淺談復(fù)雜地質(zhì)條件下地鐵隧道工法選擇

劉建樓　魏代偉

摘 要：地鐵區(qū)間隧道施工工法主要有盾構(gòu)法、礦山法及明挖法等，根據(jù)地鐵區(qū)間所處地層條件選擇合適的施工工法對(duì)節(jié)省造價(jià)、縮短工期具有顯著影響。廈門地鐵3號(hào)線華榮路站～火炬園站區(qū)間所處地層涵蓋有全斷面軟土地層、上軟下硬地層以及全斷面硬巖地層，地層條件非常復(fù)雜，且由于外部條件的變化，導(dǎo)致區(qū)間施工工法幾經(jīng)變更，使用的工法包括盾構(gòu)法、礦山法、盾構(gòu)空推法。該工程對(duì)以后類似工程的設(shè)計(jì)具有一定的參考意義。

關(guān)鍵詞：地鐵區(qū)間 施工工法 礦山法 盾構(gòu)法 盾構(gòu)空推

中圖分類號(hào)：U455.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）12（c）-0085-05

隨著城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大與城市人口密度的增大，人們對(duì)便捷交通出行的需求日益強(qiáng)烈，作為大運(yùn)力、不堵車的城市軌道交通扮演著越來越重的角色。目前國內(nèi)已有40多個(gè)城市獲批建設(shè)地鐵，一條地鐵主要組成部分有車站、行車區(qū)間、附屬風(fēng)亭、車站出入口、車輛段等，作為地鐵重要組成部分的地鐵區(qū)間，其修建的主要施工方法有盾構(gòu)法、礦山法以及明挖法，其中盾構(gòu)法和礦山法統(tǒng)稱為暗挖法。暗挖法施工以占用地面施工場(chǎng)地小，對(duì)周邊建筑及交通影響小等特點(diǎn)被城市地鐵修建廣泛采用。

盾構(gòu)法施工作業(yè)安全，環(huán)境條件好，機(jī)械化程度高，進(jìn)度快；其次，盾構(gòu)隧道襯砌采用預(yù)制管片，現(xiàn)場(chǎng)拼裝，防水效果好、質(zhì)量可靠；另外，盾構(gòu)施工無需采用其他輔助措施，能適應(yīng)松散軟弱地層或其它含水土層，地面沉降小，可以有效地保護(hù)周圍建筑物和地下管線，隨著地鐵盾構(gòu)施工技術(shù)的發(fā)展和普及，其工程造價(jià)也逐步降低，具有較大的優(yōu)勢(shì)。但盾構(gòu)法對(duì)線路適應(yīng)性差，一般只能用于標(biāo)準(zhǔn)斷面，施工工期與車站相互影響，需要較大的場(chǎng)地用于盾構(gòu)機(jī)的始發(fā)和接收[1，2]。

礦山法施工工藝簡單、靈活。它是采用信息化設(shè)計(jì)和施工，可以根據(jù)施工監(jiān)測(cè)的信息反饋來驗(yàn)證或修改設(shè)計(jì)和施工工藝，以達(dá)到安全與經(jīng)濟(jì)的目的；施工場(chǎng)地靈活，需要的施工場(chǎng)地較小，與兩端車站基本沒有施工工期干擾；對(duì)地面交通、管線等干擾較少，對(duì)周邊環(huán)境影響較小；廢棄土石方量少；線路適應(yīng)性強(qiáng)，對(duì)不同的地質(zhì)情況及周邊環(huán)境采用不同的工程措施及施工方法，針對(duì)性強(qiáng)；對(duì)軟硬不均地層，可以采用不同的開挖方式進(jìn)行處理，處理方便容易。礦山法施工具有地面沉降較大，施工風(fēng)險(xiǎn)大，施工環(huán)境差，工程造價(jià)高等缺點(diǎn)[4]。

明挖法施工工藝成熟，方法技術(shù)簡單、可靠，施工風(fēng)險(xiǎn)小，容易控制；工程進(jìn)度快，根據(jù)需要可以分段同時(shí)作業(yè)；淺埋時(shí)造價(jià)及運(yùn)營費(fèi)用低；對(duì)地質(zhì)條件要求不高；防水處理容易。但施工對(duì)城市地面交通和居民的正常生活有一定影響，在施工期間對(duì)周邊環(huán)境有一定的破壞；在明挖影響范圍的地下管線需拆遷；需較大的施工場(chǎng)地。一般適用于場(chǎng)地較開闊或空曠地帶，地面建筑物及地下管線較少，地面交通量小，有條件進(jìn)行交通疏解，或結(jié)合市政工程的建設(shè)需進(jìn)行明挖施工的地帶。

地鐵區(qū)間施工工法的選擇對(duì)于縮短工期，降低造價(jià)具有顯著影響，本文以廈門軌道交通3號(hào)線為例，對(duì)地鐵區(qū)間施工工法的選擇進(jìn)行介紹。

1 工程概況

廈門地鐵3號(hào)線華榮路站～火炬園站區(qū)間位于廈門島內(nèi)，區(qū)間大部分沿湖里大道敷設(shè)，下穿馬垅社自建民房后接入火炬園站，區(qū)間長度約760m，區(qū)間周邊現(xiàn)狀主要為大型企業(yè)、密集民宅、工業(yè)廠房、商務(wù)大廈以及辦公樓等。湖里大道現(xiàn)狀為雙向六車道，交通量較大，地下管線密集，主要有雨水管道、污水管道、給水管道、電力管道等，見圖1。

華榮路站～火炬園園站區(qū)間穿越主要地層為微風(fēng)化花崗巖、散體狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、碎裂狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、殘積砂質(zhì)粘性土。該區(qū)間存在全斷面土層、基巖突起段、上軟下硬段、全段面硬巖段，地質(zhì)條件非常復(fù)雜，見圖2。

2 華榮路站～火炬園站區(qū)間初步設(shè)計(jì)方案

地鐵的施工場(chǎng)地往往位于城市繁忙區(qū)域，地鐵區(qū)間施工工法的選擇不僅要考慮地鐵區(qū)間施工安全、施工質(zhì)量，同時(shí)也要考慮地鐵施工對(duì)周邊交通、管線、建構(gòu)筑等環(huán)境的影響，如果不能滿足對(duì)周邊交通疏解、管線遷改等的需求，地鐵施工將難以實(shí)施且對(duì)周邊市民的日常出行帶來嚴(yán)重影響。

華榮路站～火炬園站區(qū)間線路沿湖里大道敷設(shè)，地下管線密集，湖里大道交通流量大，對(duì)交通疏解有較高要求，不宜采用明挖法施工；區(qū)間大里程端穿越微風(fēng)化花崗巖地層，長度約320m，且地面不具備做盾構(gòu)井的條件，區(qū)間小里程端越地層主要為全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化花崗巖，經(jīng)綜合比選，本區(qū)間采用礦山法施工。

由于小里程端存在全斷面土層段、上軟下硬段，該段進(jìn)行礦山法施工時(shí)需要采取全面斷面帷幕注漿、半斷面帷幕注漿等施工輔助措施，該帷幕注漿施工周期較長，為滿足該區(qū)間洞通時(shí)間節(jié)點(diǎn)要求，在區(qū)間中部設(shè)置施工豎井及橫通道一處，該橫通道后期可做永久聯(lián)絡(luò)通道。該區(qū)間設(shè)計(jì)施工開始時(shí)間為2016年9月，洞通時(shí)間節(jié)點(diǎn)為2019年6月，按照礦山法施工進(jìn)度指標(biāo)1.0m/工作面·天（土層）、2.0m/工作面.天（巖層），施工豎井和通道施工工期按10個(gè)月考慮，該區(qū)間施工工期完全滿足洞通時(shí)間節(jié)點(diǎn)要求，見圖3。

因此在滿足施工工期以及地面交通要求的前提下，該區(qū)間擬采用礦山法施工。

3 華榮路站～火炬園站區(qū)間施工圖設(shè)計(jì)方案

由于華榮路站站位調(diào)整，區(qū)間長度增加109m，且考慮到廈門地鐵1號(hào)線全面帷幕注漿的施工經(jīng)驗(yàn)以及根據(jù)業(yè)主會(huì)議紀(jì)要，區(qū)間華榮路站至豎井位置施工工法調(diào)整為盾構(gòu)法，減少帷幕注漿范圍以保障工期及施工安全。豎井至火炬園站段區(qū)間施工工法調(diào)整為礦山法，施做礦山法二襯，盾構(gòu)機(jī)不拼裝管片，空推至火炬園站后吊出。

由于區(qū)間是沿湖里大道敷設(shè)，受制于交通疏解的限制，區(qū)間上方設(shè)置盾構(gòu)吊出井非常困難，因此需要將該盾構(gòu)機(jī)空推至火炬園站后吊出。盾構(gòu)機(jī)空推有兩種方式：拼管片空推與不拼管片空推，長距離拼管片空推容易產(chǎn)生管片錯(cuò)臺(tái)、密封條擠壓不密實(shí)等問題，造成后期隧道漏水；施做二襯后再進(jìn)行空推，施工工期較長。該礦山段存在平面曲線及豎向曲線，且空推長度為370m，如果拼裝管片則存在后期隧道滲漏水嚴(yán)重的問題，因此該段礦山法施工采用施工完二次襯砌后，盾構(gòu)機(jī)空推至火炬園站吊出，見圖4。

華榮路站至豎井及橫通道段調(diào)整為盾構(gòu)法后，該段區(qū)間存在基巖凸起需要進(jìn)行爆破預(yù)處理，該工法調(diào)整增加概算造價(jià)約2730萬元；由于區(qū)間長度的增加，區(qū)間概算造價(jià)增加約1738萬元；區(qū)間工法及長度調(diào)整后，共增加概算造價(jià)約4468萬元。

4 華榮路站～火炬園站區(qū)間施工圖變更設(shè)計(jì)方案

4.1 施工豎井及橫通道位置調(diào)整

施工單位進(jìn)場(chǎng)后，豎井位置用地未能協(xié)調(diào)征用。通過對(duì)周邊的排查及協(xié)商，位于原豎井西側(cè)的同吉大廈同意征用其前面的停車場(chǎng)作為交通疏解用地，豎井及橫通道由此調(diào)整至同吉大廈南側(cè)，豎井位于區(qū)間右線正上方。盾構(gòu)區(qū)間縮短50m，礦山法區(qū)間增加50m，橫通道長度由34.7m調(diào)整為13m，見圖5。

4.2 區(qū)間斷面變更調(diào)整

豎井調(diào)整至區(qū)間右線正上方后，右線盾構(gòu)機(jī)就存在由豎井吊出的可能，進(jìn)而需要分析豎井處吊出方案技術(shù)可行、可靠，經(jīng)濟(jì)合理。盾構(gòu)機(jī)在橫通道內(nèi)拆解并平移存在盾構(gòu)機(jī)刀盤傾倒等風(fēng)險(xiǎn)隱患，因此左線盾構(gòu)機(jī)按原設(shè)計(jì)方案進(jìn)行空推，右線盾構(gòu)機(jī)由豎井位置進(jìn)行拆解并吊出。

為了對(duì)盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行拆解，需要右線開挖擴(kuò)大斷面12m，以便先將盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)至該位置，進(jìn)行盾尾及螺旋出土器的拆解及吊出，之后右線斷面調(diào)整為常規(guī)單洞單線礦山法斷面。第一步：盾構(gòu)機(jī)出洞后，螺旋機(jī)拆除，采用吊車拆除；第二步：螺旋機(jī)拆除后，盾體前移，將盾體及拼裝機(jī)推至暗挖擴(kuò)大段內(nèi)，起吊盾尾；第三步：拼裝機(jī)上井；第四步：盾體后移，中盾上井吊裝；第五步：刀盤、前盾上井，盾構(gòu)臺(tái)車回拉至華榮路站吊裝上井。

為滿足盾構(gòu)機(jī)吊出要求，豎井尺寸由原來5m×7m調(diào)整為9m×11m，右線保留12m長礦山法擴(kuò)大斷面段，右線剩余區(qū)段調(diào)整為常規(guī)單洞單線斷面。豎井及橫通道位置調(diào)制以及區(qū)間隧道斷面調(diào)整工計(jì)將減少概算造價(jià)約1000萬元，見圖6。

4.3 區(qū)間左線盾構(gòu)空推變更設(shè)計(jì)

華榮路站～火炬園站區(qū)間施工至2018年10月時(shí)，受外部條件等影響，工期滯后，為了加快施工進(jìn)度，施工單位提出對(duì)該區(qū)間左線施工工法進(jìn)行變更設(shè)計(jì)，在全斷面硬巖地層將原設(shè)計(jì)的不拼管片的盾構(gòu)空推變更為拼裝管片的盾構(gòu)空推，并增加兩處臨時(shí)施工橫通道。該項(xiàng)變更調(diào)整將節(jié)省3月左右的工期，且減少造價(jià)約180萬元。

為了防止盾構(gòu)空推拼裝管片造成后期隧道漏水，在施工過程中采取以下措施防止盾構(gòu)管錯(cuò)臺(tái)及拼裝壓不緊等問題[5～10]。

（1）盾構(gòu)機(jī)周圍豆礫石填充至少達(dá)到時(shí)鐘10點(diǎn)、2點(diǎn)位置以上，盾構(gòu)機(jī)前方堆放豆礫石長度不得小于6m。豆礫石等對(duì)盾構(gòu)機(jī)管片拼裝的擠壓力不得小于265t，以保證止水條能夠壓緊。

（2）嚴(yán)格控制同步注漿漿液數(shù)量，同步注漿每環(huán)不少于3.5m3，根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)調(diào)整。

（3）在二次注漿填實(shí)管片與初期支護(hù)孔隙之前，必須定期檢查水位，水位過高時(shí)，利用吊裝孔作為排水孔，盾構(gòu)機(jī)離開管片50～100m后可排水，防止水位過高導(dǎo)致管片上浮。

（4）管片螺栓需要進(jìn)行三次復(fù)緊，第一次在管片拼裝時(shí)；第二次在管片拼裝完成開始推進(jìn)，推力達(dá)到250t后進(jìn)行，第三次在管片出盾尾后進(jìn)行，拼裝后管片縫隙采用鋼尺進(jìn)行檢測(cè)，再次確定縫寬滿足要求，保證止水條的壓縮效果。

（5）每隔兩環(huán)在管片上下左右4個(gè)角的位置開吊裝孔向隧道初支面打設(shè)鋼釘，鋼釘打設(shè)采用YT-28風(fēng)鉆，40鉆頭，鋼釘采用風(fēng)鉆鉆桿制作，制作長度統(tǒng)一0.8m，頭部壓尖，鋼釘進(jìn)入初支面10cm，鋼釘與吊裝孔之間的間隙采用速干水泥填充。鋼釘在管片出盾尾后立即打設(shè)。

5 體會(huì)與結(jié)論

地鐵設(shè)計(jì)的一個(gè)顯著特點(diǎn)就是邊界條件影響明顯，每次邊界條件的變化或施工要求的化都將對(duì)設(shè)計(jì)方案產(chǎn)生影響。華榮路站～火炬園站區(qū)間由于地質(zhì)條件多變、交通繁忙、征地困難等原因，使得該區(qū)間施工工法經(jīng)過了多次變更設(shè)計(jì)，每次設(shè)計(jì)變更均是由于外部邊界條件的變化而進(jìn)行最優(yōu)化設(shè)計(jì)，以滿足施工工期等要求。通過該區(qū)間的設(shè)計(jì)過程，可以得到以下結(jié)論。

（1）廈門軌道交通3號(hào)線華榮路站～火炬園站區(qū)間所處地層復(fù)雜，存在全段面土層、上軟下硬地層以及全斷面硬巖地層，施工工法選擇較為困難，該區(qū)間施工工法的選擇對(duì)以后類似地層的地鐵隧道施工具有一定的借鑒意義。

（2）該區(qū)間在豎井處進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)拆解吊出，盾構(gòu)機(jī)拆解吊出對(duì)豎井及擴(kuò)大斷面的礦山法隧道的要求對(duì)以后類似豎井處盾構(gòu)機(jī)吊出具有參考意義。

（3）根據(jù)目前已經(jīng)施工的盾構(gòu)空推案例，總結(jié)了防止管片錯(cuò)臺(tái)漏水的施工措施，對(duì)類似工程的施工具有指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 朱偉譯.隧道標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范（盾構(gòu)篇）及解說[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2001.

[2] 趙方彬.盾構(gòu)法修建地鐵隧道的技術(shù)現(xiàn)狀與展望[J].工程施工技術(shù)，2018（10）：286.

[4] 黃婉螢，劉建新.淺談地下隧道施工工法比選[J].廣東交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)：2013，12（3）：33-36.

[5] 王賀昆.城市地下隧道盾構(gòu)空推過礦山法段施工技術(shù)[J].土工基礎(chǔ)，2016，30（3）：375-379.

[6] 任志超.地鐵暗挖段盾構(gòu)空推施工工法分析[J].城市道橋與防洪，2018，（5）：237-239.

[7] 王旭東，郭京波，周罘鑫.盾構(gòu)過鉆爆返空推工藝及質(zhì)量控制[J].建筑機(jī)械，2016（02）：84-88.

[8] 徐延召，亞巍，楊俊.盾構(gòu)空推過礦山法隧道施工技術(shù)及質(zhì)量控制[J].土木建筑工程信息技術(shù)，2016，8（3）：53-58.

[9] 李錦富，羅忠.盾構(gòu)空推拼管片過礦山法隧道滲漏水控制[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2014，49（2）：71-75.

[10]趙玉成，賈曉旭.廣州地鐵盾構(gòu)空推過礦山法段施工關(guān)鍵技術(shù)[J].廣東交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2016，15（3）：55-58.