅度降低。此外，双洞 法中施工人员以横通道上台阶为作业平台进行施工,

离转换段16,32 m的断面1、2进行分析，见图7。断面

2的里程位置即“双洞法”中的内部横通道。不需要搭设脚手架；由于多开辟一个工作面进行施工,

缩短了施工工期，降低了工程造价。综上所述，结合观水路车站实际工程环境，从施

工工艺角度分析，为保证施工人员安全、施工整体稳 定性和施工进度，推荐采用双洞法进行转换施工。3双洞法施工过程数值模拟分析双洞法横通道转化施工过程中，内部横通道的应 力状态比标准断面施工更为复杂，空间效应和时间效

应带来的影响不可忽略。为了分析转换段施工的力学 特征，进行数值模拟试验研究，整体研究模型见图5。

坐标系X方向平行横通道轴线，以横通道掘进方向为

图7选取分析断面布置图（m）负方向；y方向平行车站主隧道轴线，以车站主隧道大 里程掘进方向为正方向；z方向平行自重方向，以竖直

1）隧道支护结构及围岩位移分析图8是双洞法转换施工完成后，横通道和大断面 隧道支护竖向位移云图，以垂直向上为正。其中最大

向上为正方向。横通道与主隧道的位置关系见图6。竖向位移为5.68 mm,发生在小里程边界大断面隧道拱

底；最小竖向位移为-5.58 mm,发生在小里程边界大断 面隧道拱顶。图5有限元整体模型（m）大里程方向图8施工完成后竖向位移云图（mm）图9是双洞法转换施工完成后，横通道和大断面 隧道支护水平位移云图，以横通道掘进方向为负。其中

最大和最小水平位移分别发生在小里程边界大断面

隧道的两侧拱腰，数值为2.96 mm和-3.31 mm。图10为3个断面的拱顶围岩沉降变化曲线。在图10中，断面2（内部横通道）的拱顶围岩变形 在施工步序为23时（对应内部横通道上台阶开挖阶 段）急剧增加，内部横通道上台阶开挖完成后转入双侧

图6横通道-主隧道分布图（m）壁左右导坑开挖，此时沉降数值有波动，暂时稳定在

1.12 mm,占最终沉降量的21.83 %；在施工步序为106

为了分析转换施工过程中的力学行为特性，研究 时（对应施工工序中临近内部横通道大里程方向中部 核心土开挖阶段）拱顶围岩变形进一步增加，最终稳施工对隧道支护结构和围岩的影响，选取转换段和距

142 彳芯技* 2019No.2(Mar.) Vol.37轨道交通与地下工程::Track Traffic &Underground Engineering图9施工完成后水平位移云图施工步序0

20 40 60 80 100

致恥曲诂血■ S9605681777853940026102191735956348739131522914306为3.13 m；与大断面隧道相交的横通道边墙围岩塑性

区较为显著，马头门侧墙大塑性区半径为6.41 mo120图12整体围岩塑性区分布图13为塑性变形M300X10\"的围岩塑性分布情

况，围岩最大塑性应变出现在横通道与主隧道相接的 马头门两侧拱肩位置。内部通道 内部通道内部通道 上台阶开挖中台阶开挖下台阶开挖—转换段—断面1—断面2（内部横通道）图10拱顶围岩随施工步序变化曲线定在5.13 mm,小于转换段拱顶围岩沉降（5.53 mm）。2）隧道支护结构应力分析双洞法施工过程中，在大断面隧道内部开设的通

道造成该位置围岩的应力集中，见图11。在开辟内部横 通道施工中，应设置临时支撐辅助转换施工，以防止内

图13最大塑性应变位置部横通道的失稳。4施工动态监测1图11 土体最大主应力分布云图^-12.619 4^137.479

为确保横通道转换大断面隧道施工安全，施工过

4-^262.340

761.782

1-^886.3

韻熬 百診.脛387.200

程中对双洞法引起的地表沉降和大断面隧道内部变 形进行了跟踪监测。转换施工完成后将监测数据与数 值模拟结果进行对比分析，见表lo512.061

922

I1011.503 ■2 36.3

汝 】61.225

d386.085 5510.946

表1现场监测与模拟数据对比

数据地表沉降mm水平收敛635.806

拱顶沉降J760.667 3 885.528

*010.388监测值三维模拟计算值5.27.16.13.625.584.6由表1可以看岀，三维模拟计算结果整体上要比

双洞法转换施工完成后，围岩的塑性区分布情况 见图12。在大断面隧道标准断面围岩中，塑性区主要

监测结果小，一方面因为在对土体材料进行模拟时，将 土体考虑为均匀同向连续介质，而实际中土体为非均

（下转第198页）分布在大断面隧道两侧拱腰和拱脚，最大塑性区半径2019年第2崗（3彳）第37卷彳貳攻* 143:!环境保护工程Environmental Protection Engineering通过对比可以看出，2种工艺布置方案对收集车 合城市中心等地带采用。ESB的适用范围都很广，但平进低岀与周围建筑的融合性

更好。参考文献：各个城市如果要逐步实现垃圾收集的机械化和 [1] 中华人民共和国环境保护部.2017年全国大、中城市固体废

智能化，应结合项目选址，从节约投资、降低能耗、便 物污染环境防治年报[EB/OL], [2017-12-06](2018-08-10).

于二次污染控制等方面综合考虑工艺布置方案。http: //huanbao.bjx.com.cn/news/20171208/866348.shtml.3结语[2] 刘晋，蒋岚岚.无锡市柏庄生活垃圾转运站工程设计[J]•环境

直接转运式垃圾转运站对建设要求和设备要求 工程,2009,27(5):99-102.较低、造价便宜，比较适合农村和城郊等地理位置较

[3] 吴波，刘茹飞，康哲，等.保定市生活垃圾转运站现状分析及

偏僻的地方采用。水平压缩装箱式工艺因其更适合远 对策[J].资源节约与环保,2015(5):167-168.距离运输，并且产生的垃圾渗滤液也能得到有效收集，

[4] 郭凌志，王宏凯，王海凤.预压式大中型垃圾转运站优化设计

因此更适合城市等用地紧张的地方采用。[J].环境卫生工程,2014,22(5):10-12.[5] 吴波，刘茹飞，国瑞峰，等.保定市生活垃圾转运站压缩工艺

水平压缩装箱式工艺无论在经济还是选购方面 浅析[J].再生资源与循环经济,2015,8(6):36-3&相对于竖直压缩装箱式工艺都更为方便，因此，在条

[6] 黄军辉.浅议垃圾压缩机的选型[J].中国新技术新产品，2013

件允许的情况下，更推荐采用水平压缩装箱式工艺。(12):105-106.高出占地面积较大，但是日常维护成本低，所

[7] 王修裕.垃圾压缩机的选型[J].江西建材,2016(22):252-253.以更适合用地相对不太紧张、对建筑环境整体和谐性 要求不高的地方采用。平进低出占地面积较小，同时对 收稿日期：2018-08-15作者简介：王滨，男，工程师，学士，主要从事城市环境基础设施的投

于产生的噪声和臭气都有更好的收集效果，因此更适资、建设和运营工作。(上接第143页)476-478.质各向异性不连续的介质；另一方面横通道与主隧道 [2] 铁道部经济规划研究院.铁路隧道工程施工技术指南:TZ204-

转换段围岩多次受到施工扰动，围岩中的软弱结构面

2008[S].北京：中国铁道出版社,200&和裂隙受扰动后进一步开裂，导致围岩整体强度特性

[3] 娄霜，徐国庆.地铁车站风险源处理技术探讨[J/OL].城市建

降低，有限元模拟中不能表达此类围岩内部的损伤情

设理论研究，(2013-12-14). http://www.wanfangdata.com.cn/

况。但是，地表沉降和洞内沉降的监测结果远小于地 detaiis/detail.do?_type=perio&id=csjsliyj2013331543.[4] 表沉降控制值等.新建地铁隧道“零距离”下穿既

30 mm,洞内水平收敛控制值20 mm,符 万良勇，宋战平，曲建生，有车站施工技术分析[J].现代隧道技术,2015,52(1):168-

合要求叫176,183.5结语[5] 李亚勇，邓怡虎，靳晓光，等.暗挖地铁车站施工通道与车站

数值模拟及现场监测结果表明，双洞法可以有效

转换段施工方法研究[J].铁道科学与工程学报,2016,13(7)：

控制沉降，降低施工风险。但是，横通道转换施工段马 1352-1358.头门边墙、大断面隧道两侧拱腰、拱脚处和横通道两侧

[6] 徐良安.施工通道与地铁车站转换段扩挖法的施工力学行为

边墙为相对危险位置，现场施工时需要采取注浆加固 研究[J].施工技术,2015,44(Sup2) ：351-355.围岩和增大初支工字钢型号及格栅间距等措施，保证

[7] 北京城建设计研究总院.地铁设计规范：GB 50157-2003[S].

施工安全。北京：中国计划出版社，2003.参考文献：收稿日期：2018-07-06作者简介：赵迎，男，高级工程师，硕士，主要从事轨道交通工程施工

[1]李静.竖井横通道转正洞施工方案比选[J].隧道建设,2008(4)：管理工作。南昌地铁3号线振兴大道站至邓埠站区间双线贯通2019年2月25日上午，南昌地铁3号线土建三标中铁439号盾构机破土而岀，这也标志着振兴大道站至邓埠站区间上行

线的贯通。据悉，该盾构区间是2019年春节后第1个贯通的区间，同时也是3号线第5个区间双线贯通，为3号线开通试运营

打下了良好的基础。198 彳苯技水 2019 No.2 (Mar.) Vol.37