淺埋暗挖技術在地鐵隧道施工中的應用

陶冰杰

摘 要：本文介紹了淺埋暗挖法原理，通過實際工程，對地鐵的暗挖施工技術進行分析，并提出建設性意見。

關鍵詞：地鐵暗挖；新奧法；圍巖

1 前言

地鐵建設隨同地質情況卻各不相同。國內淺埋暗挖工法特殊地層單洞雙線隧道中已得到成功運用，通過分析超前加固、開挖時空順序、臺階長度等工藝在保證施工安全、質量和控制地層沉降中發揮的作用，確定同類地層中的工藝參數，完善淺埋暗挖的理論體系，更好地應用工程實踐。本文結合實際工程實施的具體情況，對其施工方案，關鍵技術的解決進行闡述和探討。

2 淺埋暗挖法原理

2.1 新奧法理論

新奧法(NATM)的內涵是保護圍巖，調動和發揮圍巖的自承能力。從這一原則出發。對于圍巖變形的控制．根據不同情況．有時需要強調釋放。有時應強調限制(但是在城市地下工程施工中一般都限制地表沉降)．其目的都是為了充分調動圍巖的自承能力。

從新奧法的基本原理中可以看出．圍巖加固設計理念上的重大進步．不再把圍巖簡單地看作作用在支護結構上的荷載．而是認識到圍巖是隧道結構的主要承載部分。在隧道施工過程中應該盡量保持圍巖的原有強度．防止圍巖的松動和大范圍的變形．并通過支護達到控制圍巖變形的目的。最終通過圍巖和襯砌結構共同承載。形成穩定的支護結構。

2.2 淺埋暗挖法原理及其設計理論

淺埋隧道最大的特點是埋深淺。施工過程中由于地層損失而引起地面移動明顯，對周邊環境的影響較大，因此對開挖、支護、襯砌、排水、注漿等方法提出更高要求，使施工難度增加。淺埋暗挖法不僅僅是新奧法的簡單應用，而是在其基礎上結合我國的實際工程特點、地質條件、水文條件的進一步發展和創新。淺埋暗挖法的技術核心是依據新奧法的基本原理，在施工中采用多種輔助措施加固圍巖，充分調動圍巖的自承能力，開挖后及時支護、封閉成環，使其與圍巖共同作用形成聯合支護體系，是一種抑制圍巖過大變形的綜合施工技術。

淺埋暗挖設計理論是建立在巖石的三向剛性壓縮試驗特性和巖石的二向壓縮應力應變特性，以及莫爾理論基礎上的．并考慮到隧道掘進時的空間效應和時問效應所提出的新理論。這一理論集中在支護結構種類、構筑時機、圍巖壓力、圍巖變位這四者的關系上，貫穿在不斷變更的設計施工過程中：這一理論提出了與傳統方法完全不同的新概念和新觀點，它指導著噴錨支護的設計與施工，指導著構筑隧道的全過程。

在開挖支護過程中．淺埋暗挖法采用先柔后剛復合式襯砌，初襯承擔全部基本荷載．二次襯砌作為安全儲備．初襯和二襯共同承擔特殊荷載。這也就使得初期支護強度必須足夠大。

2.3 淺埋暗挖法與新奧法差別

淺埋暗挖法雖然是在新奧法的基礎上發展起來的，但是其一些理論又不同于新奧法。其特點是運用量測信息，反饋設計和施工，同時采取超前支護、改良地層、注漿加同等配套技術，來完成隧道及地下工程的設計與施工。由于淺埋暗挖法地下隧道在城區施工較多．所以對地表的沉降控制要求比較嚴格。與一般的深埋隧道新奧法施工控制不同之處是淺埋暗挖法支護襯砌的結構剛度比較大，初期支護允許變形量比較小。這就使得對保護周圍地層的自承作用和減少對地層的擾動是必須的。

3 淺埋暗挖新技術的應用

3.1 真空降水技術

真空降水是將管井抽水(一般用潛水泵)與真空泵相結合，或將輻射井中的水平滲水井與真空泵相連接抽水。利用真空泵在管井或水平井內產生的真空，加速地層中的水向管內涌人，從而提高降水效果。真空降水一般用于黏土、粉土層以及粉細砂等滲透系數較小、但降水深度較大的地層。

某地鐵十號線淺埋暗挖段含水層以粉土⑥2層、細中砂⑥3層為主，因滲透系數較小，采用常規管井降水，未能疏干弱透水層中的飽和水和含水層界面殘留水，造成暗挖帶水作業現象，給施工帶來很大安全隱患。因此，采用了真空深井降水。

從現場隧道掌子面施工情況來看，采用真空降水后，潛水含水層地下水完全疏干，粉土層水基本疏干，尤其是粉土層中的飽和水，明顯要少于采用常規管井降水的相鄰段的勁松站。通過沉降觀測證明，真空深井降水引起的地面沉降與普通管井降水引起的地面沉降相當。

3.2 輻射井降水

輻射井是在一眼大口徑井內，把輻射管(滲水管)由內向外徑向敷設于含水層內，地下水經過這些輻射狀的水平滲水管匯集在大口井內，再由泵排出。由于水平滲水井是在大口井內施工并且在空間上調整范圍很大，因此輻射井一般用于地面無降水井施工條件的地段。

北京地鐵五號線蒲黃榆站至天壇東門站區間隧道，采用淺埋暗挖法施工，由于地鐵區間在玉蜒立交橋橋區需要穿越南二環路、玉蜒橋、京山鐵路及南護城河，環境復雜，用常規的降水方法，因沒有布井場地，難以保證在無水條件下進行暗挖施工。為確保施工安全，同時把對城市環境、交通等影響降低到最低限度，經分析比選，在北京地鐵施工中采用了輻射井降水技術。從現場隧道掌子面施工情況來看，掌子面保持無水狀態，取得了較好的降水效果。經對抽水井取水樣含砂量測試，測試結果符合《建筑與市政降水工程技術規范》要求。輻射井降水的成功實施，解決了城市復雜環境條件下施工管井降水的難題，為暗挖隧道開辟了新的降水途徑。

3.3 超長管棚支護技術

某地鐵在國內首次采用大跨度單拱單柱雙層島式結構，淺埋暗挖法施工，最小埋深儀5．5 m，超前支護采用單根長146．6m、 114×5mm的超長管棚，縱向貫通整個車站，共用103根管棚，這種超長管棚的支護形式在國內隧道施工中尚屬首次應用，采用非開挖施工工藝一次性施作，避免了采用常規管棚需在洞內多次施工的不利因素。

從施工的88根管棚來看，精度相對較好，最大管棚中心平均偏差為19．5mm，并較好地起到了減小沉降、控制坍塌的作用。與常規管棚相比，減少地表沉降約10mm。

3.4 遠程監測技術

由于地鐵線下穿既有環線區間、地鐵五號線下穿既有地鐵環線雍和宮車站以及地鐵四號線宣武門站主體和換乘通道下穿既有環線宣武門站等新線穿越既有線施工過程中，為了既有環線結構的安全及地鐵正常運營，采用了遠程監控系統對其結構及軌道變形等進行全天候的實時監控量測。

監測情況表明，該監測系統在地鐵運營環境下能正常工作，其在測試精度、性能穩定及自動化程度方面，能準確反映新線施工過程中對上方既有環線地鐵造成的影響，及時反饋信息，指導建設單位的施工和運營部門采取相應的安全措施。

結束語

淺埋暗挖法以其特有的優勢在城市地下空間建設尤其是在地鐵建設中占有重要的地位 該法在保證地面交通不中斷、管線正常使用的前提下。同時也避免了以往工法對環境污染大的現象發生。在城市地下工程中得到了極為廣闊的應用：同時，也已不僅僅局限于地鐵工程的修建，在城市地下過街道、地下停車場、市政管線等工程中。都得到了不同程度的應用。

盡管淺埋暗挖法在修建地鐵中發揮了不可替代的作用，也取得了顯著的成績，但也存在缺點，如施工速度慢，噴射混凝土粉塵較多。勞動強度大，機械化程度不高。施工工藝受施工隊伍的技術水平限制以及高水位地層結構防水比較困難等。因此要使淺埋暗挖技術不斷深入發展和得到廣泛應用，還有許多課題尚需深入研究，例如地鐵淺埋暗挖法區間隧道和車站的標準化設計、盾構法與淺埋暗挖法結合建造地鐵車站技術、超前預支護技術、結構新型防水技術、施工對周邊環境影響的沉降控制技術及施工安全風險管理體系等。

參考文獻

[1]王夢恕．地下工程淺埋暗挖技術通論[M]．合肥：安徽教育出版社．2004．

[2]劉釗，佘才高，周振強．地鐵工程設計與施工[M]．北京：人民交通出版社．2004.