城市地鐵施工技術(shù)中淺埋暗挖法的應(yīng)用

向江波 （中鐵十六局集團(tuán)有限公司，北京100018）

在軌道交通建設(shè)中，淺埋暗挖技術(shù)被廣泛使用，其已成為當(dāng)下城市地鐵質(zhì)量保證的重點(diǎn)技術(shù)之一，主要原因是其有著經(jīng)濟(jì)、安全、適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，除此之外，以上兩種技術(shù)的結(jié)合和不斷提升，也保證了城市地鐵質(zhì)量的提升，在施工上取得了較好的效果。

1 淺埋暗挖法的含義及重要性

淺埋暗挖法是指在距離地表較近的地下進(jìn)行各種類型地下洞室暗挖施工的，該方法在保護(hù)地質(zhì)方面有非常積極的作用，已逐漸成為地鐵項(xiàng)目獲批的重要施工方法[1]。在施工中，對(duì)沉降量的檢測(cè)和控制是關(guān)鍵所在，檢測(cè)中首先需要對(duì)附近建筑物和路面的沉降量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并通過對(duì)比計(jì)算得出是否符合規(guī)范及設(shè)計(jì)要求，為后續(xù)的施工做好基礎(chǔ)性工作，并起到一定的技術(shù)指導(dǎo)作用。

2 淺埋深挖法及其實(shí)踐

由于淺埋隧道施工時(shí)對(duì)地面土層有明顯的影響，有必要控制隧道開挖進(jìn)度、土體沉降等方面保證隧道具有足夠的強(qiáng)度、穩(wěn)定性和安全性。在地鐵工程中，通常使用淺埋方法，但在淺埋隧道過程中容易發(fā)生沉降問題，其可能會(huì)損壞地下管線，并越來越嚴(yán)重，最后導(dǎo)致破裂及地上建筑物的變形，而淺埋深挖法能夠有效地解決這一問題。因此，在城市地鐵建設(shè)過程中，淺埋深挖法最為常見。

3 淺埋深挖在地鐵隧道中的應(yīng)用

3.1 地鐵隧道施工淺埋暗挖法的真空降水技術(shù)

隧道施工過程中，第一步是隧道開挖。通常在隧道開挖施工中遇到的實(shí)際問題是，在地下水位高的情況下，有必要將隧道的水位先進(jìn)行沉降。在降水過程中，既要保證沉淀速度，也要保證最終沉降的水位達(dá)到施工要求。工程上，較多的使用真空降水技術(shù)，其原理是將需要降水的區(qū)域進(jìn)行密封，而后用水泵抽水。水量的抽取由多到少，其原理是土壤被覆蓋之后，產(chǎn)生了負(fù)壓，使地下水以及土壤之中的水分會(huì)抽出，這樣，原有地下水會(huì)被吸出，土粒之間的水分會(huì)減少，地下水位會(huì)下降，土粒之間的縫隙也會(huì)減小。真空降水技術(shù)在應(yīng)用時(shí)，要確保降水后的隧道沒有回水現(xiàn)象[2]。水能夠被直接壓入管井，使泵的輸送效率得到保障。

3.2 淺埋暗挖法的輻射井降水技術(shù)

前文對(duì)真空降水技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)闡述，輻射井降水技術(shù)與真空法的相似之處在于，其目的是一致的，都是為了降低地下水位。但是，此兩種方法最大的不同在于，輻射井降水技術(shù)在施工的過程中，在隧道中插入直徑較大的井，在井壁上設(shè)計(jì)較多的抽水管，保證水體能夠被抽至井中。此時(shí)，大井里的水通過水泵集體抽出，此種技術(shù)被稱之為輻射井降水技術(shù)。而淺埋方法的真空脫水技術(shù)主要是針對(duì)粘土層和淤泥層。因此，在施工時(shí)，還要結(jié)合土壤層環(huán)境，確保真空沉降技術(shù)的正確有效應(yīng)用，從而達(dá)到施工目的。

3.3 淺隧道支護(hù)法的技術(shù)應(yīng)用

由于地鐵隧道施工低于淺表面，對(duì)于隧道的圍巖穩(wěn)定性和強(qiáng)度的要求較高。因此，有必要在施工過程中使用支護(hù)技術(shù)。使用支護(hù)技術(shù)進(jìn)行施工時(shí)，全部基本荷載由初次支護(hù)承擔(dān)，在安全儲(chǔ)備設(shè)計(jì)方面，使用二次模筑襯砌。初次支護(hù)與二次模筑襯砌共同承擔(dān)特殊荷載。若圍巖強(qiáng)度不滿足初次支護(hù)要求，還需要拱架進(jìn)行超前支護(hù)，改善加固圍巖，調(diào)動(dòng)部分圍巖的自承能力，最后進(jìn)行噴錨。如圍巖強(qiáng)度較好，只需要進(jìn)行簡(jiǎn)單的錨桿掛網(wǎng)噴錨支護(hù)[3]。二次模筑襯砌屬于后期支護(hù)，簡(jiǎn)稱二襯，就是用襯砌臺(tái)車澆筑混凝土。初次支護(hù)與后期支護(hù)的目的都是為開挖工作做好良好的施工基礎(chǔ)。支護(hù)的最終狀態(tài)，是封閉環(huán)的形成，使封閉環(huán)與圍巖共同作用形成聯(lián)合支護(hù)體系。支護(hù)簡(jiǎn)圖如圖1所示。

圖1 淺隧道支護(hù)簡(jiǎn)圖

3.4 遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)在地鐵隧道施工的應(yīng)用

在實(shí)際地鐵隧道施工淺隧道方法中，由于地鐵隧道不是在一個(gè)單一的方向，但隧道網(wǎng)絡(luò)中的環(huán)或多個(gè)方向上的結(jié)構(gòu)，和之后的操作過程并存，遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)應(yīng)被用來有效地測(cè)量強(qiáng)度和隧道的結(jié)算。如果發(fā)現(xiàn)異常，必須立即采取措施糾正。

3.5 淺埋暗挖大管棚施工技術(shù)

在工程中，大管棚施工技術(shù)在淺埋暗挖中被普遍使用，本次項(xiàng)目在施工過程中，首先進(jìn)行了三通一平的工作，對(duì)人員的操作順序以及工藝步驟進(jìn)行控制和管理，對(duì)放線工作完成后進(jìn)行精確地測(cè)量，以保證整個(gè)工程的順利展開，然后對(duì)軌道在鋪設(shè)過程中的重點(diǎn)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)和要求，接著進(jìn)行大管棚施工。使用管棚支持技術(shù)在地鐵隧道施工時(shí)，應(yīng)該合理的選擇管裙的數(shù)量和間隔，以便有效地改善管棚的支撐強(qiáng)度，提高地鐵隧道施工的安全。淺埋暗挖施工工程特點(diǎn)見下表。

淺埋暗挖工程特點(diǎn)

暗挖技術(shù)在施工的過程中，對(duì)鋼材性能和尺寸的要求比較高，本項(xiàng)目使用φ108的熱軋無縫鋼管，鋼在進(jìn)行鋼管對(duì)接的過程中，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，對(duì)同一斷面內(nèi)的接頭數(shù)量進(jìn)行了控制，在50%以內(nèi)。其次，在內(nèi)套管尺寸的設(shè)計(jì)方面，選擇外徑＞95mm，壁厚＞5mm的有切割注漿孔的鋼管。在進(jìn)行鋼管連接的過程中，將注漿呈梅花形排列，對(duì)止?jié){段的控制，盡量保持在距離尾端500mm范圍以內(nèi)。

3.6 地鐵暗挖法大管棚施工方案選定

暗挖從淺層進(jìn)行理解，就是對(duì)于一些特殊的挖掘環(huán)境不能提前解決，比如在挖掘中，經(jīng)常會(huì)遇到特殊的巖層，如硬度高、無斷面的巖層，需要進(jìn)行特殊的處理。本項(xiàng)目在進(jìn)行時(shí)，使用潛孔錘鉆進(jìn)法進(jìn)行施工，此方法在使用的過程中對(duì)粗砂、以及花崗巖的處理都有較好效果。在施工過程中，對(duì)于黏土層和帶有卵石的黏土層這一類比較特殊的土層，采用水切鉆進(jìn)法進(jìn)行施工。此種方法的特點(diǎn)是可以和注漿過程一次性完成，注漿水灰比以1∶1為準(zhǔn)。注漿過程中的壓力保持在0.5MPa～1.0MPa之間。按照此設(shè)計(jì)比例進(jìn)行，才能夠保證工程質(zhì)量，使管棚強(qiáng)度和土層進(jìn)行無縫連接。淺層暗挖結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 淺層暗挖結(jié)構(gòu)

4 地層沉降控制標(biāo)準(zhǔn)的制定

地層沉降計(jì)算根據(jù)國(guó)家的實(shí)際要求計(jì)算，計(jì)算內(nèi)容為：從地面建筑、地中管線等作為指定基準(zhǔn)，對(duì)管線安全沉降量的最大值以Smax計(jì)算，計(jì)算公式見式（1）；底層穩(wěn)定需求沉降量用S計(jì)算，計(jì)算公式見式（3）。

式（1）中：E-彈性模量；σ-鋼管縱向應(yīng)力；i-沉降槽寬度系數(shù)，計(jì)算公式見式（2）：

式（2）中：H+R-總深度；φ-土層內(nèi)摩擦角。

式（3）中：Ktg-允許最大傾斜值；β-邊坡對(duì)水平面坡角，。

經(jīng)過上述計(jì)算，將結(jié)果與絕對(duì)值標(biāo)準(zhǔn)30mm進(jìn)行對(duì)比。

5 結(jié)語

綜上所述，文章對(duì)城市地鐵施工技術(shù)中淺埋暗挖法的應(yīng)用展開探討，對(duì)淺埋暗挖法的含義及重要性、淺埋深挖法及其實(shí)踐進(jìn)行了闡述，再對(duì)淺埋深挖在地鐵隧道中的真空降水技術(shù)、輻射井降水技術(shù)、淺隧道支護(hù)法的技術(shù)、遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)、大管棚施工技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)介紹，最后對(duì)地層沉降進(jìn)行計(jì)算。以便在施工過程中合理的選擇施工方案。