地鐵礦山法隧道施工技術(shù)

楊陽

摘要：地鐵隧道礦山法施工，安全性和可靠性指標(biāo)，是衡量二次襯砌表面質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)之一，文章將以某地鐵隧道工程為例，在了解該工程施工背景概況的基礎(chǔ)上，深入研討礦山法在該地鐵隧道中的應(yīng)用方法，對(duì)于其他地鐵隧道工程，可供借鑒參考。

關(guān)鍵詞：地鐵隧道，礦山法，施工技術(shù)

前言：地鐵隧道工程的礦山法施工，由初期支護(hù)和二次襯砌形成共同承載體，其中二次襯砌為主要承載構(gòu)件，其強(qiáng)度和抗裂性能，很大程度決定了隧道工程施工的成效。在施工期間，初期支護(hù)和二次襯砌的剛度分配，為技術(shù)難點(diǎn)所在，其中涉及到的隧道開挖、超前小導(dǎo)管施工、二次襯砌布筋、防沉降施工等工序，都是整個(gè)礦山法施工流程都必須予以全面兼顧的技術(shù)重點(diǎn)，同時(shí)也是本文研究的主題重點(diǎn)所在。

1.某地鐵隧道施工背景概況

某雙線地鐵隧道工程，沿線經(jīng)過學(xué)校、市政道路、居民區(qū)、醫(yī)院等。施工區(qū)段地面標(biāo)高26.94～37.44m，起伏程度明顯，地層由雜填土、粉質(zhì)粘土、粉土夾砂石、粘土、粉質(zhì)粘土夾砂石組成，屬于志留系～三疊系及第四系地層，而地下水以上層止水和承壓水為主，前者平均埋深1m，貯存于雜填土層內(nèi)，而后者貯存于基巖內(nèi)，埋深較大，承壓水頭在1-15m之間，具體承壓水頭大小，與基巖面高程有關(guān)。

根據(jù)以上水文地質(zhì)特征，本工程采用礦山法進(jìn)行隧道施工，在此以隧道渡線段最大斷面作為課題研究對(duì)象，其斷面情況如下圖1-1所示：

圖1-1：隧道渡線段最大斷面（單位mm）

以上斷面為雙連拱結(jié)構(gòu)模式，高9.5m，平均埋深12m。工程單位兩種類型的截面應(yīng)力計(jì)算方法，分別為“初支與二襯共同承載”和“二襯結(jié)構(gòu)單獨(dú)承載”，這兩種截面內(nèi)力情況如表1-1所示：

表1-1：不同類型承載的截面應(yīng)力

截面位置 初支與二襯共同承載 二襯單獨(dú)承載

拱頂 拱肩 仰拱 拱頂 拱肩 仰拱

單元編號(hào) 73 17 60 77 16 60

彎矩kN·m -129.79 105.87 -167.35 -175.6 154.31 -206.28

軸力kN -501.41 -577.68 -327.63 -558.17 -528.42 -381.89

從上表中，認(rèn)為“二襯單獨(dú)承載”所得的最不利截面彎矩值，超出“初支與二襯共同承載”最不利截面彎矩值的20%，因此建議選用“初支與二襯共同承載”模式。

2.案例地鐵隧道礦山法施工技術(shù)的應(yīng)用建議

基于案例地鐵隧道施工背景概況，本工程選用礦山法進(jìn)行施工，其技術(shù)控制的重點(diǎn)，應(yīng)從“隧道開挖”、“超前小導(dǎo)管施工”、、“二次襯砌布筋”、“防沉降施工”幾個(gè)方面入手展開研討：

2.1隧道開挖

本工程從地鐵車站作為開挖起點(diǎn)，到達(dá)起拱線標(biāo)高位置時(shí)，檢查超前支護(hù)的強(qiáng)度狀態(tài)，確定達(dá)到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)后，利用風(fēng)鎬松動(dòng)圍巖外側(cè)土體，在上臺(tái)階位置鑿出深度0.5m的槽，隨后將挖孔樁切斷，露出足夠與鋼筋焊接一體的鋼筋，再以松動(dòng)爆破方式，將上臺(tái)階的剩余土體清除，總進(jìn)尺在0.7m左右。圍巖結(jié)構(gòu)上臺(tái)階開挖到位后，將挖孔樁預(yù)留的鋼筋，與格柵焊接在一起，最后依次安裝管片、預(yù)埋注漿管、掛網(wǎng)噴射混凝土，形成初支閉合。開挖期間，為避免拱腳位置沉降，需要將鎖腳錨管設(shè)置在拱腳位置，順著格柵斜面方向，以10°的角度埋設(shè)不同規(guī)格的超前小導(dǎo)管，同時(shí)控制好上下臺(tái)階之間的距離，以便避免上下臺(tái)階掘進(jìn)與支護(hù)施工的互相干擾，直至完成整個(gè)洞門與隧道的轉(zhuǎn)換施工。

2.2超前小導(dǎo)管施工

洞門破除之前，利用超前小導(dǎo)管注漿方式加固洞門，強(qiáng)化洞門位置地質(zhì)的穩(wěn)定性，施工位置在拱部以上至第三排錨索之間。本工程所選用的超前小導(dǎo)管，規(guī)格為φ42mm，厚度和長(zhǎng)度分別為3m、3.5m，具體施工方法為：施工之前調(diào)查地質(zhì)狀態(tài)，并藉此選定具體的注漿類型、注漿壓力、漿液配比等，以及進(jìn)行工作面的放線、測(cè)量和定空位；定位后，借助風(fēng)鉆鉆孔，將小導(dǎo)管打入孔內(nèi)，并在掌子面噴射5cm厚度的混凝土止?jié){墻和清除干凈小導(dǎo)管內(nèi)的積物，即可按照從下到上的順序注漿，本次注漿水灰比有1.5：1、1：1、1：0.8三個(gè)等級(jí)，漿液轉(zhuǎn)變從稀至濃，注漿后即可將孔內(nèi)堵住，以避免漿液往外溢出。掌子面開挖工序結(jié)束后，為確保圍護(hù)結(jié)構(gòu)有足夠的自承能力，應(yīng)按照初噴混凝土封閉、架格柵鋼架掛鋼筋網(wǎng)、施作錨管、定位打眼、測(cè)試元件埋設(shè)、初噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度、監(jiān)控量測(cè)的初期支護(hù)施工流程，期間需要第一時(shí)間將初噴砼支護(hù)封閉，砼噴射厚度在5cm左右，再依次架設(shè)格柵、施打鎖腳錨桿、補(bǔ)噴厚度30cm早強(qiáng)混凝土，直至掌子面趨于安全和穩(wěn)定狀態(tài)。

2.3二次襯砌布筋

在超前小導(dǎo)管施工后，選用合適規(guī)格的鋼筋進(jìn)行二次襯砌布筋施工，本工程選用四種類型的鋼筋，其規(guī)格和用量如下表1-2所示：

利用以上規(guī)格的鋼筋進(jìn)行二次襯砌布筋，期間需要考慮各個(gè)受力階段的控制指標(biāo)，包括混凝土起始屈服、深度達(dá)到鋼筋保護(hù)層、受力區(qū)屈服、鋼筋屈服、截面貫通等受力階段。施工期間，發(fā)現(xiàn)二次襯砌所承受水頭壓力不超過30m時(shí)，混凝土Mises最大值，在混凝土標(biāo)準(zhǔn)抗壓強(qiáng)度之內(nèi)，可見混凝土拉應(yīng)力的集中位置，在仰拱外側(cè)和仰腰內(nèi)側(cè)，從側(cè)面要求布筋時(shí)，結(jié)合混凝土的屈服規(guī)律，分析鋼筋最大受力部位的受壓和受拉情況。建議按照損傷度>95%的標(biāo)準(zhǔn)控制，分別將控制截面混凝土的開裂水頭和開裂時(shí)鋼筋混凝土保護(hù)層厚度的水頭，控制在16m和25m以內(nèi)，方可確保布筋的有效性。

2.4防沉降施工

除了以上施工技術(shù)，防沉降施工，也是本地鐵隧道礦山法施工的技術(shù)重點(diǎn)所在。為控制隧道的沉降，首先以注漿技術(shù)，將泥砂進(jìn)入隧道的通路全部堵住，很多隧道礦山法施工時(shí)，地下水將地層內(nèi)的泥砂代入隧道內(nèi)，而原來的泥砂區(qū)域，就會(huì)形成空洞，進(jìn)而誘發(fā)地面沉降問題，前面提到的超前小導(dǎo)管注漿，在一定程度上，可緩解該問題的加劇，但考慮到掌子面開放外露，應(yīng)重點(diǎn)采用全斷面預(yù)注漿的方法，先于加固區(qū)域鉆出65個(gè)注漿孔，注漿孔以梅花型布置，隨后以20m的深度標(biāo)準(zhǔn)，在2倍洞徑范圍內(nèi)，全部進(jìn)行注漿加固；其次是掌子面錨固，錨桿孔數(shù)量21個(gè)，鉆孔平均深度8cm，鉆孔與鉆孔之間，保持1.5m的距離，也是以梅花型布置，注漿方法與上面一致；再次是及時(shí)封閉臨時(shí)支護(hù)體系，目的是控制地下水?dāng)y帶泥砂進(jìn)入隧道內(nèi)的時(shí)間，本工程從上臺(tái)階開挖施工伊始，直至仰拱封閉，總共需要4道工序，期間大約有130㎡的開挖面積外露，適時(shí)必須嚴(yán)格限制開挖自由面每循環(huán)進(jìn)尺的時(shí)間，原則上是24h內(nèi)完成一個(gè)循環(huán)進(jìn)尺，期間每循環(huán)一個(gè)進(jìn)尺，環(huán)向初噴開挖面，并在掌子面位置拼裝型鋼拱架，型鋼拱架頂住噴混凝土找平層，按照此法，有90㎡的開挖面積可減少暴露；最后是將水平系桿和剪刀撐，焊接在型鋼拱架之上，以及安裝仰拱位置的鋼構(gòu)件、布設(shè)鋼筋網(wǎng)、模噴仰拱、模噴上部斷面等，作為臨時(shí)縱向桿支撐上半部的掌子面。

3.結(jié)束語

綜上所述，地鐵隧道礦山法施工，圍巖結(jié)構(gòu)受力和施工工序銜接的復(fù)雜性，使得工程施工存在或多或少的風(fēng)險(xiǎn)，由此要求各道工序的施工質(zhì)量，以保證隧道施工的安全。文章通過研究，基本明確了案例地鐵隧道礦山法施工技術(shù)的應(yīng)用方法，但考慮到不同地鐵隧道工程施工條件和要求的差異性，以上方法在其他隧道工程中應(yīng)用時(shí)，還需要結(jié)合具體工程的施工情況，因地制宜地靈活應(yīng)用，以及針對(duì)施工技術(shù)存在的不足之處，進(jìn)行補(bǔ)充和完善。

參考文獻(xiàn)

[1]石祥鋒，韓延飛，譚蕭.地鐵隧道下穿建筑物礦山法施工風(fēng)險(xiǎn)控制[J].土工基礎(chǔ)，2011，（4）：14-16.

[2]潘太平，董金奎，初月朗.礦山法施工地鐵隧道時(shí)控制地表沉降施工技術(shù)探究[J].低碳世界，2014，（07X）：285-286.

[3]李兆平，聶楠，楊成永等.礦山法地鐵隧道二襯結(jié)構(gòu)安全系數(shù)及可靠度計(jì)算方法研究[J].北京交通大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2011，（1）：39-43.