談淺埋暗挖隧道施工技術

劉永浩

(上海建科工程咨詢有限公司，上海 200031)

0 引言

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，尤其是隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，私家車已經(jīng)得到很大的普及，特別是在一些大中城市中尤為普及。私家車的普及方便了百姓出行的同時，也對城市的交通造成了嚴重的考驗，盡管各級政府也采取了各種措施來緩解城市道路的擁堵，但有一個不爭的事實就是無論城市道路增長速度有多快，始終無法趕上車輛的增長速度，特別是一些大城市的交通壓力更是日益嚴重。因此加快發(fā)展公共交通便很自然的提上各級政府的日程。城市公共交通中，軌道交通以運載量大、快速、準點等優(yōu)點，受到了各級政府的青睞，因此近些年來軌道交通在我國的一些大城市中發(fā)展迅速。目前在城市地鐵施工中常用的施工方法有明挖法、暗挖法、蓋挖法及盾構(gòu)法，各種施工方法各有優(yōu)缺點，通常是在施工前，根據(jù)施工現(xiàn)場的實際情況加以確定。在繁華地段的鬧市區(qū)(地鐵車站多數(shù)位于這種路段)明挖、蓋挖等方法受到地理條件的限制，因此必須采用暗挖法。在繁華的城市中利用暗挖法修建車站，不可避免的要穿越地上地下各種構(gòu)筑物，并且往往會遇到地質(zhì)分布不均、變化萬千，給工程帶來很多的不確定因素。如控制不當會對地面建(構(gòu))筑物造成安全影響，甚至造成較大的安全質(zhì)量事故，特別是一些埋深較淺的地鐵車站。經(jīng)過很多工程的成功實例，淺埋暗挖法施工已經(jīng)在重慶地區(qū)的地鐵施工中得到了比較普遍的應用。

本文以重慶市軌道交通6號線二期北段的終點車站五路口車站的暗挖施工為實例，結(jié)合淺埋暗挖車站施工特征，介紹淺埋暗挖車站的施工工藝。

1 工程概況

重慶市軌道交通六號線二期五路口站位于北碚老城區(qū)步行街，其范圍內(nèi)原始地貌屬于構(gòu)造剝蝕丘陵地貌，后經(jīng)改造，原始地貌已經(jīng)發(fā)生顯著變化，形成城市居民建筑區(qū)和城市道路，地形較平緩;施工通道位于勝利路側(cè)，沿勝利路和步行街接入車站底部，進行車站和區(qū)間下部開挖;同時，設置三個支通道，支通道一和三分別接入小里程端區(qū)間大跨斷面和單渡線，進行小里程端區(qū)間施工，滿足復合式TBM調(diào)頭工期需要;支通道二接入車站中板，進行車站和區(qū)間上部開挖。

1.1 工程地質(zhì)與水文地質(zhì)

五路口車站內(nèi)分布的地層為第四系全新統(tǒng)及侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組地層，巖層傾向285°，傾角一般為55°。出露的地層由上而下依次可分為第四系全新統(tǒng)(Q4)和侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組(J4s)沉積巖。各地層沿途特征如表1所示。

表1 各地層地質(zhì)情況

車站為原始地貌屬丘陵斜坡地貌，無統(tǒng)一地下水位。場地地下水主要為松散層孔隙水以及基巖裂隙水，地下水主要受大氣降水以及城市給排水管網(wǎng)滲漏水補給。孔隙水在填土厚度小的地段水量有限，填土厚度較大段水量相對較大，而且隨季節(jié)有所變化，在雨季松散層孔隙水量相對較大。裂隙水水量中等，主要受大氣降水補給，水量較穩(wěn)定。

1.2 工程特點、難點

1)環(huán)境差。

地上為車水馬龍、高樓林立的繁華鬧市。地下管線密集、縱橫交錯。

2)埋深淺。

車站埋深為14 m～16 m。

3)斷面大(特大斷面)。

車站開挖斷面20.59 m(寬)×18.09 m(高)，面積320 m2。

4)防水等級高。

車站主體及機電設備集中區(qū)段的防水等級為一級，不允許滲水，結(jié)構(gòu)表面無濕跡。

5)鉆爆開挖要求嚴。

車站及其附屬工程全部穿越城市道路與高層建筑之下，對鉆爆設計與開挖方法要求十分嚴格。

6)工期緊。

受外部環(huán)境干擾，有效作業(yè)時間短。

7)結(jié)構(gòu)復雜。

車站為曲墻+仰拱的五心圓馬蹄形斷面結(jié)構(gòu)的地下雙層島式車站。

2 施工順序

施工由施工通道進入TBM調(diào)頭段、單渡線、車站、折返線展開作業(yè)面，其中施工通道分為主通道、支通道一、支通道二、支通道三:支通道一在TBM調(diào)頭段中心里程位置接入其上部，而后相背掘進，完成TBM調(diào)頭段上部施工;支通道三由單渡線接入，而后相背掘進，完成單渡線施工和TBM調(diào)頭段下部、核心土施工及車站部分上導坑與下導坑、核心土施工;支通道二在車站中心里程位置接入其上部，而后相背掘進，完成車站上部施工;主通道接入車站下部，而后相背掘進完成車站下部、核心土及折返線施工; TBM調(diào)頭段、單渡線、車站、折返線二次襯砌在初期支護后緊跟施作。開挖示意圖見圖1。

圖1 開挖示意圖

3 主要工程項目施工方法及技術措施

3.1 施工通道與車站主體及大斷面TBM調(diào)頭段交叉段轉(zhuǎn)換通道施工

施工通道與車站主體及TBM調(diào)頭大斷面隧道正交，由于車站隧道斷面大，施工通道與車站主體的墻部與拱腳處相交，受力復雜，須精心組織，確保施工安全。

通道施工至車站邊墻與拱部相接處時，設3榀Ⅰ25b組合門架，以支撐車站隧道開口處的初支型鋼架。為確保安全，從車站襯砌內(nèi)輪廓往外5 m范圍的通道采用40 cm厚二次襯砌進行加強。通道進入車站交叉口處結(jié)構(gòu)形式見圖2。

圖2 施工通道與車站交叉口施工示意圖

施工通道進入車站采用轉(zhuǎn)換通道逐漸爬高至主洞拱頂外，將主洞拱部范圍開挖出來，采用φ42小導管超前支護，導管長度L= 4.5 m，搭接長度1.5 m，環(huán)向間距35 cm，然后往車站兩端分步開挖上部導坑、主洞底部、下部導坑、中部核心土，待開挖長度達到運輸車輛調(diào)頭，以施工通道中心線為對稱軸施工主洞開挖及初期支護，然后即可轉(zhuǎn)入車站正常施工。

交叉口5 m襯砌加強段通道采用C—C斷面(見圖3)，施工通道開挖至車站主體初支外輪廓后，采用人工方式擴挖門柱基礎、門柱及門架橫梁(尺寸見圖4)，擴挖完成后及時噴射5 cm厚C20混凝土封閉巖面，門柱坑壁巖面施作φ25藥卷錨桿，間距2.0 m，長度3.5 m帶0.3 m彎折。門架橫梁由3根型鋼拼裝而成，每根工字鋼分為2.4 m+2.7 m+2.4 m三段，接頭采用鋼板及M16高強螺栓連接，門架橫梁端部采用鋼板與M30預埋地腳螺栓與門柱連接。門架橫梁采用裝載機提升安裝，鋼梁安裝完成后，噴射10 cm的C25混凝土封閉。

交叉部位的受力狀態(tài)復雜，為危險性較大的施工部位，應嚴格按照設計進行施工。初支完成后需做二襯的加強段要及時施作，以降低風險。同時加強安全管理和加大監(jiān)測頻率。

圖3 C—C斷面圖

圖4 門柱基礎、門柱及門架橫梁圖

3.2 車站隧道與大斷面TBM調(diào)頭段雙側(cè)壁導坑法

五路口站區(qū)間大斷面TBM與主車站設計為雙側(cè)壁導坑法開挖，施工步序如下:

左導洞上臺階的開挖及支護→左導洞臨時支護及立柱鋼支撐施工→右導洞上臺階的開挖及支護→右導洞臨時支護及立柱鋼支撐施工→左導洞中臺階的開挖及支護→左導洞中臺階臨時支護→右導洞中臺階的開挖及支護→右導洞中臺階臨時支護→左導洞下臺階的開挖及支護→左導洞下臺階臨時支護→右導洞下臺階的開挖及支護→右導洞下臺階臨時支護→上臺階臨時支撐鋼立柱的拆除→核心土中、下部開挖→隧道中部仰拱施工→二襯鋼筋混凝土澆筑。

隧道雙側(cè)壁導坑開挖施工步序見圖5。

圖5 隧道雙側(cè)壁導坑開挖施工步序圖

1)開挖左右上導洞1部土體，施作初期支護(錨桿、鋼架、噴射混凝土、臨時仰拱)。

2)開挖左右導洞2部土體，施作初期支護(錨桿、鋼架、噴射混凝土、臨時仰拱)。

3)開挖左右下導洞3部土體，施作初期支護(錨桿、鋼架、噴射混凝土、臨時仰拱)。

4)開挖核心土4部土體，施作初期支護(錨桿、鋼架、噴射混凝土、臨時仰拱)。

5)開挖核心土5部土體，施作初期支護(錨桿、鋼架、噴射混凝土、臨時仰拱)。

6)開挖核心土6部土體，施作初期支護(錨桿、鋼架、噴射混凝土、臨時仰拱)。

大斷面的雙側(cè)壁開挖的核心內(nèi)容是將淺埋條件下的大跨度斷面的隧道分解成小斷面的隧道開挖，以減少開挖的風險。但此工法施工同時也降低了功效，增加了成本，延長了工期。故可根據(jù)圍巖的具體狀況，及時聯(lián)系設計、地勘等部門對開挖的工藝進行動態(tài)的管理和調(diào)整，適當?shù)恼{(diào)整各開挖斷面的大小。圍巖狀況比較好且埋深較深時，可適當擴大開挖部的斷面，這樣可以節(jié)省成本，提高功效。但當圍巖條件較差，埋深較淺時，切不可擅自擴大開挖斷面，盲目冒進造成安全隱患。圍巖條件較差時，應及時聯(lián)系監(jiān)測單位，增大監(jiān)測頻率，嚴密關注圍巖的變形情況。本工程在圍巖條件較好時，就曾擴大過開挖斷面，適當擴大1，3部分的開挖，將2部分省略掉，大大加快了施工的進度，提高了功效。前提是圍巖狀況較好，征得了設計、地勘、監(jiān)理、業(yè)主及監(jiān)測單位的同意的前提下進行的。

4 爆破開挖

主體大跨隧道采用雙側(cè)壁導坑法開挖，爆破施工。采用控制爆破開挖方法，爆破震速控制在1.5 cm/s之內(nèi)。

4.1 設計原則

1)采用微差減震控制爆破。

2)以地面建筑物基礎底部(或地面)于爆源中心距離R為安全半徑，借助于經(jīng)驗公式:

并以設計質(zhì)點震動波速度限值作為控制標準，進行反算各部分所允許的單段用藥量，并進行試爆試驗，取得合理的爆破參數(shù)。

其中，v為建筑物質(zhì)點垂直震動速度，mm/s;Qm為炸藥重量，kg，齊發(fā)爆破按總裝藥量計算，分段爆破按最大一段藥量計算;R為自爆源到被保護建(構(gòu))筑物的距離，m;K為與巖石性質(zhì)，地勢高低、爆破方法和爆破條件有關的系數(shù)，在巖石中為300～700，在土中為1 500～2 500;a為爆破地震波隨距離衰減的系數(shù)，一般為1.5～2.0，較遠距離取1.5，近距離取2.0，實際變化在0.88～2.80之間。

3)采用分部開挖，以創(chuàng)造多臨空面條件，每部分又分多段起爆，控制爆破規(guī)模和循環(huán)進尺，以達到控制質(zhì)點震動速度不超標為目的。

4)炮眼按淺密原則布置，控制單眼裝藥量，使有限的裝藥量均勻地分布在被爆破巖體中，采用非電毫秒不對稱起爆網(wǎng)絡降低隧道爆破的地震動強度。

5)上部掏槽眼位盡量布置在開挖部位的底部，以加大掏槽部位的爆源至地面建筑物基礎底部(或地面)的距離，減小掏槽眼爆破對周圍建筑物的震動影響。

6)拱部開挖斷面周邊眼間均布設密排減震空眼。

7)地面、洞內(nèi)均配合爆破震動監(jiān)測，及時調(diào)整爆破參數(shù)，滿足施工環(huán)境需要。

4.2 爆破器材的選擇

炸藥:在無水地段，采用二號巖石硝銨炸藥;在有水地段，采用乳化炸藥，周邊炮眼采用小藥卷，φ25 mm，其他炮眼采用標準藥卷φ32 mm(乳化)、φ35 mm(銷銨)。雷管:孔外采用電雷管起爆，連接件及孔內(nèi)均采用非電毫秒微差雷管(1段～15段)，15段以上雷管采用不同的段別串聯(lián)。導爆索:電雷管采用電引爆，周邊炮眼間隔裝藥采用傳爆線傳爆。

4.3 鉆爆參數(shù)的選擇

爆破參數(shù)的確定采用理論計算方法、工程類比法與現(xiàn)場試爆相結(jié)合，在保證爆破震動速度符合安全規(guī)定的前提下，提高隧道開挖成型質(zhì)量和施工進度。

5 初期支護與二次襯砌

初期支護采用水泥砂漿錨桿加鋼筋網(wǎng)片、格柵拱架和噴射混凝土組成，局部圍巖等級較差時，采用φ42超前小導管進行超前支護。二次襯砌采用大型組合式襯砌臺架作為模板支架體系，隧道襯砌混凝土采用商品混凝土，混凝土輸送罐車運輸至澆筑點，混凝土輸送泵泵送入模，插入式振搗器振搗，噴淋養(yǎng)護。

隧道防水、隧道通風、排水、照明供電等本文從略。

6 結(jié)論與建議

1)雙側(cè)壁法開挖工法適合淺埋的大斷面隧道，將大斷面分割成若干個小斷面進行開挖，降低風險。

2)每一步開挖工作面的大小可根據(jù)圍巖的具體狀況，隧道的埋深，以及工期、施工機具等因素進行適當?shù)恼{(diào)整，以達到最佳的施工狀態(tài)，既要保證開挖斷面的安全，又要保證工期與功效。

3)淺埋的大斷面隧道施工堅持的原則是:短進尺、弱爆破、緊封閉、強支護、勤量測。

4)地面建筑物復雜的鬧市區(qū)嚴格控制爆破震速。

5)施工通道進車站施工工序轉(zhuǎn)換的部位，結(jié)構(gòu)受力復雜。應嚴格按照設計及批準的施工方案進行施工。

［1］ 重慶市軌道交通六號線二期工程施工圖設計［Z］.

［2］ GB 50299-1999，地下鐵道施工及驗收規(guī)范(2003版)［S］.

［3］ GB 50108-2008，地下工程防水技術規(guī)范［S］.

［4］ TB 10417-2003，鐵路隧道工程施工質(zhì)量驗收標準［S］.

［5］ TB 10108-2002，鐵路隧道工噴錨構(gòu)筑法技術規(guī)范［S］.

［6］ GB 6722-2003，爆破安全規(guī)范［S］.

［7］ 王夢恕.中國隧道及地下工程修建技術［M］.北京：人民交通出版社，2010：275-286.

［8］ 黃宏偉.隧道及地下空間建設中的風險管理研究進展［J］.地下空間與工程學報，2006(1)：13-20.