談青島地鐵施工工法選擇

潘宜青 孟浩 孟丹

(青島理工大學(xué)土木工程學(xué)院，山東青島 266033)

青島市于1987年開(kāi)始籌建地鐵，至2009年8月13日，經(jīng)國(guó)務(wù)院同意，國(guó)家發(fā)展改革委印發(fā)《青島市城市軌道交通近期建設(shè)規(guī)劃(2009～2016年)》。國(guó)務(wù)院認(rèn)為，青島市建設(shè)快速軌道交通項(xiàng)目，符合國(guó)家有關(guān)政策和城市發(fā)展規(guī)劃要求，這在青島城市交通建設(shè)史上，具有標(biāo)志性、里程碑意義。城市軌道交通建設(shè)的實(shí)施，也將把青島城市建設(shè)和發(fā)展帶入一個(gè)嶄新的時(shí)代［1］。

青島地鐵一期工程，即M3號(hào)線一期工程于2009年正式開(kāi)始建設(shè)，總投資約130億元，建設(shè)年限為2010年～2014年。青島地鐵M3號(hào)線自青島火車(chē)站—青島火車(chē)北站，全長(zhǎng)24.9 km，全部為地下段，共設(shè)22個(gè)站點(diǎn)，明挖車(chē)站15個(gè)，暗挖車(chē)站7個(gè)，其中換乘車(chē)站 6 座，平均站間距 1.165 km［2］。

在城市中修建地下軌道，其施工方法的選擇需要考慮眾多影響因素，如地面既有建筑物、城市內(nèi)部既有道路交通設(shè)施、地下管道通訊設(shè)施、地下工程水文地質(zhì)、施工設(shè)備機(jī)械以及資金條件等因素，因此不同城市各自所采用的施工方法也不盡相同。對(duì)于地下隧道施工工藝，習(xí)慣性分為明挖施工法、蓋挖施工法和暗挖施工法3 種［3］。

1 明挖施工法

明挖法是各國(guó)地下鐵道施工的首選方法，在地上交通、環(huán)境允許的地方通常都會(huì)采用明挖法施工，例如淺埋地鐵車(chē)站或區(qū)間隧道通常采用明挖法施工。明挖施工法屬于深基坑施工工程技術(shù)，由于地鐵施工項(xiàng)目一般是位于城市建筑物密集區(qū)，主要的技術(shù)難點(diǎn)在于保護(hù)深基坑工程中土坑周?chē)瓲?，以防止地面沉降，減少現(xiàn)有建筑物的影響。明挖法施工技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、快速、經(jīng)濟(jì)，經(jīng)常被用來(lái)作為地鐵施工工法首選的解決方案。當(dāng)然它的缺點(diǎn)也是很明顯的，如交通堵塞的時(shí)間較長(zhǎng)，噪聲和振動(dòng)對(duì)環(huán)境的影響非常大等。

2 蓋挖施工法

蓋挖施工法適合在埋深較淺、場(chǎng)地較為狹窄及地上交通環(huán)境不允許長(zhǎng)期停滯的施工環(huán)境。按照主體結(jié)構(gòu)施工順序的不同又可細(xì)分為3種:蓋挖順作法、蓋挖逆作法、蓋挖半逆作法。蓋挖順作法的主要內(nèi)容是:首先在已有的道路上完成擋土結(jié)構(gòu)對(duì)周邊進(jìn)行圍護(hù)，即先用擋土結(jié)構(gòu)代替原道路路面的支撐結(jié)構(gòu)，然后自上而下分層進(jìn)行基坑開(kāi)挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高，再依次自下而上進(jìn)行結(jié)構(gòu)物施工，最后恢復(fù)原有路面。蓋挖逆作法施工順序與之相反，首先進(jìn)行結(jié)構(gòu)頂板施工以恢復(fù)交通，然后自上而下進(jìn)行隧道開(kāi)挖施工。

3 暗挖施工法

在一定條件下，不對(duì)地面進(jìn)行開(kāi)挖，全部開(kāi)挖施工和修筑襯砌工作都在地下進(jìn)行的施工工法叫作暗挖施工法。暗挖施工法又可分為鉆爆法、掘進(jìn)機(jī)法、盾構(gòu)法、頂管法、淺埋暗挖法和新奧法等。其中應(yīng)用最廣泛的施工工法是鉆爆法、盾構(gòu)法和淺埋暗挖法。

3.1 鉆爆法

在硬巖工程地質(zhì)條件下進(jìn)行隧道開(kāi)挖施工，通常選用鉆爆法或錨噴支護(hù)法，這與山嶺隧道施工工法相同。鉆爆施工法是一種非常靈活的施工工法，它可以根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)工程地質(zhì)水文條件的不同和隧道開(kāi)挖斷面尺寸的不同，而選取不同的開(kāi)挖方法，現(xiàn)有的開(kāi)挖施工法有:下導(dǎo)坑先墻后拱法、上導(dǎo)坑先拱后墻法、側(cè)壁導(dǎo)坑法、正臺(tái)階法、反臺(tái)階法、半斷面開(kāi)挖法、全斷面開(kāi)挖法、CD法、CRD法等。爆破技術(shù)又分預(yù)裂爆破和光面爆破等。隧道初期支護(hù)形式也有很多的選擇，例如有錨桿錨索、掛鋼筋網(wǎng)、噴射混凝土、管棚、鋼拱架格柵拱架等支護(hù)方法。

3.2 盾構(gòu)法

在地下軌道隧道開(kāi)挖施工中，以盾構(gòu)機(jī)為主要施工機(jī)械的施工工藝叫作盾構(gòu)施工法。盾構(gòu)機(jī)是一種兼顧對(duì)上部土層支承和地層中推進(jìn)兩種功能的可活動(dòng)式鋼筒結(jié)構(gòu)機(jī)械。盾構(gòu)的形狀根據(jù)隧道開(kāi)挖斷面的不同而變化，常用的盾構(gòu)斷面分為四種:拱形、圓形、馬蹄形和矩形。其中應(yīng)用最為廣泛的斷面形式為圓形斷面，究其原因是因?yàn)閳A形能非常有效的抵抗土層中的土壓力和地下水壓力，而且襯拼裝砌簡(jiǎn)易方便，構(gòu)件通用性非常好，更換極其方便，維修維護(hù)也簡(jiǎn)單省事;盾構(gòu)法依據(jù)開(kāi)挖方式的不同分為3種:人工挖掘式、半機(jī)械挖掘式和全機(jī)械挖掘式;依據(jù)盾構(gòu)機(jī)械端部構(gòu)造形式的不同，又可分為敞胸式盾構(gòu)機(jī)和閉胸式盾構(gòu)機(jī)2種;按排除地下水與穩(wěn)定開(kāi)挖面的方式不同可將盾構(gòu)分為人工井點(diǎn)降水、泥水加壓、土壓平衡式、局部氣壓盾構(gòu)、全氣壓盾構(gòu)等［4］。

3.3 淺埋暗挖法

顧名思義，淺埋暗挖法是一項(xiàng)邊開(kāi)挖邊澆筑的施工技術(shù)。其原理是:利用土層在開(kāi)挖過(guò)程中短時(shí)間的自穩(wěn)能力，采取適當(dāng)?shù)闹ёo(hù)措施，使圍巖或土層表面形成密貼型薄壁支護(hù)結(jié)構(gòu)的不開(kāi)槽施工方法，主要適用于粘性土層、砂層、砂卵層等地質(zhì)。由于淺埋暗挖法省去了許多報(bào)批、拆遷、掘路等程序，現(xiàn)被施工單位普遍采納。由于該工法在有水條件的地層中可廣泛運(yùn)用，加之國(guó)內(nèi)豐富的勞動(dòng)力資源，在北京、廣州、深圳、南京等地的地鐵區(qū)間隧道修建中得到推廣，已成功建成許多各具特點(diǎn)的地鐵區(qū)間隧道，而且在大跨度車(chē)站的修筑中有相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。此外，該方法也廣泛應(yīng)用于地下車(chē)庫(kù)、過(guò)街人行道和城市道路隧道等工程的修筑［5］。

4 青島工程地質(zhì)

青島地基多為巖漿巖類(lèi)硬質(zhì)巖石，是堅(jiān)硬穩(wěn)固的地質(zhì)體。在長(zhǎng)期風(fēng)化作用下形成了一定厚度的風(fēng)化帶，其上沉積了厚度不一的第四紀(jì)松散堆積物。青島地區(qū)有三大斷裂帶，其中永火區(qū)間的滄口斷裂，是青島花崗巖巖基的西北邊界，屬于Ⅴ級(jí)構(gòu)造單元的分界線，控制了青島花崗巖巖基的展布。這些斷裂構(gòu)造對(duì)地鐵工程的影響主要表現(xiàn)在巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，局部發(fā)育有糜棱巖、碎裂巖等構(gòu)造巖，部分地段穿插有花崗斑巖巖脈，構(gòu)造裂隙水發(fā)育，形成相對(duì)不均勻的巖石地基。從整體來(lái)看，海島型地質(zhì)波狀分布明顯，相對(duì)高差較大，巖石強(qiáng)度“上軟下硬”，地下水相對(duì)豐富，軟弱土巖、流砂層分布較多［6］。

根據(jù)GB 50218-94工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，巖體基本質(zhì)量分級(jí)根據(jù)巖石堅(jiān)硬程度和巖體完整程度相結(jié)合，按由強(qiáng)到弱分為Ⅰ級(jí)～Ⅴ級(jí)［7］。根據(jù)地質(zhì)初勘報(bào)告，青島市地鐵工程3號(hào)線全線區(qū)間圍巖條件從Ⅱ級(jí)～Ⅵ級(jí)。Ⅱ級(jí)，Ⅲ級(jí)，Ⅳ級(jí)，Ⅴ級(jí)，Ⅵ級(jí)圍巖在隧道區(qū)間中的分布長(zhǎng)度范圍分別為:5.207 km，4.021 km，4.801 km，1.984 km和4.082 km，所占全線總長(zhǎng)度的百分?jǐn)?shù)分別為:25%，20%，23.9%，9.9%和20.3%。從中可看出，圍巖較好區(qū)段(Ⅱ，Ⅲ級(jí)，富水性和透水性差)約占45.9%，圍巖很差區(qū)段(Ⅵ級(jí)，富水砂層)約占20.3%。

5 結(jié)語(yǔ)

青島市地鐵工程3號(hào)線工程主要特點(diǎn)為埋深淺、工程地質(zhì)條件復(fù)雜多變，受地質(zhì)條件影響顯著，全線埋深不超過(guò)20 m，地下工程地質(zhì)多變，圍巖等級(jí)跨度大，且強(qiáng)度較好的圍巖在區(qū)間中所占的比重較大。綜上所述，在眾多施工工法中，鉆爆法以其開(kāi)挖方法靈活多變的特點(diǎn)，可以非常好的適應(yīng)青島地區(qū)復(fù)雜多變的工程地質(zhì)條件，是現(xiàn)階段青島市地鐵工程施工的首選工法。

［1］李彤華，唐春海，于亞倫.爆破振動(dòng)的頻譜特征及其工程應(yīng)用［J］.工程爆破，2006(2):2.

［2］潘宜青.砌體結(jié)構(gòu)在豎向爆破振動(dòng)下的非線性響應(yīng)分析［D］.青島:青島理工大學(xué)，2012.

［3］孫光永.城市地鐵隧道施工過(guò)程的數(shù)值模擬及其變形預(yù)測(cè)研究［D］.西安:西安科技大學(xué)，2007.

［4］朱雪峰.盾構(gòu)機(jī)國(guó)產(chǎn)化的探討［J］.建筑機(jī)械，2010(3):18-19.

［5］王東杰.淺埋暗挖中洞法及其在地鐵車(chē)站施工中的應(yīng)用研究［D］.北京:北京工業(yè)大學(xué)，2005.

［6］吳艷霞.青島地鐵隧道施工對(duì)地面建筑物影響與防治措施研究［D］.青島:青島理工大學(xué)，2012.

［7］GB 50218-94，工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)［S］.