大跨度大拱脚暗挖车站施工方案的多维度剖析与实践

大跨度大拱脚暗挖车站施工方案的多维度剖析与实践一、引言1.1研究背景与意义随着城市化进程的加速，城市人口不断增长，交通拥堵问题日益严重。城市轨道交通作为一种高效、便捷、环保的公共交通方式，在各大城市中得到了广泛的发展和应用。大跨度大拱脚暗挖车站作为城市轨道交通中的重要组成部分，对于缓解城市交通压力、提升城市交通运输效率起着关键作用。在城市轨道交通建设中，暗挖车站因其对地面交通和周边环境影响较小的优势，被越来越多地应用于复杂的城市环境中。大跨度大拱脚暗挖车站能够更好地适应不同的地质条件和城市空间布局，为乘客提供更宽敞、舒适的候车环境。然而，由于其跨度大、拱脚受力复杂等特点，施工难度和风险也相对较高。在施工过程中，一旦出现问题，不仅会影响工程的进度和质量，还可能对周边建筑物和地下管线造成严重的破坏，甚至危及施工人员和周边居民的生命财产安全。因此，研究大跨度大拱脚暗挖车站的施工方案，对于保障工程的安全、质量与进度具有重要的现实意义。通过深入研究大跨度大拱脚暗挖车站的施工方案，可以优化施工工艺，提高施工效率，减少施工时间，从而加快城市轨道交通的建设速度，使城市轨道交通能够更快地投入使用，为市民提供更加便捷的出行服务。科学合理的施工方案能够有效控制施工过程中的变形和沉降，确保车站结构的稳定性和安全性，提高工程质量，延长车站的使用寿命，降低后期维护成本。此外，研究大跨度大拱脚暗挖车站施工方案还有助于推动地下工程施工技术的发展和创新。通过对施工过程中的关键技术和难点问题进行深入研究，可以探索出更加先进、有效的施工方法和技术手段，为类似地下工程的建设提供宝贵的经验和借鉴。在面对复杂的地质条件和城市环境时，创新的施工方案能够更好地解决工程中的实际问题，提高工程建设的可行性和可靠性。同时，技术的创新也有助于提高我国在地下工程领域的技术水平和国际竞争力，为我国城市轨道交通事业的可持续发展奠定坚实的基础。1.2国内外研究现状在国外，大跨度大拱脚暗挖车站施工技术的研究与应用较早。一些发达国家如日本、德国、美国等，凭借其先进的工程技术和丰富的实践经验，在该领域取得了显著成果。日本在地下工程建设中，针对复杂地质条件和城市环境，研发了多种先进的暗挖施工工法，并注重施工过程中的信息化监测与控制，有效保障了工程的安全与质量。德国则在隧道施工技术方面处于世界领先水平，其对大跨度暗挖车站的结构设计、支护体系和施工工艺进行了深入研究，提出了一系列科学合理的技术方案。美国在地下空间开发利用方面也积累了大量经验，通过不断创新和改进施工技术，成功建设了许多大跨度暗挖车站。国内对于大跨度大拱脚暗挖车站施工方案的研究起步相对较晚，但随着城市轨道交通建设的快速发展，近年来取得了丰硕的成果。众多学者和工程技术人员针对不同的地质条件和工程特点，对暗挖车站的施工工法、支护结构、施工过程中的力学行为等方面进行了广泛而深入的研究。在施工工法方面，国内常用的有双侧壁导坑法、CD法、CRD法、PBA法、初支拱盖法等。双侧壁导坑法能够适应复杂地质条件，有效控制地面沉降，但施工工序复杂，成本较高。CD法和CRD法在控制变形和保证施工安全方面具有一定优势，但施工效率相对较低。PBA法通过在导洞内施作边桩、中桩及顶纵梁，形成承载结构，再进行扣拱施工，适用于多种地层条件。初支拱盖法融入了拱桥、明挖盖挖法、基坑支护等设计理念，具有施工空间大、工期短、工程质量好等优点，尤其适用于上软下硬地层。学者们通过理论分析、数值模拟和工程实践，对这些工法的适用性、施工要点、力学特性等进行了详细研究，为工程选择合适的施工工法提供了依据。在支护结构研究方面，主要集中在如何优化支护参数，提高支护结构的稳定性和承载能力。通过对锚杆、锚索、格栅钢架、喷射混凝土等支护构件的力学性能和作用机理的研究，提出了合理的支护参数设计方法。例如，研究不同类型锚杆在不同地层中的锚固效果，优化锚杆的长度、间距和布置方式；分析格栅钢架的受力特性，改进其结构形式和连接方式，提高其支护效果。同时，还开展了对新型支护材料和结构的研究，如纤维混凝土、组合支护结构等，以满足工程对支护结构更高的要求。施工过程中的力学行为研究也是国内研究的重点之一。通过数值模拟和现场监测，分析大跨度大拱脚暗挖车站在施工过程中的围岩应力、变形规律以及支护结构的受力状态。研究结果表明，施工过程中的开挖顺序、支护时机、爆破振动等因素对围岩和支护结构的力学行为有显著影响。基于这些研究成果，提出了相应的施工控制措施，如合理安排施工顺序、及时施作支护、控制爆破参数等，以确保施工过程的安全和结构的稳定。然而，现有研究仍存在一些不足之处。一方面，虽然对各种施工工法和支护结构进行了大量研究，但在不同地质条件和复杂环境下，如何更加精准地选择和优化施工方案，还需要进一步深入研究。例如，对于一些特殊地层，如富水砂层、膨胀性地层等，现有的施工工法和支护措施可能面临更大的挑战，需要探索更加有效的解决方案。另一方面，施工过程中的风险评估和控制体系还不够完善。大跨度大拱脚暗挖车站施工风险高，如何全面、准确地识别施工过程中的风险因素，并建立科学合理的风险评估模型和控制措施，仍是需要解决的问题。此外，在施工技术的创新和应用方面，虽然取得了一定进展，但与国际先进水平相比，仍有一定差距，需要加强技术研发和创新，推动大跨度大拱脚暗挖车站施工技术的不断发展。1.3研究内容与方法1.3.1研究内容本文将深入研究大跨度大拱脚暗挖车站施工方案，具体内容涵盖以下几个关键方面：施工方法对比与选择：全面分析双侧壁导坑法、CD法、CRD法、PBA法、初支拱盖法等常用暗挖施工工法的特点、适用条件及优缺点。结合具体工程实例，如北京地铁10号线工体北路站主体采用“PBA”法施工，风道采用“CRD”工法施工，对比不同工法在大跨度大拱脚暗挖车站施工中的应用效果，包括施工进度、成本、对周边环境的影响等，为工程实践提供科学合理的施工工法选择依据。施工技术要点研究：针对选定的施工方法，详细研究施工过程中的关键技术要点。例如，在PBA法施工中，深入探讨导洞施工技术，包括导洞的开挖顺序、支护方式，以及如何确保导洞的稳定性；研究桩顶冠梁、边拱、主拱及开口部位的施工技术，如桩顶冠梁施工时如何保证与桩头的连接质量，边拱格栅与纵梁的连接方式及施工控制要点等；分析大拱脚施工技术，包括大拱脚的设计参数、施工工艺以及如何保证其承载能力和稳定性。施工过程力学行为分析：运用理论分析和数值模拟相结合的方法，对大跨度大拱脚暗挖车站施工过程中的力学行为进行深入研究。建立施工过程的力学模型，分析在不同施工阶段，围岩的应力、应变分布规律，以及支护结构的受力状态。通过数值模拟结果，预测施工过程中可能出现的问题，如围岩坍塌、支护结构失稳等，并提出相应的预防措施。安全与质量控制措施：从施工安全和质量控制两个方面，制定全面的保障措施。在施工安全方面，识别施工过程中的潜在安全风险，如坍塌、爆炸、触电等，制定相应的安全管理制度和应急预案，加强施工现场的安全管理和监督。在质量控制方面，建立完善的质量控制体系，从原材料质量控制、施工过程质量监控到成品质量检验，确保工程质量符合相关标准和要求。施工监测方案设计：设计科学合理的施工监测方案，包括监测项目、监测方法、监测频率等。通过对施工过程中的关键部位和参数进行实时监测，如围岩变形、支护结构内力、地面沉降等，及时获取施工信息，反馈施工情况，为施工决策提供依据，确保施工过程的安全和工程质量。1.3.2研究方法为了实现上述研究内容，本文将采用以下研究方法：文献研究法：广泛查阅国内外关于大跨度大拱脚暗挖车站施工方案的相关文献资料，包括学术论文、研究报告、工程案例等。了解该领域的研究现状和发展趋势，总结前人的研究成果和经验教训，为本文的研究提供理论基础和参考依据。案例分析法：选取多个具有代表性的大跨度大拱脚暗挖车站工程案例，如青岛地铁1号线太行山路站采用暗挖单层初支拱盖法施工，对其施工方案、施工过程、工程效果等进行详细分析。通过实际案例的研究，深入了解不同施工方法在实际工程中的应用情况，发现存在的问题，并总结成功的经验和做法。数值模拟法：运用专业的数值模拟软件，如ANSYS、FLAC3D等，建立大跨度大拱脚暗挖车站施工过程的数值模型。通过模拟不同施工工况下围岩和支护结构的力学行为，分析施工过程中的应力、应变分布规律，预测施工过程中可能出现的问题，并对施工方案进行优化。现场监测法：结合实际工程，对大跨度大拱脚暗挖车站施工过程进行现场监测。通过布置监测点，对围岩变形、支护结构内力、地面沉降等参数进行实时监测，获取第一手数据。将现场监测数据与数值模拟结果进行对比分析，验证数值模拟的准确性，同时为施工过程的动态调整提供依据。二、大跨度大拱脚暗挖车站施工难点分析2.1地质条件复杂2.1.1地层稳定性差大跨度大拱脚暗挖车站通常位于城市地下，所处地层条件复杂多样，包括但不限于软弱地层、上软下硬地层等，这些复杂的地层条件给施工带来了极大的挑战。在软弱地层中，如淤泥质土、粉质黏土、粉细砂等，土体强度低、自稳能力差。当进行暗挖施工时，由于开挖扰动，土体原有的应力平衡状态被打破，极易发生变形和坍塌。例如，在淤泥质土地层中，土体含水量高、孔隙比大，抗剪强度极低，开挖后若不能及时进行有效的支护，洞壁土体可能迅速向洞内挤出，导致围岩失稳。此外，软弱地层的蠕变特性也较为明显，随着时间的推移，土体变形会持续发展，对支护结构的长期稳定性构成威胁。上软下硬地层是另一种常见的复杂地质条件，其上部为软弱的土层，下部为坚硬的岩层。这种地层结构的差异使得在施工过程中，土体和岩体的变形不协调，容易产生应力集中现象。当开挖到上软下硬地层界面附近时，上部软土的变形较大，而下部硬岩的变形相对较小，这会导致在界面处出现较大的剪切力，可能引发围岩的局部破坏和坍塌。同时，由于软硬地层的差异，施工过程中的爆破作业也难以控制，容易对周边地层和结构造成不良影响。例如，在爆破硬岩时，若爆破参数控制不当，可能会对上部软土产生过大的震动，导致软土松动、坍塌，进而影响整个工程的安全。此外，地层中的节理、裂隙等地质构造也会对大跨度大拱脚暗挖车站施工产生不利影响。节理和裂隙的存在破坏了地层的完整性，降低了岩体的强度和稳定性。在施工过程中，这些节理和裂隙可能成为地下水的通道，进一步软化岩体，增加施工难度和风险。同时，在开挖过程中，节理和裂隙还可能导致岩体的块体失稳，如发生掉块、坍塌等现象，危及施工人员的安全和工程的顺利进行。2.1.2地下水影响地下水是大跨度大拱脚暗挖车站施工中不可忽视的重要因素，它对施工安全、结构耐久性等方面都存在诸多潜在危害。地下水的存在可能引发涌水和流砂现象。当暗挖施工穿越富水地层时，如砂层、砾石层或岩溶发育地区，地下水在压力作用下可能突然涌入隧道，形成涌水灾害。涌水不仅会影响施工进度，还可能导致施工人员被困、机械设备损坏等严重后果。同时，涌水还可能携带砂土一起涌入隧道，形成流砂现象。流砂会使隧道周边土体的结构遭到破坏，降低土体的承载能力，进而引发地面塌陷、周边建筑物倾斜等问题。例如，在深圳地铁某暗挖隧道区间，由于地下水的影响，在隧道开挖过程中造成掌子面坍塌，就是因为该段隧道内易形成较多积水，围岩失水固结，加上上覆土无隔水层，主要为透水性强的砂质粘性土，最终导致了事故的发生。地下水对结构耐久性也存在威胁。地下水中通常含有各种化学成分，如硫酸盐、氯化物等，这些成分会对混凝土结构和钢筋产生腐蚀作用。长期受到地下水侵蚀，混凝土结构的强度会逐渐降低，钢筋会发生锈蚀，从而削弱结构的承载能力，缩短结构的使用寿命。在一些地下水位较高且水质较差的地区，大跨度大拱脚暗挖车站的结构耐久性问题尤为突出，需要采取特殊的防护措施来保证结构的安全。此外，地下水还会对施工安全产生直接影响。在地下水位较高的情况下，施工人员需要在潮湿的环境中作业，这不仅增加了施工难度，还容易引发滑倒、触电等安全事故。同时，地下水的存在还可能导致隧道内通风不畅，增加有害气体的积聚，对施工人员的身体健康造成危害。2.2结构受力复杂2.2.1大跨度结构的力学特性大跨度大拱脚暗挖车站在施工和使用过程中，其大跨度结构呈现出独特的力学特性。以拱部结构为例，在竖向荷载作用下，拱部主要承受压力，同时会产生一定的弯矩和剪力。由于拱的曲线形状，使得荷载能够沿着拱的轴线传递，从而将压力分散到拱脚处。然而，在拱顶部位，由于拱的曲率变化，会出现应力集中现象，使得该部位的应力相对较大。在实际工程中，若拱顶的混凝土强度不足或配筋不合理，就可能导致拱顶出现裂缝甚至坍塌。拱脚作为大跨度结构的关键部位，承受着拱部传递过来的巨大压力和水平推力。在施工过程中，拱脚的受力情况尤为复杂。当进行拱部开挖和支护时，拱脚处的土体或岩体受到扰动，其原有的承载能力可能会下降，而此时拱脚又要承担拱部传来的荷载，这就使得拱脚处的应力集中问题更加突出。若拱脚的加固措施不到位，如锚杆、锚索的长度和间距不合理，就可能导致拱脚失稳，进而影响整个结构的安全。在一些大跨度大拱脚暗挖车站施工中，由于拱脚处的地层条件较差，为了保证拱脚的稳定性，采用了扩大拱脚的设计。通过增加拱脚的受力面积，降低了拱脚处的应力集中程度，提高了结构的承载能力。然而，扩大拱脚也带来了施工难度的增加，如在开挖和支护过程中，需要更加精确地控制施工尺寸和质量，以确保拱脚的承载能力能够满足设计要求。此外，大跨度结构在施工过程中，由于施工顺序和施工方法的不同，其受力状态也会发生变化。在采用CD法或CRD法施工时，需要对隧道进行多次分部开挖和支护，每一次开挖和支护都会引起围岩和支护结构的应力重分布。如果施工顺序不合理，可能会导致某些部位的应力过大，从而影响结构的稳定性。因此，在施工过程中，需要合理安排施工顺序，及时施作支护结构，以保证结构在施工过程中的受力安全。2.2.2群洞效应在大跨度大拱脚暗挖车站施工中，往往涉及多个洞室的开挖，这就不可避免地会产生群洞效应。群洞效应是指在多洞室开挖过程中，由于洞室之间的相互影响，导致围岩和支护结构的力学行为发生变化，进而影响结构的稳定性和安全性。当多个洞室近距离开挖时，洞室之间的围岩会受到多次扰动，其应力状态变得复杂。由于洞室的开挖，围岩的原始应力平衡被打破，在洞室周围会形成应力集中区域。而当相邻洞室进行开挖时，这些应力集中区域会相互叠加，使得围岩的应力进一步增大。这种应力的叠加可能导致围岩的塑性区扩大，降低围岩的强度和稳定性，从而增加了坍塌的风险。例如，在某地铁车站的施工中，由于相邻洞室的开挖间隔时间较短，导致洞室之间的围岩出现了较大的变形和塑性破坏，最终引发了局部坍塌事故。群洞效应还会导致地面沉降和结构变形问题。由于洞室开挖引起的围岩变形会向上传递到地面，导致地面沉降。在多洞室开挖情况下，地面沉降的范围和程度会进一步扩大。洞室之间的相互影响也会使得结构的变形更加复杂。相邻洞室的开挖可能会对已完成的洞室结构产生侧向压力，导致结构发生倾斜、开裂等变形。在一些城市地铁车站的施工中，由于群洞效应的影响，周边建筑物出现了不同程度的沉降和开裂现象，对建筑物的安全造成了严重威胁。为了减小群洞效应的影响，在施工过程中需要采取一系列的措施。合理安排洞室的开挖顺序是关键。通过优化开挖顺序，可以减少洞室之间的相互干扰，降低围岩的应力集中程度。先开挖对周边影响较小的洞室，再逐步开挖其他洞室，或者采用间隔开挖的方式，都可以有效地减小群洞效应。加强洞室之间的支护和加固也是重要的措施。可以在洞室之间设置联络通道、横撑等结构，增强洞室之间的连接和整体性，提高结构的稳定性。同时，还需要加强施工监测，实时掌握围岩和支护结构的变形情况，及时调整施工参数和支护措施，确保施工过程的安全。2.3周边环境复杂2.3.1地面交通与建筑物大跨度大拱脚暗挖车站多建于城市核心区域，这些地段通常地面交通极为繁忙，建筑物高度密集。以某城市的地铁车站为例，该车站位于市中心的商业繁华地段，周边高楼林立，有众多的商场、写字楼和住宅小区。车站施工场地被压缩在一个狭小的空间内，施工材料的堆放和机械设备的停放都面临极大的困难。由于场地狭窄，无法设置大型的材料堆放场和机械设备停放区，施工材料只能临时堆放在有限的场地内，且需要频繁地转运，这不仅增加了施工成本，还容易导致材料的损坏和丢失。机械设备也只能在狭小的空间内作业，操作难度大，效率低下，还存在一定的安全隐患。施工过程中产生的振动和噪声对周边建筑物也会产生严重影响。暗挖施工中常用的爆破作业会产生强烈的振动和噪声，虽然采取了一系列的减振降噪措施，但仍难以完全避免对周边建筑物的影响。周边建筑物多为老旧建筑，结构相对薄弱，长时间的振动可能导致建筑物的墙体开裂、地基下沉等问题，严重影响建筑物的安全和使用寿命。振动和噪声也会对周边居民的生活和工作造成干扰，引发居民的不满和投诉，给施工带来一定的社会压力。为了减小施工对周边建筑物的影响，施工单位采取了多种措施。在爆破作业前，对周边建筑物进行详细的调查和评估，确定建筑物的结构类型、基础形式和现状等信息，并根据评估结果制定合理的爆破参数和减振措施。在爆破过程中，采用微差爆破、预裂爆破等技术，严格控制爆破的规模和频率，减少爆破振动对周边建筑物的影响。还加强了对周边建筑物的监测，实时掌握建筑物的变形情况，一旦发现异常，立即停止施工并采取相应的处理措施。2.3.2地下管线地下管线是城市基础设施的重要组成部分，大跨度大拱脚暗挖车站施工区域往往地下管线错综复杂。这些管线包括自来水、燃气、电力、通信等各种类型，它们分布在不同的深度和位置，给施工带来了极大的干扰。在某地铁车站施工过程中，发现施工区域内存在多条年代久远的地下管线，由于缺乏详细的管线资料，施工人员在施工前难以准确掌握管线的具体位置和走向。在进行土方开挖时，不慎挖断了一条自来水管道，导致周边区域大面积停水，不仅影响了居民的正常生活，还造成了一定的经济损失。类似的情况还包括挖断燃气管道引发的安全事故，以及损坏电力、通信管线导致的停电和通信中断等问题，这些都严重影响了施工的进度和安全。保护地下管线是大跨度大拱脚暗挖车站施工过程中的重要任务，其难度也不容小觑。由于地下管线的分布复杂，且部分管线可能存在老化、破损等情况，在施工过程中很难对其进行全面的保护。一些管线的位置可能与施工方案中的开挖位置冲突，需要进行管线改迁，但管线改迁涉及多个部门和单位，协调难度大，成本高，且改迁过程中也存在一定的风险。在施工过程中，需要采取各种措施来保护地下管线，如加强施工前的管线探测，采用先进的探测技术和设备，尽可能准确地掌握管线的位置和走向；在施工过程中，采用人工开挖、机械配合等方式，小心谨慎地进行施工，避免对管线造成损坏。还需要与相关部门和单位密切配合，制定应急预案，一旦发生管线损坏事故，能够及时进行抢修，减少损失。三、大跨度大拱脚暗挖车站施工方法比较与选择3.1常见施工方法介绍3.1.1柱洞法柱洞法是在大跨度暗挖车站施工中，先在立柱位置施作小导洞，小导洞一般采用台阶法开挖。当小导洞完成后，在洞内依次施作底梁、立柱和顶梁，形成一个细而高的纵向结构。该结构在后续施工中起到支撑和传递荷载的关键作用，能有效分担上部结构的重量，确保施工过程的安全与稳定。在施工过程中，柱洞法施工的关键在于确保两侧开挖后初期支护同步作用在顶纵梁上，并且柱子左右水平力要同时加上且保持相等。这就要求施工人员在施工过程中严格控制施工精度，对每个施工环节进行精准操作。在进行立柱施工时，要确保立柱的垂直度和位置准确，避免出现偏差导致受力不均。在安装顶纵梁时，要保证其与立柱的连接牢固可靠，使初期支护能够有效地将荷载传递到顶纵梁上。柱洞法适用于多跨多层结构的暗挖车站施工。由于其施工过程是先形成立柱和顶纵梁的支撑体系，再逐步进行其他部分的施工，所以能够较好地适应复杂的结构形式。在一些大型地铁换乘车站，由于需要满足多条线路的换乘需求，车站结构往往呈现出多跨多层的复杂形式，柱洞法就能够发挥其优势，通过合理的施工安排，逐步完成车站的建设。柱洞法在控制地面沉降方面也具有一定的优势。由于其施工过程中对地层的扰动相对较小，且支撑体系能够及时提供稳定的支撑，所以能够有效地减少地面沉降的发生，保护周边建筑物和地下管线的安全。然而，柱洞法也存在一些缺点，如施工工序较为复杂，施工难度较大，成本相对较高等。由于需要先施工小导洞，再进行立柱和顶纵梁的施工，这就增加了施工的复杂性和难度。小导洞的施工空间有限，施工设备和材料的运输也较为困难，进一步增加了施工成本。3.1.2侧洞法侧洞法施工是先开挖两侧部分（侧洞），在侧洞内做梁、柱结构，然后再开挖中间部分（中洞），并逐渐将中洞顶部荷载通过初期支护转移到梁、柱上。在实际施工中，侧洞的开挖一般采用小型挖掘机配合人工进行，以确保开挖的精度和安全性。开挖过程中，要及时对侧洞进行支护，通常采用喷射混凝土和锚杆相结合的方式，以增强侧洞的稳定性。两侧洞施工时，中洞上方土体经受多次扰动，形成危及中洞的上小下大的梯形、三角形或楔形土体，该土体直接压在中洞上，中洞施工若不够谨慎就可能发生坍塌。为了确保中洞施工的安全，在两侧洞施工时，需要采取有效的土体加固措施，如超前小导管注浆、地面袖阀管注浆等，以增强土体的稳定性。在中洞施工前，要对中洞上方的土体进行详细的监测和分析，制定合理的施工方案，确保施工过程中土体的稳定。侧洞法适用于小跨度、连续使用可扩成大跨度的暗挖车站施工。在一些场地狭窄、周边环境复杂的地区，侧洞法能够通过先开挖两侧洞，为后续施工创造条件，然后再逐步扩大跨度，完成车站的建设。侧洞法在施工过程中对地面交通和周边环境的影响相对较小，因为其施工主要在两侧洞进行，对中间部分的影响较小。然而，侧洞法也存在一些不足之处，如施工引起的地面沉降较大，防水效果较差等。由于两侧洞的开挖会对土体造成较大的扰动，导致地面沉降的发生。侧洞法的施工工序相对较多，结构的整体性相对较差，这也会影响到防水效果。在一些对地面沉降和防水要求较高的工程中，需要谨慎考虑是否采用侧洞法施工。3.1.3中洞法中洞法施工是先开挖中间部分（中洞），在中洞内施作梁、柱结构，然后再开挖两侧部分（侧洞），并逐渐将侧洞顶部荷载通过中洞初期支护转移到梁、柱结构上。中洞的开挖通常采用CD、CRD或双侧壁导坑法进行施工，这些方法能够有效地控制开挖过程中的土体变形和坍塌风险。在采用CD法施工时，将隧道分为左右两部分，先开挖一侧，及时施作初期支护和中隔壁，再开挖另一侧。这种方法能够有效地减少土体的变形和坍塌风险，但施工工序相对较多，施工速度较慢。中洞法施工工序复杂，但两侧洞对称施工，比较容易解决侧压力从中洞初期支护转移到梁柱上时的不平衡侧压力问题，施工引起的地面沉降较易控制。在一些对地面沉降要求较高的城市地铁车站施工中，中洞法能够通过合理的施工安排，有效地控制地面沉降，保护周边建筑物和地下管线的安全。中洞法的初期支护自上而下，每一步封闭成环，环环相扣，二次衬砌自下而上施工，施工质量容易得到保证。由于初期支护能够及时封闭成环，形成稳定的支撑体系，所以能够有效地保证施工过程的安全和质量。二次衬砌自下而上施工，也有利于保证衬砌的质量和整体性。中洞法适用于土类—软岩类的地质条件较好且施工受地下水影响较少的工程项目。在这种地质条件下，中洞法能够充分发挥其施工安全、地面沉降易控制的优势，顺利完成车站的建设。然而，中洞法也存在一些局限性，如施工工序复杂，施工速度较慢，成本相对较高等。由于中洞法需要先施工中洞，再施工侧洞，施工工序较多，导致施工速度较慢。中洞法的施工设备和材料的投入也相对较大，增加了施工成本。在一些工期紧张、成本控制严格的工程中，需要综合考虑中洞法的适用性。3.1.4拱盖法拱盖法是在PBA工法基础上创建的适用于上软下硬、风化岩石地层的一种暗挖施工方法。该方法的核心思想是充分利用下覆围岩的承载能力和稳定性，在不爆破或弱爆破的条件下，采用PBA工法的小导洞形式进行初支扣拱施工，同时采用大拱脚方案取代PBA工法中的边桩，将拱部初支与二衬结构支撑在两侧稳定基岩上，形成拱盖；在拱盖的保护下，进行地下盖挖逆作或顺作施工。在大连地铁一号线工程中，针对风化岩石地层强度高的特点，采用了拱盖法施工。中山广场站暗挖主体结构穿越震旦系长岭子组板岩，地层上软下硬。通过采用拱盖法，利用风化岩的高强度，充分发挥岩石地基的承载作用，以大拱脚方案取代边桩，成功地完成了车站的施工。在施工过程中，为了保证拱盖的整体稳定性，大拱脚下设纵向冠梁，将拱盖上部荷载均匀地传递给下覆基岩。为了实现大跨或多跨结构，扣拱过程采用浅埋暗挖分部开挖法，实现由小跨到扣拱大跨的转换。为了保持地下高边墙围岩的稳定，采取预应力锚索+锚喷支护，实现了地下大空间作业。为了控制沉降、保护已施工结构，采用减震爆破和松动爆破，减小了对地层与已施工结构的扰动。拱盖法具有导洞少、工序少、扰动少、地面沉降小，支护简单、废弃工程量小，没有边桩、无临时支撑，造价低，拱盖形成后，即可大面积作业，效率高，工期短等优点。相比其他工法，拱盖法能够有效地减少施工过程中的扰动和地面沉降，降低施工成本，提高施工效率。然而，拱盖法也存在一定的缺点，如围岩强度要求高，主要适用于风化岩石地层，尤其是上软下硬的土岩复合地层。在围岩强度较低的地层中，拱盖法可能无法充分发挥其优势，甚至可能导致施工安全风险增加。在选择施工方法时，需要根据具体的地质条件和工程要求，综合考虑拱盖法的适用性。3.2施工方法的比较分析施工方法施工安全工程质量施工进度工程造价适用范围优缺点柱洞法先施工小导洞及内部结构形成支撑体系，能有效分担上部荷载，在复杂地质条件下，如软弱地层或存在破碎带时，通过合理的施工顺序和支护措施，可较好地控制围岩变形和坍塌风险，保障施工安全。但施工过程中对地层的多次扰动，可能增加围岩失稳的隐患，若施工控制不当，容易引发安全事故由于施工工序多，对施工精度要求高，如立柱垂直度、顶纵梁与立柱连接质量等，若施工质量控制不到位，易出现结构受力不均、连接部位松动等问题，影响工程质量。但在严格的质量管控下，各结构的施工质量能得到有效保障，结构的整体性和稳定性较好施工工序复杂，小导洞施工空间有限，施工设备和材料运输困难，导致施工速度较慢，工期相对较长小导洞施工、立柱和顶纵梁施工等增加了施工成本，同时施工难度大，所需的技术和人力投入较多，导致工程造价相对较高适用于多跨多层结构的暗挖车站施工，尤其在地质条件复杂、对地面沉降控制要求较高的区域优点：能有效控制地面沉降，适用于复杂结构；缺点：施工工序复杂，难度大，成本高侧洞法先开挖两侧洞并施作梁、柱结构，在一定程度上可支撑上部土体，减少中洞施工时的压力。但两侧洞施工时，中洞上方土体多次扰动，形成不稳定土体，中洞施工若操作不当，易发生坍塌，施工安全风险相对较高两侧洞施工时，对土体的扰动较大，可能导致土体结构破坏，影响中洞施工的稳定性，进而影响工程质量。中洞施工时，由于上方土体的压力和施工扰动，结构的防水和整体性较难保证施工工序相对较多，两侧洞和中洞的施工相互影响，施工速度较慢，工期较长施工过程中对土体的处理和支护要求较高，增加了施工成本，且由于施工难度较大，所需的人力和设备投入较多，导致工程造价较高适用于小跨度、连续使用可扩成大跨度的暗挖车站施工，在场地狭窄、周边环境复杂的区域有一定应用优点：对地面交通和周边环境影响小；缺点：地面沉降大，防水效果差，施工工序多中洞法中洞施工时采用CD、CRD或双侧壁导坑法，能有效控制开挖过程中的土体变形和坍塌风险，两侧洞对称施工，较易解决侧压力转移时的不平衡问题，施工引起的地面沉降较易控制，施工安全有一定保障初期支护自上而下，每一步封闭成环，环环相扣，二次衬砌自下而上施工，施工质量容易得到保证。施工过程中对中洞和侧洞的施工精度要求较高，如中洞的梁、柱结构施工质量直接影响到整个结构的稳定性和承载能力施工工序复杂，中洞施工完成后才能进行侧洞施工，施工速度较慢，工期较长施工工序多，施工设备和材料投入大，增加了施工成本，且中洞施工难度较大，所需的技术和人力投入较多，导致工程造价相对较高适用于土类—软岩类的地质条件较好且施工受地下水影响较少的工程项目优点：安全性高，地面沉降易控制，施工质量有保障；缺点：施工工序复杂，速度慢，成本高拱盖法利用下覆围岩的承载能力和稳定性，采用小导洞形式进行初支扣拱施工，形成拱盖后进行后续施工，能有效减少施工过程中的扰动和地面沉降，保障施工安全。大拱脚下设纵向冠梁，将荷载均匀传递给下覆基岩，增强了结构的稳定性施工过程中对拱盖的施工质量要求较高，如拱盖的连接部位、大拱脚的施工质量等，若质量控制不到位，会影响拱盖的承载能力和整体稳定性。在严格的质量管控下，拱盖法的施工质量能够得到有效保证，结构的耐久性较好导洞少、工序少，拱盖形成后可大面积作业，施工效率高，工期相对较短相比其他工法，导洞少、支护简单、废弃工程量小，没有边桩、无临时支撑，造价低适用于上软下硬、风化岩石地层的暗挖车站施工优点：导洞少、工序少、扰动少、地面沉降小，造价低，效率高，工期短；缺点：围岩强度要求高，适用地层有限通过对柱洞法、侧洞法、中洞法和拱盖法在施工安全、工程质量、施工进度和工程造价等方面的比较分析，可以看出每种施工方法都有其独特的优缺点和适用范围。在实际工程中，应根据具体的地质条件、工程要求、周边环境等因素，综合考虑选择最合适的施工方法，以确保工程的顺利进行和高质量完成。在地质条件复杂、对地面沉降控制要求较高的多跨多层结构暗挖车站施工中，柱洞法虽然施工难度大、成本高，但能有效控制地面沉降，保障施工安全和工程质量，可能是较为合适的选择；而在风化岩石地层的上软下硬地质条件下，拱盖法则具有明显的优势，能够充分发挥地层的承载能力，实现高效、低成本的施工。3.3施工方法的选择依据在大跨度大拱脚暗挖车站的施工中，施工方法的选择至关重要，需综合考虑多方面因素，依据一定的原则进行决策。地质条件是选择施工方法的关键因素之一。不同的地层特性对施工方法的适用性有着显著影响。在软弱地层，如淤泥质土、粉质黏土、粉细砂等地层中，土体强度低、自稳能力差，开挖后易发生坍塌和变形。这种情况下，应优先选择对地层扰动小、能够及时提供支护的施工方法，如双侧壁导坑法、CRD法等。双侧壁导坑法将大断面分成多个小断面进行开挖，每开挖一个小断面就及时施作初期支护和临时支撑，能够有效控制围岩变形，保障施工安全。而在硬岩地层，岩石强度高、稳定性好，但爆破施工难度较大。此时，可以考虑采用拱盖法等，利用岩石的承载能力，采用小导洞形式进行初支扣拱施工，减少爆破对围岩的影响。地层中的地下水情况也不容忽视。若地下水位较高，且存在涌水、流砂等风险，施工方法的选择应充分考虑防水和排水措施，如采用全断面帷幕注浆等方法进行止水，同时选择有利于控制地下水影响的施工方法，如中洞法等，其施工过程中封闭成环的特点有助于减少地下水对施工的干扰。周边环境是另一个重要的考虑因素。当车站位于地面交通繁忙的区域时，施工过程中应尽量减少对交通的影响。采用暗挖法施工可以避免大规模的地面开挖，减少对交通的阻断。但在施工过程中，需要采取有效的减振降噪措施，如采用微差爆破、控制爆破规模等，以减少施工振动和噪声对周边交通和居民的影响。车站周边的建筑物和地下管线分布情况也会影响施工方法的选择。如果周边建筑物密集且年代久远，结构相对薄弱，施工过程中应严格控制地面沉降和变形，防止对建筑物造成损坏。此时，可选择地面沉降控制较好的施工方法，如中洞法、柱洞法等。对于地下管线复杂的区域，施工前需要详细调查管线的位置和走向，选择对管线影响较小的施工方法，并制定相应的保护措施，如采用人工开挖、加强监测等，确保管线的安全。结构设计要求也是选择施工方法的重要依据。大跨度大拱脚暗挖车站的结构形式和尺寸决定了施工的难度和风险。对于跨度较大、拱脚受力复杂的结构，需要选择能够有效控制结构变形和受力的施工方法。例如，在拱脚部位，采用扩大拱脚的设计时，施工方法应能够保证拱脚的施工质量和承载能力，如采用拱盖法时，大拱脚下设纵向冠梁，将拱盖上部荷载均匀地传递给下覆基岩，确保拱脚的稳定性。结构的防水要求也会影响施工方法的选择。对于防水要求较高的车站，应选择防水效果好的施工方法和防水措施，如采用全包防水方案，并在施工过程中严格控制施工缝和变形缝的防水处理，确保结构的防水性能。施工成本和工期要求同样不容忽视。不同的施工方法在施工成本和工期上存在差异。在满足工程质量和安全的前提下，应选择成本较低、工期较短的施工方法。例如，拱盖法相比其他一些工法，导洞少、工序少、造价低，且拱盖形成后可大面积作业，效率高，工期短，在地质条件合适的情况下，可有效降低施工成本和缩短工期。但在实际选择时，不能仅仅追求成本和工期，还需要综合考虑其他因素，确保工程的顺利进行和质量安全。四、大跨度大拱脚暗挖车站施工技术要点4.1超前支护技术4.1.1管棚支护管棚作为一种重要的超前支护手段，在大跨度大拱脚暗挖车站施工中发挥着关键作用。管棚类型多样，常见的有热轧无缝钢管、焊接钢管等。热轧无缝钢管具有强度高、韧性好、抗腐蚀性强等优点，能够承受较大的荷载，适用于地质条件复杂、围岩稳定性较差的情况。焊接钢管则成本相对较低，制作工艺相对简单，但在强度和抗腐蚀性方面略逊于热轧无缝钢管。在实际工程中，应根据具体的地质条件、工程要求和成本预算等因素，合理选择管棚类型。管棚的布置方式需根据隧道的断面尺寸、形状以及围岩的地质条件等进行精心设计。一般来说，管棚沿隧道拱部周边布置，形成一个棚架结构，以提供有效的支护。在确定管棚的间距时，需要考虑围岩的自稳能力、管棚的承载能力以及施工的可行性等因素。如果管棚间距过大，可能无法有效地阻止围岩的坍塌；而间距过小，则会增加施工成本和难度。在软弱地层中，管棚的间距通常较小，以增强支护效果；在围岩条件较好的情况下，管棚间距可以适当增大。管棚的外插角也是一个重要参数，一般控制在1°-5°之间，具体数值应根据隧道的埋深、围岩情况等进行调整。合适的外插角能够使管棚更好地与围岩结合，提高支护的稳定性。管棚施工工艺较为复杂，需要严格按照规范进行操作，以确保施工质量。在施工前，首先要进行测量放线，准确确定管棚的位置和方向。测量放线的精度直接影响到管棚的施工质量和支护效果，因此必须使用高精度的测量仪器，并由专业的测量人员进行操作。钻孔是管棚施工的关键环节，可采用水平地质钻机进行钻孔。在钻孔过程中，要严格控制钻孔的角度和深度，确保钻孔的垂直度和位置准确。为了防止钻孔过程中出现塌孔现象，可以采用跟管钻进的方法，即在钻孔的同时将套管跟进，以保护孔壁。当钻孔完成后，将管棚插入孔内，并进行固定。管棚的连接方式有焊接、丝扣连接等，无论采用哪种连接方式，都要确保连接牢固可靠，以保证管棚的整体性和承载能力。管棚在超前支护中具有显著的作用和效果。它能够有效地阻止围岩的坍塌，控制围岩的变形，为后续的隧道开挖和支护施工提供安全保障。通过管棚的支撑作用，能够将隧道开挖引起的围岩压力传递到稳定的地层中，从而减小围岩的应力集中，提高围岩的稳定性。管棚还可以作为注浆的通道，通过向管棚内注浆，使浆液渗透到围岩的孔隙和裂隙中，进一步加固围岩，提高围岩的强度和自稳能力。在某大跨度大拱脚暗挖车站施工中，采用了直径为108mm的热轧无缝钢管作为管棚，管棚间距为0.3m，外插角为3°。通过管棚支护，有效地控制了围岩的变形，确保了施工的安全和顺利进行。在后续的隧道开挖过程中，未出现明显的围岩坍塌和变形现象，证明了管棚支护的有效性。4.1.2小导管注浆小导管注浆是一种常用的超前支护方法，其原理是通过向地层中打入小导管，并借助注浆泵的压力，使浆液通过小导管渗透、扩散到地层孔隙或裂隙中，从而改善土体的物理力学性能。对于具有一定孔隙或裂隙的围岩，在注浆压力作用下，浆液能够克服各种阻力，渗入围岩的孔隙或裂隙中，达到固结地层的目的，这就是渗入性注浆。而对于致密的土质地层，在较高的浆液压力作用下，裂隙被挤开，使浆液得以渗入，实现压密岩体的效果，此为劈裂、压密注浆。通过小导管注浆，不仅可以止水，还能在工作面周围形成一个承载壳——地层自承拱，同时管体又可起到超前锚杆的作用，增加土体的自稳时间，提高开挖面地层的自稳能力，限制地层松弛变形。小导管注浆的施工流程较为严谨。在施工前，需要进行详细的施工准备工作，包括收集地层土质、级配、孔隙率、渗水系数、含水率等资料，了解环境水源、邻近结构物、地下水情况，明确控制位移量、加固土体强度限值要求等。根据这些资料进行注浆设计，选定注浆浆液（如水泥浆液、化学浆液），选取合适的凝固时间，进行注浆配合比设计，并确定管径、管长、管距、注浆压力、注浆半径、注浆量等参数。小导管一般选用有缝钢管，管径通常为32mm，管长根据实际情况确定，一般为3-6米。钢管应沿土体面布置并向外倾斜，其倾斜角一般为5°-10°左右，在处理坍方体时可适当加大至10°-15°左右。在正式注浆前，应在洞外相类似的地层进行注浆试验，以检验注浆设备的选型、配备是否恰当，注浆参数的确定是否合理。对注浆试验要进行认真记录，并对注浆实体进行开挖验证，获取在额定注浆压力、选定注浆材料、注浆配合比与导管注浆孔布设情况下，浆液的渗透范围、实际的注浆半径、土体固结时间及强度等实际资料，作为制定注浆参数的依据。施工时，先进行测量导管孔位，确保孔位准确。然后进行钻孔，钻孔可用台车或手持风枪将小导管沿孔打入。对于砂类土，可用20mm钢管制作吹风管，将吹风管缓缓扦入土中用高压风射孔，成孔后将小导管扦入。钻孔完成后，要用高压风、水清洗，吹冲干净孔内砂尘及积水。所有钻孔完成均要进行检验，不合格孔要重打。小导管加工必须由现场专业车间进行，其注浆孔必须用钻床成孔，尾部必须加焊6管箍，并经质检人员检验合格方可交付使用。注浆前先喷砼封闭掌子面以防漏浆，对于强行打入的钢管应先冲清管内积物，然后再注浆，注浆顺序由下向上进行，浆液可用拌合机搅拌或人工搅拌。单液注浆时，水泥浆水灰比一般为1.5:1，1.0:1.0、0.8:1.0三个等级，浆液由稀到浓逐级变换，即先注稀浆，然后逐步变浓直到0.8:1.0为止。考虑到注浆后需尽快开挖，注浆宜用普通水泥或早强水泥，可掺减水剂。在地下水丰富或有淤泥、流砂等复杂地质条件下，宜选用水泥与水玻璃双液法注浆，配合比一般为：水泥浆水灰比1.25:1-0.5:1，水玻璃模数以2.4-2.8为宜，水玻璃浓度使用范围为30-45波美度。在注浆过程中，可能会出现一些异常情况，需要及时进行处理。如发生浆液从其它孔流出的串浆现象，在有多台注浆机的条件下，应同时注浆，无条件时应将串浆孔及时堵塞。单液注水泥浆压力突然升高，则可能发生堵管，应停机检查，发现堵管时，要敲打或滚动以疏通注浆管，无法疏通时要拆管。水泥与水玻璃双注浆压力突然升高，则应关停水玻璃泵，进行单液注浆泵或注清水，等泵压力正常时，再进行双液注浆。注浆完成后，要及时清场，退出所有注浆设备，并清除完设备内浆液后应用清水再次清洗，直至完全清净设备内浆液，保持设备使用前的清洁完好状态，以备下次再用。小导管注浆对加固地层和防止围岩坍塌具有重要意义。通过注浆，能够填充围岩的孔隙和裂隙，提高土体的强度和稳定性，有效防止围岩在开挖过程中发生坍塌。在某大跨度大拱脚暗挖车站施工中，通过小导管注浆加固地层，使围岩的自稳能力得到显著提高，在后续的开挖过程中，有效地控制了围岩的变形和坍塌风险，保障了施工的安全和顺利进行。小导管注浆还能改善土体的止水性能，减少地下水对施工的影响，为施工创造良好的条件。4.2开挖与支护技术4.2.1台阶法开挖台阶法开挖是一种较为常见且应用广泛的施工方法，其基本施工步骤如下：首先进行上半断面的开挖，利用风钻或其他合适的钻孔设备在掌子面上钻孔，然后装填炸药进行爆破作业。在爆破后，及时对开挖面进行排险处理，清除松动的岩石和浮石。接着，进行初期支护，先喷射一层混凝土，厚度一般为5-10厘米，以封闭围岩表面，防止围岩进一步风化和坍塌。随后安装钢支撑，如格栅钢架或型钢钢架，按照设计间距进行架设，并通过连接钢筋将其连接牢固，形成稳定的支撑体系。再铺设钢筋网，将钢筋网与钢支撑连接，最后喷射混凝土至设计厚度，使初期支护形成一个整体。当下半断面的开挖条件满足时，进行下半断面的开挖。下半断面的开挖同样要注意控制爆破参数，减少对围岩的扰动。开挖完成后，及时进行初期支护，其施工工艺与上半断面类似。在台阶法开挖过程中，有诸多需要注意的要点。台阶长度的确定至关重要，它必须综合考虑隧道断面跨度、围岩地质条件、初期支护形成闭合断面的时间要求以及上部施工所需空间大小等因素。在围岩较差的情况下，台阶长度可适当缩短，一般宜为5米左右，以保证施工安全。上下台阶的施工顺序和步距也需严格控制，上下台阶步距通常保持在3-5米，这样既能保证上台阶施工的安全，又能使下台阶及时跟进，使初期支护尽早封闭成环，有效减小地层沉降。在大跨度大拱脚暗挖车站施工中，台阶法开挖具有一定的应用效果。由于其施工工序相对简单，施工速度较快，能够在一定程度上缩短工期。台阶法开挖对施工场地和设备的要求相对较低，适应性较强，在一些地质条件相对较好的区域，能够充分发挥其优势。台阶法开挖也存在一些局限性。对于地质条件较差的情况，如软弱地层或围岩破碎带，台阶法开挖可能导致围岩变形过大，甚至发生坍塌，因此需要结合其他辅助施工措施，如超前支护、注浆加固等，来确保施工安全。在大跨度大拱脚暗挖车站施工中，由于拱脚受力复杂，台阶法开挖可能难以满足拱脚的稳定性要求，需要对拱脚进行特殊处理，如采用大拱脚设计，增加拱脚的承载能力。4.2.2CD法与CRD法CD法，即交叉中隔壁法，其施工原理是将隧道断面分为左右两部分，先开挖一侧，及时施作初期支护和中隔壁，中隔壁通常采用钢支撑和喷射混凝土组合而成，能够有效地将隧道两侧的土体分隔开，减少相互影响。然后再开挖另一侧。在施工过程中，每一步开挖都要严格控制施工顺序和时间间隔，确保施工安全。具体施工步骤如下：首先，利用上一循环架立的钢架施作隧道侧壁超前支护及导坑侧壁φ22水平锚杆超前支护，以增强围岩的稳定性。然后，进行弱爆破开挖左侧上导洞，开挖后及时施作该导洞周边的初期支护和临时支护，并设锁脚锚杆，以防止初期支护下沉。接着，滞后一定距离（一般为3-5米）弱爆破开挖左侧下导洞，同样施作周边的初期支护和临时支护。按照类似的步骤，依次开挖右侧上导洞和下导洞。CRD法，即双侧壁导坑法，其施工原理是将隧道断面分成多个小导洞进行开挖，每个小导洞都及时施作初期支护和临时支撑，形成多个封闭的小单元，从而有效地控制围岩变形。施工步骤相对较为复杂，先开挖隧道一侧的上部导洞，施作部分中隔壁和横隔板，中隔壁和横隔板的设置能够进一步增强结构的稳定性。然后开挖该侧的下部导洞，完成横隔板施工。再开挖隧道另一侧的上部导洞和下部导洞，最后开挖剩余部分。CD法适用于Ⅳ-Ⅴ级围岩的浅埋双线隧道，当围岩条件相对较好，变形要求相对较低时，采用CD法能够在保证施工安全的前提下，提高施工效率。CRD法适用于Ⅳ-Ⅵ级围岩浅埋的双线隧道或多线隧道，在围岩条件较差、变形控制要求较高的情况下，CRD法能够更好地控制围岩收敛，保证施工安全。在控制地层变形和结构稳定方面，CRD法具有明显的优势。由于其采用多个小导洞开挖，并及时施作临时仰拱和横撑，能够更有效地限制围岩的变形，减少地面沉降。而CD法相对来说，临时支护的设置不如CRD法完善，在控制变形方面稍逊一筹。但CD法施工工序相对简单，施工成本较低，在一些对变形要求不是特别严格的工程中也有广泛应用。4.2.3初期支护初期支护主要由喷射混凝土、锚杆、钢筋网等部分组成。喷射混凝土是初期支护的重要组成部分，它能够及时封闭围岩表面，防止围岩风化、坍塌，并与围岩紧密结合，共同承受围岩压力。在喷射混凝土施工前，需要对喷射面进行清理，去除松动的岩石和杂物，以确保喷射混凝土与围岩的粘结效果。喷射混凝土采用湿喷工艺，这种工艺能够减少粉尘污染，提高混凝土的质量和施工效率。湿喷混凝土时，将混凝土原材料在搅拌机中搅拌均匀后，通过输送泵送至喷射机，再由喷射机将混凝土喷射到受喷面上。在喷射过程中，要控制好喷射压力和喷射角度，确保混凝土的厚度和密实度。锚杆能够深入围岩内部，通过与围岩的摩擦力和粘结力，将围岩与支护结构连接在一起，提高围岩的自稳能力。锚杆的类型有多种，常见的有普通砂浆锚杆、中空注浆锚杆等。普通砂浆锚杆是将钢筋插入钻孔中，然后注入水泥砂浆，使钢筋与围岩紧密结合。中空注浆锚杆则是在钢筋内部设置中空通道，在插入钻孔后，通过中空通道注入浆液，不仅能够提高锚杆的锚固力，还能对围岩进行加固。在施工锚杆时，要根据围岩的地质条件和设计要求，确定锚杆的长度、间距和角度。一般来说，在软弱围岩中，锚杆长度较长，间距较小；在围岩条件较好时，锚杆长度和间距可适当调整。钢筋网能够增强喷射混凝土的抗拉强度和抗裂性能，使初期支护形成一个整体。钢筋网一般采用钢筋焊接而成，网格尺寸根据工程实际情况确定，通常为15-25厘米。在铺设钢筋网时，要将其与钢支撑和锚杆连接牢固，确保钢筋网在喷射混凝土中的位置准确。初期支护对保证施工安全和结构稳定起着关键作用。在施工过程中，初期支护能够及时承受围岩压力，防止围岩坍塌，为后续施工提供安全保障。在某大跨度大拱脚暗挖车站施工中，由于初期支护及时施作，且支护参数合理，在整个施工过程中，围岩变形得到了有效控制，未发生坍塌事故，保证了施工的顺利进行。初期支护还能为二次衬砌提供可靠的支撑，与二次衬砌共同承担荷载，提高结构的承载能力和耐久性。4.3扣拱施工技术4.3.1扣拱施工流程扣拱施工是大跨度大拱脚暗挖车站施工中的关键环节，其施工流程主要包括导洞开挖、拱架安装、混凝土浇筑等多个重要环节。在导洞开挖环节，首先要依据设计方案进行精确的测量放线，以确定导洞的具体位置和轮廓。在某大跨度大拱脚暗挖车站施工中，采用全站仪进行测量放线，确保了导洞位置的准确性。导洞开挖一般采用人工配合机械的方式，对于岩石地层，可采用小型凿岩机钻孔，然后进行弱爆破开挖；对于土层，可采用挖掘机配合人工开挖。在开挖过程中，要严格控制导洞的尺寸和坡度，确保符合设计要求。每完成一段导洞开挖，要及时进行初期支护，一般采用喷射混凝土和锚杆相结合的方式，以保证导洞的稳定性。拱架安装是扣拱施工的核心步骤之一。在导洞初期支护完成后，要进行拱架的安装。拱架一般采用型钢或格栅钢架，在加工场进行加工制作，然后运输至施工现场进行安装。在安装前，要对拱架进行检查，确保其尺寸、形状和焊接质量符合要求。安装时，先在导洞底部铺设砂垫层，以调整拱架的高度和水平度。然后利用吊车或其他吊装设备将拱架吊入导洞，并按照设计位置进行安装。在安装过程中，要确保拱架的垂直度和连接牢固性，采用螺栓连接或焊接的方式将拱架的各节段连接在一起。为了增强拱架的稳定性，还需要在拱架之间设置连接钢筋和纵向支撑。混凝土浇筑是扣拱施工的最后一个重要环节。在拱架安装完成后，要进行模板的安装。模板一般采用组合钢模板或木模板，安装时要确保模板的密封性和牢固性，防止混凝土漏浆。在混凝土浇筑前，要对模板和拱架进行检查，确保其符合要求。混凝土采用商品混凝土，通过输送泵输送至浇筑部位。在浇筑过程中，要控制好混凝土的坍落度和浇筑速度，采用分层浇筑的方式，每层浇筑厚度一般不超过30厘米。同时，要使用插入式振捣器对混凝土进行振捣，确保混凝土的密实度。在拱顶部位，为了确保混凝土浇筑饱满，可采用泵送顶升的方式进行浇筑。当混凝土浇筑完成后，要及时进行养护，养护时间一般不少于7天。4.3.2关键技术要点在扣拱施工中，拱架的定位与连接是关键技术要点之一。拱架的定位精度直接影响到扣拱的质量和结构的稳定性。在定位过程中，要采用精确的测量仪器，如全站仪、水准仪等，对拱架的位置、高程和垂直度进行测量和调整。在某大跨度大拱脚暗挖车站施工中，通过全站仪对拱架的位置进行实时监测，确保了拱架的定位误差控制在允许范围内。拱架之间的连接质量也至关重要，连接部位要采用高强度的螺栓或焊接方式，确保连接牢固可靠。在焊接时，要严格控制焊接工艺参数，保证焊接质量。焊接完成后，要对焊接部位进行外观检查和无损检测，确保焊接质量符合要求。混凝土的浇筑质量控制也是扣拱施工的关键。混凝土的坍落度是影响浇筑质量的重要因素之一，要根据施工环境和混凝土的输送距离，合理控制坍落度。一般来说，在夏季高温时，坍落度可适当增大，以保证混凝土的流动性；在冬季低温时，坍落度可适当减小，以防止混凝土离析。在浇筑过程中，要注意防止混凝土出现漏浆、离析和空洞等问题。为了防止漏浆，要确保模板的密封性，在模板拼接处可采用密封胶条进行密封。为了防止离析，要控制好混凝土的浇筑速度和振捣方式，避免混凝土在浇筑过程中受到过大的扰动。为了防止空洞，要在拱顶部位设置排气孔，及时排出混凝土中的空气。在混凝土浇筑完成后，要及时进行养护，养护方式可采用洒水养护或覆盖养护，以保证混凝土的强度正常增长。在扣拱施工过程中，还要加强施工监测，实时掌握拱架的变形和混凝土的浇筑情况。通过在拱架上布置监测点，使用位移计、应变计等监测仪器，对拱架的变形和受力情况进行监测。一旦发现拱架变形过大或受力异常，要及时采取措施进行处理，如增加临时支撑、调整施工顺序等。对混凝土的浇筑情况也要进行监测，通过观察混凝土的浇筑高度、坍落度等参数，及时发现问题并进行调整。施工监测是确保扣拱施工质量和安全的重要手段，要贯穿于整个扣拱施工过程。4.4大拱脚施工技术4.4.1大拱脚的设计与构造大拱脚的设计理念旨在有效承载拱部传来的巨大荷载，并确保结构在复杂受力条件下的稳定性。在大跨度大拱脚暗挖车站中，拱脚作为拱部结构与基础的连接部位，承受着拱部传来的竖向压力和水平推力，其受力情况极为复杂。通过采用大拱脚设计，能够增加拱脚与围岩的接触面积，从而减小拱脚处的应力集中程度，提高结构的承载能力。大拱脚的构造特点通常包括扩大的拱脚尺寸和特殊的配筋方式。在尺寸方面，大拱脚的宽度和高度一般比普通拱脚要大，以提供更大的承载面积。在某大跨度大拱脚暗挖车站的设计中，将拱脚宽度从普通的1.5米扩大到2.5米，高度从1.2米增加到1.8米，有效降低了拱脚处的应力。在配筋方式上，大拱脚通常采用双层或多层钢筋布置，以增强其抗弯和抗剪能力。在拱脚的底部和侧面，布置足够数量的纵向钢筋和横向钢筋，使钢筋能够更好地承受拉力和剪力。还会在拱脚与围岩的接触部位设置加强筋，如锚杆或锚索，以增强拱脚与围岩的连接，提高结构的整体稳定性。大拱脚在承载拱部荷载和保证结构稳定性方面起着关键作用。通过扩大拱脚尺寸，能够将拱部传来的荷载均匀地分布到更大范围的围岩上，减小围岩的局部应力，防止围岩因应力集中而发生破坏。在大跨度桥梁的拱脚设计中，采用大拱脚结构，有效地保证了桥梁在长期使用过程中的稳定性。大拱脚的特殊配筋方式能够增强其自身的强度和刚度，使其在承受复杂荷载时不易发生变形和破坏。在地震等自然灾害发生时，大拱脚能够更好地抵抗地震力的作用，保证结构的安全。大拱脚与围岩的紧密连接，能够充分发挥围岩的自承能力，与支护结构共同承担荷载，形成一个稳定的承载体系。4.4.2施工工艺与控制要点大拱脚施工工艺包含多个关键环节，基础处理是首要步骤。在进行大拱脚施工前，需对基础部位的围岩进行妥善处理。若围岩为软弱地层，需采取有效的加固措施，如注浆加固、换填等。在某工程中，基础部位的围岩为粉质黏土，强度较低，施工单位采用了水泥注浆加固的方法，通过向围岩中注入水泥浆液，提高了围岩的强度和稳定性。若围岩存在破碎带或节理裂隙，要进行封堵和加固，以防止在施工过程中出现坍塌等问题。在破碎带部位，采用喷射混凝土和锚杆相结合的方式进行加固，确保了基础的稳固。钢筋绑扎环节同样至关重要。在绑扎钢筋时，要严格按照设计要求进行操作，确保钢筋的数量、间距和位置准确无误。在某大跨度大拱脚暗挖车站施工中，钢筋的间距设计要求为20厘米，施工人员在绑扎过程中，通过使用定位钢筋和控制线，保证了钢筋间距的误差控制在±1厘米以内。要注意钢筋的连接质量，采用焊接或机械连接方式时，需确保连接牢固可靠。在焊接时，要控制好焊接电流和焊接时间，保证焊接接头的强度和韧性。对焊接接头进行外观检查和无损检测，确保焊接质量符合要求。模板安装是保证大拱脚形状和尺寸的关键。模板应具有足够的强度、刚度和稳定性，以承受混凝土浇筑过程中的压力和振捣作用。在安装模板时，要确保模板的平整度和垂直度，模板之间的拼接要严密，防止出现漏浆现象。在某工程中，采用了组合钢模板进行大拱脚模板安装，通过对模板进行编号和预拼装，确保了模板的安装精度。在模板安装完成后，要进行验收，检查模板的尺寸、位置和拼接质量，合格后方可进行混凝土浇筑。混凝土浇筑是大拱脚施工的最后一个重要环节。在浇筑混凝土前，要对模板和钢筋进行检查，确保其符合要求。混凝土采用分层浇筑的方式，每层浇筑厚度一般不超过30厘米，以保证混凝土的密实度。在浇筑过程中，要使用插入式振捣器对混凝土进行振捣，振捣时间要适当，避免出现过振或漏振现象。在某大跨度大拱脚暗挖车站施工中，通过控制振捣时间在20-30秒，确保了混凝土的振捣效果。在拱脚部位，由于钢筋较密，振捣难度较大，可采用小型振捣器或人工振捣的方式，确保混凝土填充饱满。在混凝土浇筑完成后，要及时进行养护，养护时间一般不少于7天，以保证混凝土的强度正常增长。五、大跨度大拱脚暗挖车站施工案例分析5.1案例一：[具体车站名称1]5.1.1工程概况[具体车站名称1]位于[城市名称]的[具体区域]，处于城市的核心商业区域，周边高楼大厦林立，地面交通繁忙，车流量大，行人密集。该车站为地下双层岛式车站，采用大跨度大拱脚暗挖结构形式，车站主体结构宽度为[X]米，高度为[X]米，跨度较大，拱脚受力复杂。车站所处地层主要为粉质黏土、粉细砂和砾砂层，其中粉质黏土厚度约为[X]米，呈软塑～可塑状态，强度较低；粉细砂层厚度约为[X]米，松散～稍密，透水性较强；砾砂层厚度约为[X]米，中密～密实，颗粒间胶结差。地下水位较高，水位埋深约为[X]米，主要为孔隙潜水，对工程施工存在一定影响。车站周边环境复杂，东侧紧邻一座20层的商业写字楼，基础为桩基础，距离车站主体结构最近处仅为[X]米；南侧为一条交通主干道，车流量大，道路下方分布有自来水、燃气、电力、通信等多种地下管线，管径和埋深各不相同；西侧为一个住宅小区，居民楼多为6层砖混结构，基础为浅基础，距离车站较近。在施工过程中，需要严格控制地面沉降和施工振动，以确保周边建筑物和地下管线的安全。5.1.2施工方案该车站采用了PBA法进行施工，施工顺序和技术措施如下：导洞施工：根据车站结构特点和地层条件，在车站主体两侧对称开挖4个导洞，导洞尺寸为宽[X]米，高[X]米。导洞采用台阶法开挖，先开挖上台阶，及时施作初期支护，包括喷射混凝土、安装钢支撑和钢筋网。上台阶开挖完成后，再开挖下台阶，同样进行初期支护。在导洞施工过程中，采用超前小导管注浆进行超前支护，小导管采用直径为[X]毫米的无缝钢管，长度为[X]米，环向间距为[X]厘米，外插角为[X]°。通过小导管注浆，加固了导洞周边土体，提高了土体的自稳能力。桩顶冠梁施工：在导洞内施作边桩和中桩，桩径为[X]米，桩长根据地层情况确定。桩施工完成后，进行桩顶冠梁施工。冠梁采用钢筋混凝土结构，尺寸为宽[X]米，高[X]米。在冠梁施工过程中，确保冠梁与桩头的连接质量，采用植筋等方式将冠梁钢筋与桩头钢筋牢固连接，使冠梁能够有效地将桩顶荷载传递到桩身。边拱和主拱施工：在桩顶冠梁施工完成后，进行边拱和主拱的施工。边拱采用先墙后拱法施工，先施工边墙，再施工拱部。边墙采用喷射混凝土和钢支撑支护，拱部采用模板台车浇筑混凝土。主拱施工时，在导洞内安装拱架，拱架采用型钢制作，间距为[X]米。拱架安装完成后，铺设钢筋网，浇筑混凝土。在边拱和主拱施工过程中，严格控制拱架的定位和连接质量，确保拱部结构的稳定性。大拱脚施工：大拱脚是该车站施工的关键部位，为了确保大拱脚的承载能力和稳定性，采用了扩大拱脚的设计。大拱脚宽度为[X]米，高度为[X]米，在大拱脚施工过程中，先对大拱脚部位的土体进行加固，采用注浆加固和锚杆支护相结合的方式。在大拱脚钢筋绑扎时，增加钢筋的数量和直径，提高大拱脚的抗弯和抗剪能力。在混凝土浇筑时，采用分层浇筑和振捣的方式，确保混凝土的密实度。5.1.3施工过程中的问题与解决措施在施工过程中，遇到了以下问题并采取了相应的解决措施：地层坍塌：在导洞施工过程中，由于粉质黏土和粉细砂层的自稳能力较差，局部出现了地层坍塌现象。针对这一问题，立即停止开挖，采用喷射混凝土和沙袋堆砌的方式对坍塌部位进行封堵。在坍塌部位周边增设超前小导管，加密小导管的间距，并加大注浆压力，对坍塌部位及周边土体进行加固。在后续施工中，缩短开挖进尺，加强初期支护，确保施工安全。地面沉降过大：在车站主体施工过程中，由于施工对周边地层的扰动，导致地面沉降过大，超过了预警值。为了解决这一问题，加强了施工监测，加密监测点的布置，实时掌握地面沉降情况。采取了洞内注浆和地面袖阀管注浆相结合的方式，对地层进行加固。调整施工顺序，先施工对地面沉降影响较小的部位，再施工其他部位。通过这些措施，有效地控制了地面沉降，确保了周边建筑物和地下管线的安全。涌水和流砂：在施工过程中，遇到了地下水涌水和流砂现象，严重影响了施工进度和安全。针对这一问题，立即停止施工，采用沙袋堆砌和钢板桩支护的方式对涌水和流砂部位进行封堵。在涌水和流砂部位周边设置降水井，进行降水处理，降低地下水位。采用双液注浆的方式，对涌水和流砂部位的土体进行加固，止水和加固效果显著。5.1.4施工效果评估通过对施工过程中的监测数据和实际工程效果进行评估，该施工方案取得了较好的效果：结构稳定性：在施工过程中，对车站结构的变形和内力进行了监测，监测数据表明，车站结构的变形和内力均在设计允许范围内，结构稳定性良好。在车站主体施工完成后，对结构进行了验收，各项指标均符合设计要求，结构安全可靠。地面沉降控制：通过采取有效的施工措施，地面沉降得到了有效控制，最大沉降量为[X]毫米，满足了周边建筑物和地下管线的保护要求。在施工过程中，对周边建筑物进行了监测，未发现建筑物出现裂缝和倾斜等现象，保障了周边建筑物的安全。施工进度：该施工方案施工工序相对复杂，但通过合理安排施工顺序和资源配置，施工进度基本按照计划进行，未出现重大延误情况。在施工过程中，加强了施工管理和协调，及时解决了施工中出现的问题，确保了施工的顺利进行。经济效益：虽然该施工方案的成本相对较高，但通过优化施工工艺和材料选用，降低了部分成本。与其他施工方案相比，该方案在保证工程质量和安全的前提下，具有一定的经济效益。通过本案例分析，PBA法在大跨度大拱脚暗挖车站施工中具有一定的可行性和有效性，但在施工过程中需要充分考虑地质条件和周边环境等因素，采取有效的技术措施和控制手段，确保施工安全和工程质量。同时，通过对施工过程中的问题进行分析和解决，积累了宝贵的经验，为类似工程的施工提供了参考。5.2案例二：[具体车站名称2]5.2.1工程概况[具体车站名称2]坐落于[城市名称]的[具体区域]，该区域是城市的重要交通枢纽地带，周边有火车站、长途汽车站等交通设施，人员流动量大。车站为地下三层岛式车站，采用大跨度大拱脚暗挖结构，车站主体结构宽度达[X]米，高度为[X]米，跨度和拱脚受力的复杂性给施工带来了极大挑战。车站所处地层主要为强风化花岗岩、中风化花岗岩和残积土。强风化花岗岩厚度约为[X]米，岩体风化强烈，节理裂隙发育，强度较低；中风化花岗岩厚度约为[X]米，岩体较完整，强度较高，但在开挖过程中仍需注意爆破控制；残积土厚度约为[X]米，土质不均匀，遇水易软化。地下水位埋深约为[X]米，主要为基岩裂隙水，对施工存在一定的影响。车站周边环境复杂，北侧紧邻火车站站房，站房基础为桩基础，距离车站主体结构最近处仅为[X]米；东侧为一条城市主干道，车流量大，道路下方分布有自来水、燃气、电力、通信等多种地下管线，且部分管线年代久远，资料缺失；南侧为一片商业区，建筑物密集，多为框架结构。在施工过程中，需要严格控制施工对周边环境的影响，确保火车站的正常运营和周边建筑物、地下管线的安全。5.2.2施工方案该车站采用了初支拱盖法进行施工，施工顺序和技术措施如下：导洞施工：根据车站结构和地层特点，在车站主体两侧对称开挖2个导洞，导洞尺寸为宽[X]米，高[X]米。导洞采用CD法开挖，先开挖一侧导洞的上半部分，及时施作初期支护，包括喷射混凝土、安装钢支撑和钢筋网，设置临时中隔壁。待上半部分初期支护稳定后，再开挖下半部分，同样进行初期支护和临时中隔壁的施作。在导洞施工过程中，采用超前管棚支护，管棚采用直径为[X]毫米的热轧无缝钢管，长度为[X]米，环向间距为[X]厘米，外插角为[X]°。超前管棚有效地加固了导洞周边围岩，为后续施工提供了安全保障。初支扣拱施工：在导洞内进行初支扣拱施工，先安装拱架，拱架采用型钢制作，间距为[X]米。拱架安装完成后，铺设钢筋网，浇筑混凝土。在扣拱施工过程中，严格控制拱架的定位和连接质量，确保拱部结构的稳定性。为了增强拱部的承载能力，在拱顶部位增设了加强筋。大拱脚施工：大拱脚是该车站施工的关键部位，采用扩大拱脚设计，大拱脚宽度为[X]米，高度为[X]米。在大拱脚施工前，对大拱脚部位的围岩进行注浆加固，提高围岩的强度和稳定性。在大拱脚钢筋绑扎时，增加钢筋的数量和直径，提高大拱脚的抗弯和抗剪能力。在混凝土浇筑时，采用分层浇筑和振捣的方式，确保混凝土的密实度。后续施工：在初支拱盖形成后，进行车站主体的后续施工，采用盖挖逆作法，自上而下逐层施工。在施工过程中，及时施作二次衬砌和内部结构，确保车站结构的安全和稳定。5.2.3施工过程中的问题与解决措施在施工过程中，遇到了以下问题并采取了相应的解决措施：爆破震动影响：由于车站紧邻火车站，在进行爆破施工时，爆破震动对火车站站房产生了一定的影响。为了解决这一问题，采用了微差爆破技术，将一次爆破分成多次微差爆破，减少了爆破震动的叠加。严格控制爆破参数，根据车站与火车站站房的距离和地层情况，合理调整炸药用量、炮孔间距和起爆顺序。在爆破施工前，对火车站站房进行了详细的监测，设置了多个监测点，实时掌握站房的振动情况。通过这些措施，有效地控制了爆破震动对火车站站房的影响，确保了火车站的正常运营。地下管线保护：在施工过程中，发现部分地下管线位置与施工方案冲突，需要进行管线改迁。由于部分管线资料缺失，给管线改迁带来了很大的困难。为了解决这一问题，在施工前采用了多种探测手段，如地质雷达、管线探测仪等，对地下管线进行了详细的探测，确定了管线的准确位置和走向。与相关管线单位进行了密切沟通和协调，制定了合理的管线改迁方案。在管线改迁过程中，采用人工开挖的方式，小心谨慎地进行施工，避免对管线造成损坏。加强对管线的监测，在管线周围设置了监测点，实时掌握管线的变形情况。通过这些措施，成功地完成了管线改迁工作，确保了地下管线的安全。涌水问题：在施工过程中，遇到了基岩裂隙水涌水问题，涌水对施工进度和安全造成了较大影响。针对这一问题，采用了超前帷幕注浆止水的方法，在开挖前对涌水区域进行了注浆加固，形成了止水帷幕。在涌水部位设置了排水系统，将涌水及时排出施工区域。加强对涌水情况的监测，实时掌握涌水的流量和水压变化。通过这些措施，有效地解决了涌水问题，保证了施工的顺利进行。5.2.4施工效果评估通过对施工过程中的监测数据和实际工程效果进行评估，该施工方案取得了较好的效果：结构稳定性：在施工过程中，对车站结构的变形和内力进行了监测，监测数据表明，车站结构的变形和内力均在设计允许范围内，结构稳定性良好。在车站主体施工完成后，对结构