一种适用于上软下硬地层的地铁车站暗挖施工工艺技术领域
本发明属于岩土工程领域，具体涉及一种适用于上软下硬地层的地铁车站暗挖施
工工艺。
背景技术
随着城市轨道交通线网密度的提高，位于城市繁华地区的大跨度暗挖地铁车站逐
渐增多，本类工程有着埋深浅、断面大、施工风险大、建设周期长、工程造价高等特点。
地铁车站浅埋暗挖的技术和工法很多，但对于上软下硬这一特殊地层，诸多工法
因支护强度过高或偏低而不具适用性。目前常用的工法主要有双侧壁导坑法和拱盖法。双
侧壁导坑法开挖断面分块多，每个分块在开挖后立即各自闭合的，可以在施工中较好的控
制变形，保证开挖安全。但是其分断面导致工序增多，初次支护全断面闭合的时间长，工期
延长，且上软下硬地层中，下部岩体爆破作业对临时支护体系影响较大；拱盖法是在洞桩法
基础上建立的适用于上软下硬地层的工法，其在拱盖部分开挖完成后立即施作二次衬砌，
开挖与支护交叉施工，既造成了人力物力资源浪费，又大大延长了工期，且由于拱墙之间不
可避免的留有施工缝，且无有效防水措施，导致其大拱脚位置渗漏水严重且难以治理，严重
影响车站开挖及运营期间的安全。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种适用于上软下硬地层的地
铁车站暗挖施工工艺，对于降低施工风险、缩短建设周期、节省工程造价等有重要作用，是
保障工程顺利实施的关键。本发明是以上软下硬地层暗挖地铁车站为工程背景，以传统拱
盖法为基础研究和发明的，有效的避免了双侧壁导坑法及拱盖法等工法的缺点，为上软下
硬地层暗挖地铁车站开挖与支护提供了一种新思路。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种适用于上软下硬地层的地铁车站暗挖施工工艺，包括以下步骤：
步骤1：车站拱部开挖及支护：先开挖两侧拱肩及拱脚处，再由上至下开挖该部的
中部剩余部分，并施作拱部初期支护和拱架；
步骤2：车站主体开挖：待车站拱部稳定后采用三台阶法开挖车站主体部分，每级
台阶先开挖两侧部分，在隧洞侧壁施作加固支护，再开挖该部的中部剩余部分；
步骤3：二次衬砌施作及支护：车站拱部及主体全部开挖完成后，进行拱部和车站
主体的二次衬砌施作；拱部二次衬砌施作与拱架拆卸交替进行，为避免施工裂隙产生，二次
衬砌模筑一次性封闭成环。
进一步的，所述步骤1中，车站拱部所处地层为软弱岩层(一般为第四系表土层)，
开挖过程中应减少对地层的扰动，故车站拱部采用人工机械开挖，不进行爆破或进行弱爆
破。
进一步的，所述步骤1中，车站拱部开挖过程中，每开挖完一榀对应的地层立即施
作格栅钢架，并挂网喷射混凝土进行拱部初期支护，拱部初期支护完成后施作拱架，拱架坐
落于预制好的支座上。
进一步的，所述步骤1中，在车站拱部每一榀对应的地层开挖之前均沿车站轮廓线
布设一排超前小导管，用于软弱地层的预加固，当围岩情况较差时可采用超前帷幕注浆、水
平旋喷桩方式对围岩及掌子面进行加固。
进一步的，所述步骤1中，型钢拱架紧贴拱部初期支护设置，每两品榀间距30～
70cm，具体根据围岩情况、地层沉降要求、地面构筑物及管线情况等确定。
进一步的，所述步骤1中，为便于安装，拱架分三段设置，三段拱架之间通过法兰盘
连接，拱架与支座通过连接件连接。
进一步的，所述步骤1中，支座沿车站轴向连续设置，支座由钢筋混凝土浇筑而成。
可以方便支撑在隧洞内设置的多个拱架，连续设置支座更方便施工操作，也对拱架起到更
好的支撑效果。
进一步的，在拱脚开挖完成后由支座处向斜下方施作锚杆，然后进行支座浇筑，锚
杆末端与支座内钢筋连接成一体，支座上表面预制与拱架连接的连接件。对支座处进行加
固支护，且直接将锚杆与支座钢筋连接为一体，使支座的稳定性更优，保证整个支护结构的
稳固性。
进一步的，所述步骤2中，车站主体开挖位置与车站拱部开挖位置间距50～100m，
每级台阶间距7～9m。分台阶开挖可实现多个断面同时施工，相互影响小，提高效率。
进一步的，所述步骤2中，加固支护的方法为：在隧洞侧壁向斜下方施作锚杆，并对
隧洞侧壁进行挂网喷混凝土处理。
本发明的有益效果是：
(1)本发明的车站施工工艺无导洞、工序少、防水质量好、施工难度小、废弃工程
小，集高效与经济于一体。
(2)本发明的车站施工工艺对上软下硬地层极具适用性，初期支护加型钢拱架的
复合支护结构可保证上部拱部的安全，同时充分利用了下部硬岩的承载能力，减少了不必
要的支护。
(3)本发明的车站施工工艺与拱盖法相比，二次衬砌一次性模筑成环，避免了拱墙
之间施工缝的产生，同时避免了开挖与二次衬砌施作交叉施工，节约人力物力，缩短了工
期；
(4)本发明的车站施工工艺相比于双侧壁导坑法，不需要分断面施工，工序少，且
拱盖形成后，即可大面积作业，效率高，工期缩短；
(5)本发明的车站施工工艺支护简单，便于操作，型钢拱架可重复利用，节约成本，
提高效益。
附图说明
图1为本发明施工工艺开挖示意图；
图2为开挖掌子面剖面示意图；
图中，1为拱架；2为拱部初期支护；3为锚杆；4为二次衬砌；5为拱架支座；6为拱部
掌子面；7为第一台阶掌子面；8为第二台阶掌子面；9为第三台阶掌子面；10为开挖轮廓线；
11为超前小导管；12为车站主体初期支护；①为拱肩拱脚部分，②为中部拱顶部分，③为中
部拱底部分，④为第一级台阶侧部，⑤为第一级台阶中部，⑥为第二级台阶侧部，⑦为第二
级台阶中部，⑧为第三级台阶侧部，⑨为第三级台阶中部。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1所示，一种适用于上软下硬地层的地铁车站暗挖施工工艺，此工艺中车站拱
部位于软弱岩层中，拱脚坐落在硬岩上，车站主体结构位于硬岩之中；上软下硬地层指的是
上覆地层为软弱地层，下部地层为硬质地层。软弱地层指的是饱和单轴强度小于30MPa的地
层，包括砂层、土层、淤泥质土、强风化及全风化的岩层等，硬质地层指的是饱和单轴强度大
于30MPa的地层，主要包括微风化或未风化的岩层(花岗岩、安山岩等)。
其开挖支护过程包括以下步骤：
(1)车站拱部开挖及支护：车站拱部采用人工机械开挖，不进行爆破或进行弱爆
破，先开挖两侧拱肩拱脚部分①，再由上至下开挖中部拱顶部分②和中部拱底部分③，开挖
过程中及时进行拱部初期支护2，每开挖完一榀立即施作格栅钢架，并挂网喷射混凝土，拱
部初期支护2完成后施作拱架1，拱架1可选作型钢拱架。在隧道建设中，榀是量词，用来衡量
隧道施工中钢支撑的数量。
(2)车站主体开挖：待拱顶部分稳定后再采用三台阶法开挖，第一级台阶先开挖左
右两侧的第一级台阶侧部④，再开挖第一级台阶中部⑤，第二级台阶先开挖左右两侧的第
二级台阶侧部⑥，再开挖第二级台阶中部⑦，第三级台阶先开挖左右两侧的第三级台阶侧
部⑧，再开挖第三级台阶中部⑨；每级台阶开挖完侧面部分后，向斜下方施作锚杆3，对侧面
进行挂网喷混凝土，进行车站主体初期支护12后，再开挖每级台阶的中间部分。
(3)二次衬砌施作及支护：车站拱部及主体全部开挖完成后，进行拱部和车站主体
的二次衬砌4施作。二次衬砌4施作前需拆除型钢拱架1，二次衬砌每次模筑长度由模板台车
大小决定，一般为6～15m，型钢拱架1拆除与二次衬砌4模筑交替进行(拆除一榀型钢拱架1，
施作一榀二次衬砌4，再拆除下一榀型钢拱架1，施作下一榀二次衬砌4，持续交替进行)，每
次拆除长度等于模筑长度。为避免施工裂隙产生，二次衬砌模筑一次性封闭成环。
步骤(1)(2)采用分断面施工，如图2所示，掌子面错开施工，拱部掌子面6与第一台
阶掌子面相距50～100m，第一台阶掌子面7、第二台阶掌子面8、第三台阶掌子面9前后相距7
～9m。
步骤(1)中每榀开挖之前沿隧道开挖轮廓线10设一排超前小导管11，用于软弱地
层的预加固，超前小导管11长度约为1～3m，若围岩情况较差时可采用超前帷幕注浆、水平
旋喷桩等方式对围岩及掌子面进行加固。
步骤(1)中每次开挖进尺视围岩情况而定，可选择每次进尺50cm或75cm。
步骤(1)中拱架1紧贴拱部初期支护2，拱架1每两榀间距30～70cm，拱架1材料采用
工字钢，拱架1分三段，段与段之间通过法兰盘连接，拱架1底部设有拱架支座5，拱架支座5
沿隧道轴向连续，由钢筋混凝土浇筑而成，拱架支座5与拱架1通过螺栓连接。拱架支座5在
拱脚开挖完成后向斜下方施作锚杆3，然后进行支座浇筑，并在其上表面预制与拱架1连接
的螺栓。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范
围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不
需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。