淺埋暗挖技術(shù)在地鐵隧道施工中的應(yīng)用要點(diǎn)分析

高俊濤

（中鐵十五局集團(tuán)第五工程有限公司 湖南省長(zhǎng)沙市 410000）

前言

淺埋暗挖技術(shù)即礦山法，是結(jié)合土質(zhì)具體情況而定的一種合理的隧道施工方法，該技術(shù)最早由王夢(mèng)恕院士首次在軍都山隧道—黃土段實(shí)施應(yīng)用[1]。而后中鐵十五局集團(tuán)在廣深港地鐵施工時(shí)也成功采用了此方法，這是屬于中國(guó)人自己研究的滿(mǎn)足中國(guó)發(fā)展現(xiàn)實(shí)狀況的隧道修建方法，主要是借鑒新奧法基本原理與理論，根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)具體情況，總結(jié)出相對(duì)完善的、涉及地鐵隧道修建的理論與實(shí)踐操作方法[2]。淺埋暗挖技術(shù)與新奧法間有不少相似點(diǎn)，但二者的差異為淺埋暗挖技術(shù)更適宜用到松散土介質(zhì)圍沿條件的開(kāi)發(fā)城市，隧道埋深≥隧道直徑，建修時(shí)應(yīng)用偏小的地表沉降，且無(wú)噪音污染，不管哪種尺寸及斷面形式的隧道洞室均適用[3]。我國(guó)地大物博，地鐵隧道建設(shè)規(guī)模與復(fù)雜性更是位居世界首列，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)與了解淺埋暗挖技術(shù)，使該技術(shù)得到推廣應(yīng)用，可使施工質(zhì)量得到保障。

1 淺埋暗挖技術(shù)的特點(diǎn)

淺埋暗挖法屬于一種在距離地表非常近的地下開(kāi)展不同類(lèi)型地下洞室暗挖施工的方法。當(dāng)明挖法、盾構(gòu)法均不符合要求的情況下，即可考慮選用淺埋暗挖法。如北京長(zhǎng)安街下的地鐵修建工程，則展現(xiàn)了淺埋暗挖法的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)[4]。淺埋暗挖法除了可作為獨(dú)立施工方法進(jìn)行應(yīng)用（如北京西單地鐵站）外，還可和其它施工方法相結(jié)合，同時(shí)使用（如王府井站、天安門(mén)西站等則是綜合利用了淺埋暗挖法和蓋挖法而建修的）。足以看出，淺埋暗挖法具有較強(qiáng)的兼容性，能與其它施工法協(xié)同使用?，F(xiàn)今，淺埋暗挖法的整體配套技術(shù)在全球的發(fā)展水平都處于領(lǐng)先地位。

淺埋暗挖技術(shù)的具體施工流程為：①先把鋼管打進(jìn)地層，再注入水泥或化學(xué)漿液，實(shí)現(xiàn)地層加固。保證開(kāi)挖面土體穩(wěn)定為淺埋暗挖法安全開(kāi)展的前提；②地層加固后，作短進(jìn)尺開(kāi)挖。每次開(kāi)挖進(jìn)尺的要求也相當(dāng)高，務(wù)必要控制在0.5m以?xún)?nèi)，開(kāi)挖后應(yīng)先初噴5cm厚混凝土，使自承能力提升，且即刻做好封閉，避免圍巖風(fēng)化；初期支護(hù)施工的順序?yàn)槌鯂娀炷痢茕摳駯胖巍鷴熹摻罹W(wǎng)→再?lài)娀炷粒?0cm）；③施作防水層。開(kāi)挖面穩(wěn)定性容易受水患影響，若情況嚴(yán)重甚至有塌方災(zāi)害。因而妥善進(jìn)行地下水處理屬于很重要的一環(huán)；④做好二次支護(hù)。通常情況下，需注入混凝土，若有必要應(yīng)作鋼筋設(shè)計(jì)。當(dāng)然，淺埋暗挖法的施工應(yīng)依靠監(jiān)控測(cè)量所獲信息作指導(dǎo)，可使施工安全與質(zhì)量得到保證。

2 淺埋暗挖技術(shù)在地鐵隧道施工中的有效應(yīng)用

2.1 超長(zhǎng)管棚支護(hù)技術(shù)

若要使隧道支護(hù)強(qiáng)度得到提升，符合淺層地表下開(kāi)展地鐵隧道施工，對(duì)隧道圍巖的高穩(wěn)定性、高強(qiáng)度要求，則應(yīng)在隧道施工時(shí)，選用有保障的、可行的超長(zhǎng)管棚支護(hù)技術(shù)?？茖W(xué)設(shè)計(jì)與管棚相符的數(shù)量與距離，進(jìn)而達(dá)到最高強(qiáng)度支護(hù)，使地鐵隧道施工安全性不斷增強(qiáng)，該技術(shù)在地鐵隧道施工中的應(yīng)用相當(dāng)廣泛。

2.2 全程監(jiān)測(cè)技術(shù)

淺埋暗挖技術(shù)在地鐵隧道施工中的實(shí)踐應(yīng)用，應(yīng)對(duì)隧道作全面的監(jiān)控測(cè)量，用于地鐵隧道的強(qiáng)度、沉降量、拱頂下沉與隧道收斂等數(shù)據(jù)偏差的監(jiān)測(cè)，進(jìn)而為后期施工與管理供給準(zhǔn)確的技術(shù)參數(shù)，這是保證地鐵隧道施工順利進(jìn)行的最重要、可靠的技術(shù)指導(dǎo)，可在異常情況發(fā)生后，第一時(shí)間采取措施給予修正。

2.3 真空降水技術(shù)

地鐵隧道開(kāi)挖時(shí)，若地下水位較高，前提即是保證降水速度與質(zhì)量，作降水處理，且應(yīng)確保降水后，不會(huì)發(fā)生隧道反水[5]。淺埋暗挖技術(shù)應(yīng)用于地鐵隧道施工中，主要應(yīng)用了真空降水技術(shù)與輻射井降水技術(shù)。首先，真空降水技術(shù)是綜合利用真空泵與抽水管井，使管井前段形成真空段，后把水壓至管井里，使抽水作業(yè)效率增強(qiáng)。該技術(shù)在粉土層、砂土層等地質(zhì)環(huán)境下使用；而輻射井降水技術(shù)主要指在隧道內(nèi)增設(shè)一口大直徑的井，且在井壁上置入多條引水管道，進(jìn)而應(yīng)用抽水泵將引進(jìn)井內(nèi)的水集中抽出。該技術(shù)應(yīng)用較廣，且它的最大優(yōu)點(diǎn)即成本低廉，更易普及。

2.4 三臺(tái)階七步開(kāi)挖法

三臺(tái)階七步開(kāi)挖法施工技術(shù)在中鐵十五局集團(tuán)承建的廣深港客運(yùn)專(zhuān)線區(qū)間隧道施工時(shí)進(jìn)行了使用。隧道三臺(tái)階七步開(kāi)挖法是以弧形導(dǎo)坑開(kāi)挖留核心土為基本模式，分上、中、下三個(gè)臺(tái)階七個(gè)開(kāi)挖面，各部位的開(kāi)挖與支護(hù)沿隧道縱向錯(cuò)開(kāi)、平行推進(jìn)的隧道施工方法。施工步驟：第1步：上部弧形導(dǎo)坑開(kāi)挖：在拱部超前支護(hù)后進(jìn)行，環(huán)向開(kāi)挖上部弧形導(dǎo)坑，預(yù)留核心土，核心土長(zhǎng)度宜為3～5m，寬度宜為隧道開(kāi)挖直徑的1/3～1/2，開(kāi)挖循環(huán)進(jìn)尺應(yīng)根據(jù)方案確定，最大不超過(guò)1.5m，開(kāi)挖后立即初噴3～5cm混凝土。上臺(tái)階開(kāi)挖失跨比應(yīng)大于0.3m，開(kāi)挖后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行立鋼架、網(wǎng)、錨、噴系統(tǒng)支護(hù)，在鋼架拱腳以上30cm處，緊貼鋼架兩邊沿按下傾角30°搭設(shè)鎖腳錨桿，鎖腳錨桿與拱架牢固焊接，復(fù)噴至設(shè)計(jì)厚度。第2、3步：左右側(cè)中臺(tái)階開(kāi)挖，開(kāi)挖進(jìn)尺嚴(yán)格按照方案進(jìn)行，最大長(zhǎng)度不超過(guò)1.5m，開(kāi)挖高度一般為3～3.5m，左右側(cè)錯(cuò)開(kāi)2～3m，避免拱架同時(shí)懸空，開(kāi)挖后及時(shí)進(jìn)行立鋼架、網(wǎng)、錨、噴系統(tǒng)支護(hù)，之后施工方法與第1步相同。第4、5步：左右側(cè)下臺(tái)階開(kāi)挖方法與第2、3步相同。第6步：上中下臺(tái)階預(yù)留核心土，各臺(tái)階分別開(kāi)挖后及時(shí)施作仰拱初期支護(hù)，閉合成環(huán)，仰拱長(zhǎng)度宜為2～3m。第7步，隧底初期支護(hù)完成2個(gè)循環(huán)后，進(jìn)行仰拱及仰拱填充施工。

2.5 洞口施工技術(shù)

淺埋暗挖隧道洞口施工技術(shù)分作平洞施工與豎井施工兩種。其中平洞施工多以排樁支護(hù)為主，排樁支護(hù)可促工程高效開(kāi)展，實(shí)現(xiàn)快速施工；而豎井則以豎井格棚鋼架加掛網(wǎng)噴錨支護(hù)為主。

2.5.1 平洞施工

排樁施工時(shí)應(yīng)對(duì)以下環(huán)節(jié)引起高度重視。

（1）地下障礙物清除。施工時(shí)若遇孤石、卵石層、條石基礎(chǔ)等，應(yīng)結(jié)合情況使用套管護(hù)壁，將套管中的積水抽干，并用十字錘充分擊碎后抓出[6]。若距離較近也可直接安排人員下去處理。遇到錘擊不碎的情況，則應(yīng)由人工埋設(shè)炸藥，將其炸碎后以抓斗抓出。

（2）成孔垂直度檢查與校正。成孔時(shí)應(yīng)嚴(yán)格做好樁的垂直度的控制，除了可保證樁體質(zhì)量，也能達(dá)到對(duì)附近環(huán)境的有效保護(hù)。施工時(shí)應(yīng)做到：套管順直度檢查與校正、成孔時(shí)樁的垂直度檢測(cè)與檢查、對(duì)存在問(wèn)題的糾正等。

（3）管涌防止。若深基坑和水塘距離較近或基坑底部土層里有承壓含水層，受水位差的影響，基坑土體里有滲透水流，因土體的不均勻性，土體內(nèi)某部分土顆粒受滲透水流影響出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)，以致填充于土體骨架空隙內(nèi)的細(xì)顆粒被滲水帶走產(chǎn)生涌水管道，即管涌（別名砂鼓水、泡泉）。發(fā)生管涌對(duì)工程的危害是相當(dāng)大的，增加了塌方的風(fēng)險(xiǎn)?？赏ㄟ^(guò)以下方法預(yù)防管涌情況：①若在地下水豐富且有活動(dòng)水存在的砂層施工，需加大泥漿比重，維持土壓力平衡性，能有效預(yù)防管涌；②若地下水位變化明顯則應(yīng)通過(guò)加高護(hù)筒的方式，使護(hù)筒外水壓力維持在平衡狀態(tài)；③套管底口需超前于開(kāi)挖面相應(yīng)距離，才能使混凝土流動(dòng)受抑制，超挖距離要求超過(guò)2m。

2.5.2 豎井施工

（1）針對(duì)地下水豐富的地區(qū)，施工前應(yīng)作降水處理使地下水位至少位于開(kāi)挖面以下相應(yīng)深度，不然在施工時(shí)降水效果則得不到保證。砂性土地區(qū)降水需選用質(zhì)量有保證的抽水過(guò)濾設(shè)備，不然則會(huì)因抽水含沙量過(guò)大，而使主體力學(xué)性能降低。

（2）廢棄泥土堆位置應(yīng)與井筒保持足夠遠(yuǎn)的距離，不然會(huì)使下層土體附加壓力與孔隙水壓力變大引起豎井下沉。

（3）已制定好的施工計(jì)劃與施工方案應(yīng)嚴(yán)格按照要求制定與落實(shí)，任何情況均不可對(duì)施工工藝流程作出隨意更改。

（4）施工前應(yīng)對(duì)附近環(huán)境有深入全面的調(diào)查，做好保護(hù)工作。

（5）按照相關(guān)要求，將豎井和平洞結(jié)合處的土體及結(jié)構(gòu)加固工作落實(shí)到位，以免再發(fā)事故。

3 淺埋暗挖技術(shù)的安全控制要點(diǎn)

3.1 土石方坍塌的預(yù)防

施工時(shí)，要求施工單位認(rèn)真做好地質(zhì)超前預(yù)報(bào)工作，且做好同時(shí)期內(nèi)地震發(fā)生情況的監(jiān)測(cè)工作，及時(shí)將結(jié)果匯報(bào)給相關(guān)負(fù)責(zé)人。同時(shí)，需對(duì)低段地質(zhì)剖面詳圖與地質(zhì)勘測(cè)報(bào)告展開(kāi)深入研究，若有必要可通過(guò)鉆孔探測(cè)的舉措作全面勘察，為地鐵工程施工提供有力的數(shù)據(jù)參考，以防施工中與施工后出現(xiàn)工程坍塌事故。

3.2 模板倒塌事故的預(yù)防

應(yīng)結(jié)合我國(guó)相關(guān)規(guī)定，認(rèn)真依照項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案完成施工。同時(shí)，拆卸需滿(mǎn)足相關(guān)作業(yè)規(guī)范。模板與支撐材料需符合工程剛性要求。支撐模板的基礎(chǔ)應(yīng)牢靠且面積寬廣，以免模板遭受外力作用，發(fā)生下沉。若要避免模板傾覆，安裝時(shí)應(yīng)結(jié)合工程具體情況增設(shè)臨時(shí)固定結(jié)構(gòu)。

3.3 水災(zāi)預(yù)防

隧道開(kāi)挖爆破極易使圍巖狀態(tài)出現(xiàn)變化，使地下水滲流的流徑改變，形成隧道滲漏水水源。同時(shí)，隧道施工時(shí)因地下水被擊穿而匯集形成的隱藏水庫(kù)會(huì)引發(fā)涌水事故，若涌水得不到及時(shí)排出則會(huì)引發(fā)水災(zāi)。因而需選擇有代表性的地質(zhì)勘測(cè)點(diǎn)，增強(qiáng)勘測(cè)精準(zhǔn)性。同時(shí)，在防水材料質(zhì)量的選擇上一定要嚴(yán)格把關(guān)，杜絕偽劣產(chǎn)品，使施工質(zhì)量與安全得到保證。

3.4 火災(zāi)預(yù)防

隧道地下施工環(huán)境過(guò)于潮濕，可能會(huì)因線路與設(shè)備短路或電阻過(guò)大等問(wèn)題而發(fā)生火災(zāi)。隧道施工時(shí)若發(fā)生火災(zāi)或斷電，因隧道中通風(fēng)量大，使火勢(shì)快速蔓延，再受隧道內(nèi)光線（照明）等因素的影響，對(duì)人員逃生不利。因而需增強(qiáng)作業(yè)人員的防火意識(shí)，定期做好線路設(shè)備的排查工作，對(duì)隧道中易燃易爆氣體濃度給予嚴(yán)密監(jiān)控，保證消防設(shè)施配備齊全。

4 結(jié)語(yǔ)

淺埋暗挖技術(shù)在地下空間建設(shè)中發(fā)揮了獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，該優(yōu)勢(shì)突出展現(xiàn)在城市地鐵建設(shè)中。淺埋暗挖技術(shù)將規(guī)范化設(shè)計(jì)、超前支護(hù)技術(shù)、結(jié)構(gòu)防水技術(shù)、地面沉降控制技術(shù)等集合于一體，在地鐵隧道施工中的應(yīng)用不但保證了地表車(chē)輛交通不受影響，還可實(shí)現(xiàn)對(duì)生態(tài)環(huán)境的最大化保護(hù)。但淺埋暗挖技術(shù)并非在任何環(huán)境下均適用，因不同地區(qū)地形地貌以底層復(fù)雜多變等特征，也就要求淺埋暗挖技術(shù)開(kāi)展時(shí)先對(duì)隧道地層、支護(hù)材料與附近建筑物等情況作出全面監(jiān)測(cè)，將監(jiān)測(cè)到的信息綜合利用起來(lái)，為后續(xù)施工提供參考，使施工設(shè)計(jì)方案更合理。同時(shí)，施工時(shí)重點(diǎn)技術(shù)環(huán)節(jié)應(yīng)嚴(yán)格參照設(shè)計(jì)要求完成，方可使淺埋暗挖技術(shù)發(fā)揮更大優(yōu)勢(shì)，提高地鐵隧道施工質(zhì)量，保證施工安全，延長(zhǎng)地鐵工程使用壽命。

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[3]鄧本舉.淺談復(fù)雜地層條件下城市地鐵區(qū)間隧道淺埋暗挖施工技術(shù)[J].科協(xié)論壇（下半月），2013（02）：16～17.

[4]張濤.淺析西安地鐵淺埋暗挖隧道施工關(guān)鍵技術(shù)[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2016（15）：117～118.

[5]郝忠院.地鐵隧道淺埋暗挖法施工預(yù)加固技術(shù)及其應(yīng)用研究[D].西安科技大學(xué)，2014.

[6]王凱.淺埋暗挖地鐵車(chē)站結(jié)構(gòu)型式和施工方法優(yōu)化研究[D].北京交通大學(xué)，2016.