淺議市政工程地下通道施工技術

何志林

（中鐵二局三公司，四川 成都 610000）

1 概述

隨著城市現代化的水平不斷提高，城鎮居民生活水平的改善，城市交通擁塞不暢的現狀，已成為制約城市經濟持續發展的重要因素。利用地下空間，修建地下通道己成為緩解城市交通擁塞的一種有效途徑。故市政工程地下通道施工技術近十年來發展異常迅速。根據目前施工方法，大致可分為：明挖法、管棚法、頂進法、盾構法等幾種施工技術。

2 明挖法施工技術

在地下通道埋深較淺且周圍環境較空闊簡單的條件下，或地下通道埋置范圍內地下障礙物較多的場區，地下木樁、塊石雜亂分布，其性質和分布范圍又難以查明，若采用管棚法、盾構法等方法施工，難度甚大，多選用明挖法施工方法。明挖法的優點是施工機械設備簡單，對一些地下障礙物容易處理，其工程進度和投資也容易控制，一般說來，明挖法的成本較低，地下通道質量也易保證，在條件許可的情況下，常為地下通道施工的首選方法。成都市紅星路下穿通道采用的就是明挖法施工。

2.1 基坑降水

在砂性地層，工程降水是一項極其重要的施工環節，降水成功與否，是影響工程成敗的主要環節。必須編制詳細的工程降水設計。降水設計中應含有下列內容：

現場做簡易抽水試驗，以確認場區砂性土的滲透系數K 值（因為地質報告中提供的滲透系數，是在實驗室中取得，與現場條件相差甚殊，多次實踐，發覺誤差甚大）；計算降水深度；根據現場實測的滲透系數，求得影響半徑R；計算涌水量；選定降水方法，確定降水方式；計算單井出水量；布置降水井數；提出降水工藝具體操作要求，包括抽水井結構及操作要領、注意事項，還應明確水位觀測孔的布置，并確定觀測的頻率，方法，人員，記錄格式；提出降水要求，指導基坑開挖進度；分析計算由于降水對周圍土體的變形，沉降等的影響程度，及制定預防對策。

從紅星路地下通道的施工情況分析，根據土層的滲透系數、降水深度、設備條件和經濟比較，成都地區宜采用管井井點降水法，在基坑兩側或者四周按一定距離設置管井，每個井點單獨采用1臺抽水機進行抽水，并連成管井網進行降水作業。

2.2 基坑支護

采用明挖法修建的地下工程，必須對基槽（坑）進行詳細嚴謹的驗算，若不能滿足安全要求，應采取相應有效措施，確保工程安全實施。

主要驗算以下幾個問題：邊坡穩定性驗算;地基土強度驗算;基坑周圍土體變形驗算。成都地區淺基坑深度一般為7～8m、深基坑深度一般為15～18m。根據調查總結，成都地鐵一期工程全部車站和部分區間地下通道間采用明挖法施工，車站基坑深度一般為15～17m（個別基坑深度達到26m），且基坑大多臨近建筑物和地下管線，環境要求高，施工難度大，成都市采用了人工挖孔樁、土釘墻、放坡開挖等基坑支護形式，并取得了成功經驗。

2.3 基坑開挖

成都市紅星路下穿道明挖基坑開挖在基坑降水20d 后進行，基坑開挖前先挖人工探槽。探明地下管線，并作好標記；開挖時人工機械采用“中部挖槽、縱向分段、豎向分層”的方法開挖，開挖過程中及時進行邊坡擋護；每段開挖完成后，盡快進行該段結構的施工、減少基坑暴露時間，確保基坑穩定。

3 管棚法施工技術

當地下通道頂部上方有重要建（構）筑物或必須保護的古樹、文物等，采用其他施工方法條件又不具備，則可采用管棚方法施工。管棚的構造如圖1。

管棚法施工，即是在進洞前，先挖出一段溝槽，作為工作面，然后用鋼管密排打入地下通道仰拱的上方，用注漿方法加固隧道頂部土體，然后再用高壓噴射混凝土進行襯砌，當地下通道頂部用管棚支撐穩固后，再逐段分層挖除棚下土體，一段一段的按序前進，先撐后挖繼襯，先頂后墻再底，形成流水作業，蠶食漸進。由于管棚法施工安全性小、難度大、要求高、進度慢等，故一般不予采用，當其他施工方法難以施展時，才采用之。

3.1 工程降水

若在軟粘土地基中，多采用明溝+集水井排水方法，集水井一般每隔巧米設置一口，方形或矩形，長×寬×深=50×50×50厘米，排水井明溝用磚砌，內用砂漿摸面，以防漏水，明溝底要有4%底坡度，通向集水井。

若在粉土或砂性土地層中，必須作好降水工作，降水成功與否，是影響到工程是否順利進行的關鍵，應根據土質情況，特別對滲透系數的準確確定極為重要，要求在施工現場作一簡易抽水試驗，以驗證地質勘察報告的正確性，編制降水設計方案、計算降水深度、影響半徑、降水水量、采用降水方法等。同時還應考慮到降水對周圍建筑物及市政地下管線底沉降影響，制定保護措施。

3.2 基槽開挖

基槽應分段分層開挖，要考慮到挖土運輸車輛的進出方便，其路線及縱坡要求。

切忌將挖出的土方堆在溝槽邊側，增加溝槽支護結構的側向壓力，危及邊坡支護結構的安全。

基槽開挖達到設計標高后，于底部設10厘米厚的C10 混凝土墊層，一方面方便后面施工操作，保護基底不受損傷，同時也便于文明施工。保護場區的整潔。

3.3 管棚注漿超前加固

管棚注漿超前加固可以利用長管棚的超前支護作用，控制圍巖變形，防止隧道圍巖上方坍塌和地下管線受損。同時，通過管棚進行地層注漿，使拱部砂卵石層得以膠結，在開挖之前形成注漿加固圈，提高砂卵石層的自穩能力。

管棚沿拱部設置，采用φ108mm 鋼管，環向間距為40mm，工作長度為20～25m。

圖2 管棚注漿超前加固示意圖

成都市順城街地下人行通道工程就是采用管棚法施工成功的例子。其技術思路為：采用大面積井點降水和大管棚注漿進行超前加固，礦山法開挖，格柵架支撐和模噴混凝土支護。同時，加強施工過程中的監控量測，確保交通和建筑物的安全以及各種地下管線不受損壞。

4 頂進法施工技術

在鐵路與公路交叉口，以往多用平立交形式，即當火車進入交叉口前，扳道員即放下欄桿，汽車與行人待火車過后，方可通行，這種方法對于日漸繁忙的公路交通，無疑成了攔路虎。故現多采用立交方式，或是公跨鐵的公路立交橋，或是鐵跨公的箱式隧道，互不干擾，交通暢行。

用頂進法建造下立交車行道與建造上立交相比，其工程投資小，而且在施工中不影響火車的運行，具有極好的環境效應，故用頂進法下穿鐵路隧道，已被廣泛應用。同理，在已建高速公路下修建立交車行道也可采用頂進法。其他一些特殊環境條件苛求狀況下，如兩側建筑物眾多，開槽明挖需拆遷量很大時，或基槽很深，開槽開挖需要大量支護工程費用，造價較高時，均可采用之。如：廣西南寧市環城快速通道，下穿雙線鐵路便采用其頂進法施工。

其中，頂進力的計算應根據頂進長度、土質、隧道外形及施工方法等因素確定，可按下式公式計算：

P=k[N1ξ1+(N1+N2)ξ2+2Eξ3+RA]

式中：P-最大水平頂力(KN)

N1-箱體頂上荷重(KN)

ξ1-箱體頂部表面與頂上荷重的摩擦因數（視頂進潤滑處理情況經試驗確定）

N2-箱體自重(KN)

ξ2-底板面摩擦因數（由基底土質試驗確定）

E-隧道側的土壓力之和(KN)

ξ3-側面摩擦因數，若土質均一與ξ2 取值相同

R-鋼刃腳的正面阻力(KPa)

A-鋼刃腳的正面面積(m2)

k-安全系數，一般取1.2。

5 盾構法施工技術

盾構法是用暗挖地下通道的專用機械在地面以下建造通道的一種方法。盾構是與地下通道形狀一致的盾構外殼內，裝備著推進機構設備、擋土機構設備、出土運輸機構設備、安裝襯砌機構設備等部件的隧道開挖專用機械。

近年來，由于盾構法施工技術上的不斷改進，機械化施工程度愈來愈高，對地層的適應性也越來越好。目前，在國內許多城市中地鐵均大量采用盾構法進行區間地下通道施工，北京地鐵5號線是首次采用盾構法修建的地下通道，針對北京特有的地層條件，主要采用了盾構法隧道襯砌設計和施工的技術。

盾構法的施工流程如圖3所示。

在盾構法地下通道的起始端和終端各建一個工作井；盾構在起始端工作井內安裝就位；依靠盾構千斤頂推力（作用在已拼裝好的襯砌環和工作井后壁上）將盾構從起始工作井的墻壁開孔處推出；盾構在地層中沿著設計軸線推進，在推進的同時不斷出土和安裝襯砌管片；及時地向襯砌背后的空隙注漿，防止地層移動和固定襯砌環位置；盾構進入終端工作井并被拆除，如施工需要，也可穿越工作井再向前推進。

6 結語

本文結合成都、北京、南寧地區的幾個工程實例，將目前在國內采用過的地下通道施工方法較為系統、全面的予以整理、介紹，認為：

明挖法具有施工機械簡便、通用，工程造價較低，遇到障礙物容易處理等優點，當地下通道埋深較淺，周圍環境要求不太苛求的情況下，當屬首選的方法。

管棚法只是在其它方法難以施展時，局部地段才采用之。該方法風險大，投資大。在施工過程中，風險甚大，不得已而用之。

頂進法目前僅使用于下穿鐵路的箱式通道施工中，該方法具有不影響鐵路運輸、施工方便等優點，但是若距離過長，頂力及后座反力難以解決，故適用條件受到一定限制。

盾構法廣泛使用于地下通道施工中，其適應性強、可以建造長距離地下通道。目前許多城市地下通道及地鐵建造時，幾乎皆采用此法。但該方法設備投資昂貴，還須專業制造管片的工廠相輔，技術難度大，要求高。

市政工程地下通道施工除應參考以上技術的應用外，還應考慮對環境的影響，如不能影響上邊的交通，不能影響正常的車流組織與商務環境等。這就需要我們的土建工作者要有更深入的專業拓展能力、更全面的協調統籌能力、更客觀的綜合分析能力和持之以恒的工作態度。通過不懈努力，我們會在不斷學習、思考和實踐中更好地施工。

[1]鐵道第二勘察設計院.成都市地鐵一期工程可行性研究報告[R].成都：鐵道第二勘察設計院,2000.

[2]姜玉松.地下工程施工技術[M].武漢理工大學出版社,2008年第一版.

[3]黃俊.北京地鐵5號線區間渡線區隧道施工技術研究[J].鐵道標準設計,2005年07期.

[4]王占生,王夢恕.盾構施工對周圍建筑物的安全影響及處理措施[J].中國安全科學學報,2002年02期.