淺談北京地鐵淺埋暗挖法施工中常用的配套技術

新鄉職業技術學院 河南新鄉 453000

摘要：針對北京地鐵淺埋暗挖施工中出現的問題，采用配套技術輔助工法，穩定地層的主要手段是用注漿加固隧道周邊地層，用管棚加固隧道拱部地層。因此，本文將針對淺埋暗挖法施工中常用的配套技術，提出具體措施。

關鍵詞：配套技術；地下水處理方法；輔助工法

1.北京地鐵淺埋暗挖施工中出現的問題

北京地處第四紀沖、洪積扇的中上部，地層由粘性土、粉土、砂類土、碎石類土交互沉積而成，土質松散，成拱條件差；而且地下水水位高，滲透性強（一般采取降水措施，但仍有殘留水）；加上大部分線路處于交通繁忙地段，車輛行駛過程中產生強烈震動，使淺埋隧道周邊土體更加松弛，開挖過程中極易坍塌。支護結構采用初期支護加二次模筑混凝土支護的復合式襯砌結構形式，初期支護由鋼格柵噴射混凝土組成。根據設計理論計算及工程實踐總結，支護結構比較可靠，一般不會坍塌，坍塌多為開挖面的圍巖失穩。一般引起坍塌的原因或因素有：

（1）地層預加固效果不佳

（2）開挖面暴露時間長

（3）受地面震動影響

（4）降水后地層殘留水的影響

（5）雨、污水管滲漏

（6）下穿河、湖或近距河湖暗挖

（7）降雨后滲漏

（8）馬頭門及斷面變換處

2.1 輔助工法的主要目的

穩定地層的主要手段是用注漿加固隧道周邊地層，用管棚加固隧道拱部地層。要根據地質和施工的具體情況確定注漿的范圍、壓力和材料，達到改善地層的物理力學參數（E、C、φ、μ），提高地層的自穩能力。穩定開挖工作面方法很多，優先選擇次序為正臺階環形開挖留核心土、錨桿超前支護、小導管超前支護、小導管注漿超前支護、淺孔（4～6 m）周邊預注漿超前支護、長導管注漿超前支護、全斷面深孔注漿封閉工作面、初次支護背后充填注漿及周邊2～3 m徑向單液水泥注漿等。常用的輔助方法主要有降水和地層加固兩種形式。

2.1.1 地層加固的方法

（1）環形開挖留核心土；

（2）噴射混凝土封閉開挖工作面；

（3）超前錨桿或超前小導管支護；

（4）超前小導管周邊注漿加固地層；

（5）設置臨時仰拱；

（6）深孔圍巖加固劈裂預注漿或堵水固結預注漿加固地層；

（7）長管棚超前支護加固地層；

（8）凍結法固結地層；

（9）水平旋噴法超前支護；

（10）地面加固地層；

（11）洞內、洞外降水法；

（12）洞內施工水平降排水法；

2.1.2 其他常用輔助方法

（1）新型結構復合式襯砌防水。在初期噴錨支護與二次襯砌模筑混凝土之間，鋪設一層柔性的防水材料，例如LDPE、PVC、EVA、ECB等，只要施工工藝和管理工作到位，可以做到不滲不漏。

（2）降水技術。這一重要的配套技術，施作簡單、效果好，特別是井點降水方法技術簡單。如地鐵永安里車站建設時，用井點降水獲得較大成功。所有降水方法都要考慮好地表和建筑物的沉降及對水資源保護問題。

（3）注漿加固技術。地層的注漿工藝和漿液配比要因地制宜。如在粉細砂地層中，改壓注水泥砂漿為改性水玻璃注漿，起到了快速凝固的更好效果。

（4）冷凍法施工技術 該項技術在地鐵“復-八線”大北窯—熱電廠區間松散流體地層中應用，取得較好效果，但造價昂貴。

（5）半斷面插板盾構技術。“復-八線”建國門站試用，為北京地鐵建設全面使用盾構技術取得了一定經驗。

（6）通用小型機械設備。不求更先進但求配套，起到了“快、小、靈”的作用。如拱部開挖配皮帶運輸、下部開挖試用單臂掘進機、二次襯砌利用泵送混凝土至模板臺車、洞內運輸采用電瓶車帶動梭式礦車（8m3）等，都是普通設備，只要安排組織好，可節省大量人力，提高工作效果，區間隧道可月掘進100m以上。

2.1.3 地下水處理方法

北京地區地質主要為第四紀沖洪積地層，常用處理地下水的方法為管井降水，井距 8 m 左右。在建筑物集中地帶打不了管井時采用輻射井，一般300 mm，長度 ≤50～70 m，在不同透水層中打設。由于沖洪積地層往往不是一個很好的連續體，伴有透鏡體存在，即粘土層中夾有砂層或砂層中夾有粘土等，管井、平井降水很難全部疏干，地層中存在殘留水。對殘留水的處理措施：

①在地層含水層中打水平井排水管，將地層中殘留水集中引出來。隨著工作面前進，逐步封閉水平管。打水平管時注意要略有一定的上臺角，管中用棉砂截砂，管端用 PVC 管集中引流；

②根據地層情況，可先做下半部導洞，打垂直引水管；

③注漿止水，根據不同地層采用不同漿液，如改性水玻璃或水泥加水玻璃漿液等，必要時采用長導管注漿，搭接長度不小于2 m；

④根據地層情況，適當調整格柵節點，調整格柵節點要與排水管統一考慮，有人主張調到透水層上部，有的建議做到下部，我們認為調到下部較好；

⑤增加鎖腳錨桿，必要時用錨管加注漿；

⑥增加臨時仰拱；

⑦在管井中間加滲井（復八線基本采用此辦法）。

2.2 輔助工法運用的注意點

2.2.1 小導管超前支護

地鐵小導管一般間距每米 3 根，并注漿加固地層，小導管與漿液共同起棚護作用，防止開挖時拱頂塌方。值得注意的地方：

a.在卵石地層，特別是砂率較低時，對于 32mm、長 3～3.5 m 小導管不好打，易劈裂。一般要打 25 mm、長 2.5 m 左右的鋼管，可兩步一打。也有的采用長 1.75 m 的一步一打，搭接 1 m。這在北京西部地區常用，南水北調進西四環暗挖段都是這樣做的；

b.對較好的粘性土層，采用開挖鎬刨，小導管打入較困難，只要能夠使開挖面穩定，可不必強求打小導管；

c.小導管仰角不宜過大，一般控制在 15°以內。

2.2.2 管棚支護

一般開挖洞門或結構受力轉換、大斷面或通過重要管線等地方，設計普遍采用管棚方案。常用管棚為 108mm～159mm，崇文門站采用600mm，也有采用更大的管棚。管棚施工有以下幾點值得注意：

（1）管棚直徑不是越大越好，從施工角度看 108mm～159 mm 較合理。

（2）管棚施工過程中沉降控制。目前管棚施工有兩種辦法：一是常規鉆孔，長度在20m左右，這種管棚施工一般為帶水作業，施工期間，由于水土流失，鉆孔孔徑較管棚大，單根管棚施工后注漿，這樣會引起地層沉降4～5mm，且長距離施工要做分段管棚工作室；常規施工要盡量控制帶水作業引起的水土流失，尤其在粉細砂層中，必要時可用泥漿或水泥漿液，使其帶有一定的護壁作用。

2.2.3 水平旋噴法

采用向上、向外墻角，進行水平旋噴加固土體，一般土柱直徑為30mm，相互咬合搭接，形成整體殼體，開挖時起到棚護作用。目前一般旋噴長度為20 m左右，開挖18m，留2 m 搭接。旋噴壓力為不小于20 MPa，覆土較薄時要減壓，且適當縮小間距。旋噴漿液主要為水泥漿，形成柱體強度 >10 MPa。目前采用旋噴加固土體主要問題是漿液流失較大，另外長距離水平旋噴方向性偏差。水平旋噴施工期間會有較大沉降，有時可超過10mm，但開挖時沉降較小，初支背后壓漿亦少，對于個別點棚護不好時，可補打小導管注漿處理。

參考文獻：

[1]關寶樹，國兆林.隧道及地下工程[M].成都：西南交通大學出版社.2000

[2]《公路隧道設計規范》（JTG D70-2004）.