地鐵工程施工方法與選擇條件

范建軍 楊德亮 李 召 王 威 李珂巖 郭留柱

河南金拇指防水科技有限公司（450007）

0 前言

城市軌道交通作為重要的城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程，憑借著其速度快、節(jié)能環(huán)保、安全可靠、舒適度佳等優(yōu)勢(shì)，在城市公共交通中占據(jù)了不可動(dòng)搖的領(lǐng)先地位。城市軌道交通主要分為地鐵工程和輕軌交通工程，地鐵工程比輕軌運(yùn)行速度更快、客運(yùn)量更大、施工難度更大等，因此文章重點(diǎn)介紹了地鐵工程的相關(guān)施工方法與選擇條件。

1 地鐵工程施工的顯著特點(diǎn)

線路上方大多市政管線密布，尤其是地下通信光纜、高壓電纜、天然氣管道、給排水管對(duì)施工影響較大，施工前必須做好管線調(diào)查，避免施工期間破壞管線，在采用明挖或蓋挖施工時(shí)前期管線調(diào)查尤為重要。

城市地鐵線路多設(shè)在市政干道以下，有時(shí)需要穿越地下、地上建（構(gòu)）筑物，諸如河流、立交橋等，因此施工期間對(duì)地表建（構(gòu)）筑物、市政管網(wǎng)的沉降控制是關(guān)鍵。

地鐵工程涉及專業(yè)多，土建工程施工階段要與設(shè)備安裝等專業(yè)密切配合，準(zhǔn)確預(yù)埋鐵件及預(yù)留孔洞是關(guān)鍵。地鐵分項(xiàng)工程多，同一區(qū)域點(diǎn)多面廣、多項(xiàng)作業(yè)平行交叉進(jìn)行，施工環(huán)節(jié)組織及協(xié)調(diào)復(fù)雜。

2 地鐵工程施工方法與選擇條件

經(jīng)過(guò)50余年的發(fā)展，隨著施工技術(shù)不斷提高，我國(guó)地鐵修建方法已由最初單一的明挖法發(fā)展到現(xiàn)在的明挖、蓋挖、噴錨暗挖法等多種方法并存的體系，如圖1所示。

圖1 地鐵工程施工方法的分類介紹

針對(duì)不同環(huán)境，選擇合適恰當(dāng)?shù)氖┕し椒?，提升施工質(zhì)量，節(jié)約成本和減少工期，以達(dá)到事半功倍的實(shí)際效果。

2.1 明挖法施工

明挖法也稱基坑法是淺埋地下工程以往常采用的傳統(tǒng)工法。該施工方法是首先從地面向下開(kāi)挖出基坑，在基坑內(nèi)部進(jìn)行結(jié)構(gòu)施工，然后再回填恢復(fù)地面。

1）明挖法類型可分為敞口放坡法和圍護(hù)結(jié)構(gòu)法兩種:①放坡明挖法適用于埋深較淺、地下水位較低的城郊地段，邊坡進(jìn)行坡面防護(hù)、錨噴支護(hù)或土釘墻支護(hù)；②圍護(hù)明挖法主要適用于場(chǎng)地狹窄及地下水豐富的軟弱圍巖地區(qū)。圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式主要有地下連續(xù)墻、人工挖孔樁、鉆孔灌注樁、鉆孔咬合樁、SMW工法樁、工字鋼樁和鋼板樁等。

2）明挖法具有以下優(yōu)缺點(diǎn):①優(yōu)點(diǎn):多快好省。作業(yè)面多，速度快，工期短，易保證工程質(zhì)量，工程造價(jià)低；②缺點(diǎn):破壞地面，中斷交通，拆遷工作量大，擾民，對(duì)周?chē)h(huán)境影響較大。

3）常見(jiàn)的基坑內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)形式有：現(xiàn)澆混凝土支撐、鋼管支撐以及H形鋼支撐等。根據(jù)支撐方向的不同，可將支撐分為對(duì)撐、角撐和斜撐等，在特殊情況下，也有設(shè)置成環(huán)形梁的[1]。

4）明挖法施工工序如下:圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工→降水（或基坑底士體加固）→第一層開(kāi)挖→設(shè)置第一層支撐（錨索）→第n層開(kāi)挖→設(shè)置第n層支撐（錨索）→最底層開(kāi)挖→底板混凝土澆筑→自下而上逐步拆支撐（局部支撐可能保留在結(jié)構(gòu)完成后拆除，錨索一般不拆除）→隨支撐拆除逐步完成結(jié)構(gòu)側(cè)墻和中板→頂板混凝土澆筑。

2.2 蓋挖法施工

蓋挖法是一種先短期占路，做支護(hù)結(jié)構(gòu)和頂蓋或臨時(shí)頂蓋，然后恢復(fù)交通，在支護(hù)結(jié)構(gòu)或頂蓋的保護(hù)下進(jìn)行地下土方開(kāi)挖和施做結(jié)構(gòu)的方法。

1）蓋挖法具有以下優(yōu)缺點(diǎn):①優(yōu)點(diǎn):圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形小，能有效控制周?chē)馏w的變形和地表沉降，有利于保護(hù)鄰近建構(gòu)筑物；施工受外界氣候影響小，基坑底部土體穩(wěn)定，隆起小，施工安全；蓋挖逆作法用于城市街區(qū)施工時(shí)，可盡快恢復(fù)路面，對(duì)道路交通影響較小。②缺點(diǎn):蓋挖法施工時(shí)，混凝土結(jié)構(gòu)的水平施工縫的處理較為困難；豎向出口少，需水平運(yùn)輸，后期開(kāi)挖土方不方便；作業(yè)空間小，施工速度較明挖法慢，工期長(zhǎng)，費(fèi)用高。

2）蓋挖法施工的基本流程為:棚蓋結(jié)構(gòu)（預(yù)制、現(xiàn)澆）→在棚蓋結(jié)構(gòu)下進(jìn)行土方開(kāi)挖→施做主體結(jié)構(gòu)、防水結(jié)構(gòu)→回填土并恢復(fù)管線或預(yù)埋新的管線→恢復(fù)道路結(jié)構(gòu)[2]。

蓋挖法施工的地鐵車(chē)站多采用矩形框架結(jié)構(gòu)。軟土地區(qū)地鐵車(chē)站一般采用地下墻或鉆孔灌注樁作為施工階段的圍護(hù)結(jié)構(gòu)。蓋挖法可分為蓋挖順作法、蓋挖逆作法和蓋挖半逆作法。目前，城市中施工采用最多的是蓋挖逆作法。

2.2.1 蓋挖順作法

對(duì)于飽和的軟弱地層應(yīng)以剛度大、止水性能好的地下連續(xù)墻為首選方案。

蓋挖順作法中的擋土結(jié)構(gòu)常用來(lái)作為主體結(jié)構(gòu)邊墻體的一部分或全部。在地鐵車(chē)站施工中，蓋挖順作工法一般是利用臨時(shí)性設(shè)施（較常用的是鋼結(jié)構(gòu)）作輔助措施維持道路通行，在夜間將道路封鎖，掀開(kāi)蓋板進(jìn)行基坑土方開(kāi)挖或結(jié)構(gòu)施工。但無(wú)法使用大型機(jī)械，需采用特殊的小型、高效的機(jī)具[3]。

2.2.2 蓋挖逆作法

施工過(guò)程中不需設(shè)置臨時(shí)支撐，而是借助結(jié)構(gòu)頂板、中板自身的水平剛度和抗壓強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)對(duì)基坑圍護(hù)樁（墻）的支護(hù)作用。

2.2.3 蓋挖半逆作法

類似蓋挖逆作法，其區(qū)別僅在于頂板完成及恢復(fù)路面過(guò)程須設(shè)置橫撐并施加預(yù)應(yīng)力。

2.3 錨噴暗挖法

錨噴暗挖法大致經(jīng)歷三大歷程：礦山法、新奧法、淺埋暗挖法[4]。

2.3.1 礦山法

礦山法是一種傳統(tǒng)的施工工法，是人們?cè)陂L(zhǎng)期的施工實(shí)踐中發(fā)展起來(lái)的。其是以木或鋼構(gòu)件作為臨時(shí)支撐，待隧道開(kāi)挖成型后．逐步將臨時(shí)支撐撤換下來(lái)，代之以整體式厚襯砌作為永久性支護(hù)的施工方法。礦山法已經(jīng)逐步淘汰。

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2.3.2 新奧法

新奧法即新奧地利隧道施工方法，是以隧道工程經(jīng)驗(yàn)和巖體力學(xué)的理論為基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)隧道圍巖變形的量測(cè)、監(jiān)控，將錨桿和噴射混凝土組合在一起，作為主要支護(hù)手段的一種施工方法。噴射混凝土、錨桿、量測(cè)是新奧法的三大要素。

2.3.3 淺埋暗挖法

淺埋暗挖法是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一種方法，適用于軟弱地層的地下工程設(shè)計(jì)和施工。淺埋暗挖法結(jié)合了我國(guó)特點(diǎn)及水文地質(zhì)系統(tǒng)，發(fā)展演變?yōu)樾?dǎo)管超前支護(hù)技術(shù)、8字型網(wǎng)構(gòu)鋼拱架設(shè)計(jì)、制造技術(shù)、正臺(tái)階環(huán)形開(kāi)挖留核心土施工技術(shù)和變位進(jìn)行反分析計(jì)算的方法，其中的“管超前、嚴(yán)注漿、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測(cè)”方針，突出時(shí)空效應(yīng)對(duì)防塌的重要作用，以及在軟弱地層快速施工的理念。

淺埋暗挖法具有以下優(yōu)缺點(diǎn):①優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)形式靈活多變；對(duì)地面建筑、道路和地下管線影響不大，拆遷占地少，擾民少，污染城市環(huán)境少；②缺點(diǎn):施工速度慢，造價(jià)高；有限空間作業(yè)內(nèi)施工風(fēng)險(xiǎn)大、環(huán)境差；機(jī)械化程度不高，高水位地層結(jié)構(gòu)防水比較困難。

以下為淺埋暗挖法的常見(jiàn)工法:采用淺埋暗挖法施工時(shí),依據(jù)工程地質(zhì)、水文情況、工程規(guī)模、覆土埋深、使用功能及工期等因素，常用施工方法有全斷面法、臺(tái)階法、中隔墻法、交叉中隔墻法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法、中洞法、側(cè)洞法、洞樁法等。

表1 對(duì)各種施工方法的重要指標(biāo)進(jìn)行比較，施工時(shí)可根據(jù)實(shí)地情況進(jìn)行選擇。

3 結(jié)語(yǔ)

具體的地鐵工程施工方法的條件選擇，需要結(jié)合工程實(shí)況以及施工單位的需求，應(yīng)確保施工方法的合適性以及工程質(zhì)量的的可靠性。

在未來(lái)的城市建設(shè)中，地鐵工程在我國(guó)有著非常廣闊的市場(chǎng)。因此，地鐵施工技術(shù)的研究，完善的施工技術(shù)體系的構(gòu)建，地鐵施工工程質(zhì)量的提升，為國(guó)內(nèi)地鐵工程建設(shè)工作提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)保障。