淺埋暗挖技術(shù)在地鐵隧道施工中的應(yīng)用

陶冰杰

摘 要：本文介紹了淺埋暗挖法原理，通過(guò)實(shí)際工程，對(duì)地鐵的暗挖施工技術(shù)進(jìn)行分析，并提出建設(shè)性意見(jiàn)。

關(guān)鍵詞：地鐵暗挖；新奧法；圍巖

1 前言

地鐵建設(shè)隨同地質(zhì)情況卻各不相同。國(guó)內(nèi)淺埋暗挖工法特殊地層單洞雙線(xiàn)隧道中已得到成功運(yùn)用，通過(guò)分析超前加固、開(kāi)挖時(shí)空順序、臺(tái)階長(zhǎng)度等工藝在保證施工安全、質(zhì)量和控制地層沉降中發(fā)揮的作用，確定同類(lèi)地層中的工藝參數(shù)，完善淺埋暗挖的理論體系，更好地應(yīng)用工程實(shí)踐。本文結(jié)合實(shí)際工程實(shí)施的具體情況，對(duì)其施工方案，關(guān)鍵技術(shù)的解決進(jìn)行闡述和探討。

2 淺埋暗挖法原理

2.1 新奧法理論

新奧法(NATM)的內(nèi)涵是保護(hù)圍巖，調(diào)動(dòng)和發(fā)揮圍巖的自承能力。從這一原則出發(fā)。對(duì)于圍巖變形的控制．根據(jù)不同情況．有時(shí)需要強(qiáng)調(diào)釋放。有時(shí)應(yīng)強(qiáng)調(diào)限制(但是在城市地下工程施工中一般都限制地表沉降)．其目的都是為了充分調(diào)動(dòng)圍巖的自承能力。

從新奧法的基本原理中可以看出．圍巖加固設(shè)計(jì)理念上的重大進(jìn)步．不再把圍巖簡(jiǎn)單地看作作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的荷載．而是認(rèn)識(shí)到圍巖是隧道結(jié)構(gòu)的主要承載部分。在隧道施工過(guò)程中應(yīng)該盡量保持圍巖的原有強(qiáng)度．防止圍巖的松動(dòng)和大范圍的變形．并通過(guò)支護(hù)達(dá)到控制圍巖變形的目的。最終通過(guò)圍巖和襯砌結(jié)構(gòu)共同承載。形成穩(wěn)定的支護(hù)結(jié)構(gòu)。

2.2 淺埋暗挖法原理及其設(shè)計(jì)理論

淺埋隧道最大的特點(diǎn)是埋深淺。施工過(guò)程中由于地層損失而引起地面移動(dòng)明顯，對(duì)周邊環(huán)境的影響較大，因此對(duì)開(kāi)挖、支護(hù)、襯砌、排水、注漿等方法提出更高要求，使施工難度增加。淺埋暗挖法不僅僅是新奧法的簡(jiǎn)單應(yīng)用，而是在其基礎(chǔ)上結(jié)合我國(guó)的實(shí)際工程特點(diǎn)、地質(zhì)條件、水文條件的進(jìn)一步發(fā)展和創(chuàng)新。淺埋暗挖法的技術(shù)核心是依據(jù)新奧法的基本原理，在施工中采用多種輔助措施加固圍巖，充分調(diào)動(dòng)圍巖的自承能力，開(kāi)挖后及時(shí)支護(hù)、封閉成環(huán)，使其與圍巖共同作用形成聯(lián)合支護(hù)體系，是一種抑制圍巖過(guò)大變形的綜合施工技術(shù)。

淺埋暗挖設(shè)計(jì)理論是建立在巖石的三向剛性壓縮試驗(yàn)特性和巖石的二向壓縮應(yīng)力應(yīng)變特性，以及莫爾理論基礎(chǔ)上的．并考慮到隧道掘進(jìn)時(shí)的空間效應(yīng)和時(shí)問(wèn)效應(yīng)所提出的新理論。這一理論集中在支護(hù)結(jié)構(gòu)種類(lèi)、構(gòu)筑時(shí)機(jī)、圍巖壓力、圍巖變位這四者的關(guān)系上，貫穿在不斷變更的設(shè)計(jì)施工過(guò)程中：這一理論提出了與傳統(tǒng)方法完全不同的新概念和新觀點(diǎn)，它指導(dǎo)著噴錨支護(hù)的設(shè)計(jì)與施工，指導(dǎo)著構(gòu)筑隧道的全過(guò)程。

在開(kāi)挖支護(hù)過(guò)程中．淺埋暗挖法采用先柔后剛復(fù)合式襯砌，初襯承擔(dān)全部基本荷載．二次襯砌作為安全儲(chǔ)備．初襯和二襯共同承擔(dān)特殊荷載。這也就使得初期支護(hù)強(qiáng)度必須足夠大。

2.3 淺埋暗挖法與新奧法差別

淺埋暗挖法雖然是在新奧法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，但是其一些理論又不同于新奧法。其特點(diǎn)是運(yùn)用量測(cè)信息，反饋設(shè)計(jì)和施工，同時(shí)采取超前支護(hù)、改良地層、注漿加同等配套技術(shù)，來(lái)完成隧道及地下工程的設(shè)計(jì)與施工。由于淺埋暗挖法地下隧道在城區(qū)施工較多．所以對(duì)地表的沉降控制要求比較嚴(yán)格。與一般的深埋隧道新奧法施工控制不同之處是淺埋暗挖法支護(hù)襯砌的結(jié)構(gòu)剛度比較大，初期支護(hù)允許變形量比較小。這就使得對(duì)保護(hù)周?chē)貙拥淖猿凶饔煤蜏p少對(duì)地層的擾動(dòng)是必須的。

3 淺埋暗挖新技術(shù)的應(yīng)用

3.1 真空降水技術(shù)

真空降水是將管井抽水(一般用潛水泵)與真空泵相結(jié)合，或?qū)⑤椛渚械乃綕B水井與真空泵相連接抽水。利用真空泵在管井或水平井內(nèi)產(chǎn)生的真空，加速地層中的水向管內(nèi)涌人，從而提高降水效果。真空降水一般用于黏土、粉土層以及粉細(xì)砂等滲透系數(shù)較小、但降水深度較大的地層。

某地鐵十號(hào)線(xiàn)淺埋暗挖段含水層以粉土⑥2層、細(xì)中砂⑥3層為主，因滲透系數(shù)較小，采用常規(guī)管井降水，未能疏干弱透水層中的飽和水和含水層界面殘留水，造成暗挖帶水作業(yè)現(xiàn)象，給施工帶來(lái)很大安全隱患。因此，采用了真空深井降水。

從現(xiàn)場(chǎng)隧道掌子面施工情況來(lái)看，采用真空降水后，潛水含水層地下水完全疏干，粉土層水基本疏干，尤其是粉土層中的飽和水，明顯要少于采用常規(guī)管井降水的相鄰段的勁松站。通過(guò)沉降觀測(cè)證明，真空深井降水引起的地面沉降與普通管井降水引起的地面沉降相當(dāng)。

3.2 輻射井降水

輻射井是在一眼大口徑井內(nèi)，把輻射管(滲水管)由內(nèi)向外徑向敷設(shè)于含水層內(nèi)，地下水經(jīng)過(guò)這些輻射狀的水平滲水管匯集在大口井內(nèi)，再由泵排出。由于水平滲水井是在大口井內(nèi)施工并且在空間上調(diào)整范圍很大，因此輻射井一般用于地面無(wú)降水井施工條件的地段。

北京地鐵五號(hào)線(xiàn)蒲黃榆站至天壇東門(mén)站區(qū)間隧道，采用淺埋暗挖法施工，由于地鐵區(qū)間在玉蜒立交橋橋區(qū)需要穿越南二環(huán)路、玉蜒橋、京山鐵路及南護(hù)城河，環(huán)境復(fù)雜，用常規(guī)的降水方法，因沒(méi)有布井場(chǎng)地，難以保證在無(wú)水條件下進(jìn)行暗挖施工。為確保施工安全，同時(shí)把對(duì)城市環(huán)境、交通等影響降低到最低限度，經(jīng)分析比選，在北京地鐵施工中采用了輻射井降水技術(shù)。從現(xiàn)場(chǎng)隧道掌子面施工情況來(lái)看，掌子面保持無(wú)水狀態(tài)，取得了較好的降水效果。經(jīng)對(duì)抽水井取水樣含砂量測(cè)試，測(cè)試結(jié)果符合《建筑與市政降水工程技術(shù)規(guī)范》要求。輻射井降水的成功實(shí)施，解決了城市復(fù)雜環(huán)境條件下施工管井降水的難題，為暗挖隧道開(kāi)辟了新的降水途徑。

3.3 超長(zhǎng)管棚支護(hù)技術(shù)

某地鐵在國(guó)內(nèi)首次采用大跨度單拱單柱雙層島式結(jié)構(gòu)，淺埋暗挖法施工，最小埋深儀5．5 m，超前支護(hù)采用單根長(zhǎng)146．6m、 114×5mm的超長(zhǎng)管棚，縱向貫通整個(gè)車(chē)站，共用103根管棚，這種超長(zhǎng)管棚的支護(hù)形式在國(guó)內(nèi)隧道施工中尚屬首次應(yīng)用，采用非開(kāi)挖施工工藝一次性施作，避免了采用常規(guī)管棚需在洞內(nèi)多次施工的不利因素。

從施工的88根管棚來(lái)看，精度相對(duì)較好，最大管棚中心平均偏差為19．5mm，并較好地起到了減小沉降、控制坍塌的作用。與常規(guī)管棚相比，減少地表沉降約10mm。

3.4 遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)技術(shù)

由于地鐵線(xiàn)下穿既有環(huán)線(xiàn)區(qū)間、地鐵五號(hào)線(xiàn)下穿既有地鐵環(huán)線(xiàn)雍和宮車(chē)站以及地鐵四號(hào)線(xiàn)宣武門(mén)站主體和換乘通道下穿既有環(huán)線(xiàn)宣武門(mén)站等新線(xiàn)穿越既有線(xiàn)施工過(guò)程中，為了既有環(huán)線(xiàn)結(jié)構(gòu)的安全及地鐵正常運(yùn)營(yíng)，采用了遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)其結(jié)構(gòu)及軌道變形等進(jìn)行全天候的實(shí)時(shí)監(jiān)控量測(cè)。

監(jiān)測(cè)情況表明，該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在地鐵運(yùn)營(yíng)環(huán)境下能正常工作，其在測(cè)試精度、性能穩(wěn)定及自動(dòng)化程度方面，能準(zhǔn)確反映新線(xiàn)施工過(guò)程中對(duì)上方既有環(huán)線(xiàn)地鐵造成的影響，及時(shí)反饋信息，指導(dǎo)建設(shè)單位的施工和運(yùn)營(yíng)部門(mén)采取相應(yīng)的安全措施。

結(jié)束語(yǔ)

淺埋暗挖法以其特有的優(yōu)勢(shì)在城市地下空間建設(shè)尤其是在地鐵建設(shè)中占有重要的地位 該法在保證地面交通不中斷、管線(xiàn)正常使用的前提下。同時(shí)也避免了以往工法對(duì)環(huán)境污染大的現(xiàn)象發(fā)生。在城市地下工程中得到了極為廣闊的應(yīng)用：同時(shí)，也已不僅僅局限于地鐵工程的修建，在城市地下過(guò)街道、地下停車(chē)場(chǎng)、市政管線(xiàn)等工程中。都得到了不同程度的應(yīng)用。

盡管淺埋暗挖法在修建地鐵中發(fā)揮了不可替代的作用，也取得了顯著的成績(jī)，但也存在缺點(diǎn)，如施工速度慢，噴射混凝土粉塵較多。勞動(dòng)強(qiáng)度大，機(jī)械化程度不高。施工工藝受施工隊(duì)伍的技術(shù)水平限制以及高水位地層結(jié)構(gòu)防水比較困難等。因此要使淺埋暗挖技術(shù)不斷深入發(fā)展和得到廣泛應(yīng)用，還有許多課題尚需深入研究，例如地鐵淺埋暗挖法區(qū)間隧道和車(chē)站的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、盾構(gòu)法與淺埋暗挖法結(jié)合建造地鐵車(chē)站技術(shù)、超前預(yù)支護(hù)技術(shù)、結(jié)構(gòu)新型防水技術(shù)、施工對(duì)周邊環(huán)境影響的沉降控制技術(shù)及施工安全風(fēng)險(xiǎn)管理體系等。

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