淺埋暗挖技術在地鐵隧道施工中的應用要點分析

高俊濤

（中鐵十五局集團第五工程有限公司 湖南省長沙市 410000）

前言

淺埋暗挖技術即礦山法，是結合土質具體情況而定的一種合理的隧道施工方法，該技術最早由王夢恕院士首次在軍都山隧道—黃土段實施應用[1]。而后中鐵十五局集團在廣深港地鐵施工時也成功采用了此方法，這是屬于中國人自己研究的滿足中國發(fā)展現(xiàn)實狀況的隧道修建方法，主要是借鑒新奧法基本原理與理論，根據施工現(xiàn)場具體情況，總結出相對完善的、涉及地鐵隧道修建的理論與實踐操作方法[2]。淺埋暗挖技術與新奧法間有不少相似點，但二者的差異為淺埋暗挖技術更適宜用到松散土介質圍沿條件的開發(fā)城市，隧道埋深≥隧道直徑，建修時應用偏小的地表沉降，且無噪音污染，不管哪種尺寸及斷面形式的隧道洞室均適用[3]。我國地大物博，地鐵隧道建設規(guī)模與復雜性更是位居世界首列，進一步認識與了解淺埋暗挖技術，使該技術得到推廣應用，可使施工質量得到保障。

1 淺埋暗挖技術的特點

淺埋暗挖法屬于一種在距離地表非常近的地下開展不同類型地下洞室暗挖施工的方法。當明挖法、盾構法均不符合要求的情況下，即可考慮選用淺埋暗挖法。如北京長安街下的地鐵修建工程，則展現(xiàn)了淺埋暗挖法的應用優(yōu)勢[4]。淺埋暗挖法除了可作為獨立施工方法進行應用（如北京西單地鐵站）外，還可和其它施工方法相結合，同時使用（如王府井站、天安門西站等則是綜合利用了淺埋暗挖法和蓋挖法而建修的）。足以看出，淺埋暗挖法具有較強的兼容性，能與其它施工法協(xié)同使用。現(xiàn)今，淺埋暗挖法的整體配套技術在全球的發(fā)展水平都處于領先地位。

淺埋暗挖技術的具體施工流程為：①先把鋼管打進地層，再注入水泥或化學漿液，實現(xiàn)地層加固。保證開挖面土體穩(wěn)定為淺埋暗挖法安全開展的前提；②地層加固后，作短進尺開挖。每次開挖進尺的要求也相當高，務必要控制在0.5m以內，開挖后應先初噴5cm厚混凝土，使自承能力提升，且即刻做好封閉，避免圍巖風化；初期支護施工的順序為初噴混凝土→架鋼格柵支撐→掛鋼筋網→再噴混凝土（20cm）；③施作防水層。開挖面穩(wěn)定性容易受水患影響，若情況嚴重甚至有塌方災害。因而妥善進行地下水處理屬于很重要的一環(huán)；④做好二次支護。通常情況下，需注入混凝土，若有必要應作鋼筋設計。當然，淺埋暗挖法的施工應依靠監(jiān)控測量所獲信息作指導，可使施工安全與質量得到保證。

2 淺埋暗挖技術在地鐵隧道施工中的有效應用

2.1 超長管棚支護技術

若要使隧道支護強度得到提升，符合淺層地表下開展地鐵隧道施工，對隧道圍巖的高穩(wěn)定性、高強度要求，則應在隧道施工時，選用有保障的、可行的超長管棚支護技術。科學設計與管棚相符的數(shù)量與距離，進而達到最高強度支護，使地鐵隧道施工安全性不斷增強，該技術在地鐵隧道施工中的應用相當廣泛。

2.2 全程監(jiān)測技術

淺埋暗挖技術在地鐵隧道施工中的實踐應用，應對隧道作全面的監(jiān)控測量，用于地鐵隧道的強度、沉降量、拱頂下沉與隧道收斂等數(shù)據偏差的監(jiān)測，進而為后期施工與管理供給準確的技術參數(shù)，這是保證地鐵隧道施工順利進行的最重要、可靠的技術指導，可在異常情況發(fā)生后，第一時間采取措施給予修正。

2.3 真空降水技術

地鐵隧道開挖時，若地下水位較高，前提即是保證降水速度與質量，作降水處理，且應確保降水后，不會發(fā)生隧道反水[5]。淺埋暗挖技術應用于地鐵隧道施工中，主要應用了真空降水技術與輻射井降水技術。首先，真空降水技術是綜合利用真空泵與抽水管井，使管井前段形成真空段，后把水壓至管井里，使抽水作業(yè)效率增強。該技術在粉土層、砂土層等地質環(huán)境下使用；而輻射井降水技術主要指在隧道內增設一口大直徑的井，且在井壁上置入多條引水管道，進而應用抽水泵將引進井內的水集中抽出。該技術應用較廣，且它的最大優(yōu)點即成本低廉，更易普及。

2.4 三臺階七步開挖法

三臺階七步開挖法施工技術在中鐵十五局集團承建的廣深港客運專線區(qū)間隧道施工時進行了使用。隧道三臺階七步開挖法是以弧形導坑開挖留核心土為基本模式，分上、中、下三個臺階七個開挖面，各部位的開挖與支護沿隧道縱向錯開、平行推進的隧道施工方法。施工步驟：第1步：上部弧形導坑開挖：在拱部超前支護后進行，環(huán)向開挖上部弧形導坑，預留核心土，核心土長度宜為3～5m，寬度宜為隧道開挖直徑的1/3～1/2，開挖循環(huán)進尺應根據方案確定，最大不超過1.5m，開挖后立即初噴3～5cm混凝土。上臺階開挖失跨比應大于0.3m，開挖后應及時進行立鋼架、網、錨、噴系統(tǒng)支護，在鋼架拱腳以上30cm處，緊貼鋼架兩邊沿按下傾角30°搭設鎖腳錨桿，鎖腳錨桿與拱架牢固焊接，復噴至設計厚度。第2、3步：左右側中臺階開挖，開挖進尺嚴格按照方案進行，最大長度不超過1.5m，開挖高度一般為3～3.5m，左右側錯開2～3m，避免拱架同時懸空，開挖后及時進行立鋼架、網、錨、噴系統(tǒng)支護，之后施工方法與第1步相同。第4、5步：左右側下臺階開挖方法與第2、3步相同。第6步：上中下臺階預留核心土，各臺階分別開挖后及時施作仰拱初期支護，閉合成環(huán)，仰拱長度宜為2～3m。第7步，隧底初期支護完成2個循環(huán)后，進行仰拱及仰拱填充施工。

2.5 洞口施工技術

淺埋暗挖隧道洞口施工技術分作平洞施工與豎井施工兩種。其中平洞施工多以排樁支護為主，排樁支護可促工程高效開展，實現(xiàn)快速施工；而豎井則以豎井格棚鋼架加掛網噴錨支護為主。

2.5.1 平洞施工

排樁施工時應對以下環(huán)節(jié)引起高度重視。

（1）地下障礙物清除。施工時若遇孤石、卵石層、條石基礎等，應結合情況使用套管護壁，將套管中的積水抽干，并用十字錘充分擊碎后抓出[6]。若距離較近也可直接安排人員下去處理。遇到錘擊不碎的情況，則應由人工埋設炸藥，將其炸碎后以抓斗抓出。

（2）成孔垂直度檢查與校正。成孔時應嚴格做好樁的垂直度的控制，除了可保證樁體質量，也能達到對附近環(huán)境的有效保護。施工時應做到：套管順直度檢查與校正、成孔時樁的垂直度檢測與檢查、對存在問題的糾正等。

（3）管涌防止。若深基坑和水塘距離較近或基坑底部土層里有承壓含水層，受水位差的影響，基坑土體里有滲透水流，因土體的不均勻性，土體內某部分土顆粒受滲透水流影響出現(xiàn)運動，以致填充于土體骨架空隙內的細顆粒被滲水帶走產生涌水管道，即管涌（別名砂鼓水、泡泉）。發(fā)生管涌對工程的危害是相當大的，增加了塌方的風險。可通過以下方法預防管涌情況：①若在地下水豐富且有活動水存在的砂層施工，需加大泥漿比重，維持土壓力平衡性，能有效預防管涌；②若地下水位變化明顯則應通過加高護筒的方式，使護筒外水壓力維持在平衡狀態(tài)；③套管底口需超前于開挖面相應距離，才能使混凝土流動受抑制，超挖距離要求超過2m。

2.5.2 豎井施工

（1）針對地下水豐富的地區(qū)，施工前應作降水處理使地下水位至少位于開挖面以下相應深度，不然在施工時降水效果則得不到保證。砂性土地區(qū)降水需選用質量有保證的抽水過濾設備，不然則會因抽水含沙量過大，而使主體力學性能降低。

（2）廢棄泥土堆位置應與井筒保持足夠遠的距離，不然會使下層土體附加壓力與孔隙水壓力變大引起豎井下沉。

（3）已制定好的施工計劃與施工方案應嚴格按照要求制定與落實，任何情況均不可對施工工藝流程作出隨意更改。

（4）施工前應對附近環(huán)境有深入全面的調查，做好保護工作。

（5）按照相關要求，將豎井和平洞結合處的土體及結構加固工作落實到位，以免再發(fā)事故。

3 淺埋暗挖技術的安全控制要點

3.1 土石方坍塌的預防

施工時，要求施工單位認真做好地質超前預報工作，且做好同時期內地震發(fā)生情況的監(jiān)測工作，及時將結果匯報給相關負責人。同時，需對低段地質剖面詳圖與地質勘測報告展開深入研究，若有必要可通過鉆孔探測的舉措作全面勘察，為地鐵工程施工提供有力的數(shù)據參考，以防施工中與施工后出現(xiàn)工程坍塌事故。

3.2 模板倒塌事故的預防

應結合我國相關規(guī)定，認真依照項目設計方案完成施工。同時，拆卸需滿足相關作業(yè)規(guī)范。模板與支撐材料需符合工程剛性要求。支撐模板的基礎應牢靠且面積寬廣，以免模板遭受外力作用，發(fā)生下沉。若要避免模板傾覆，安裝時應結合工程具體情況增設臨時固定結構。

3.3 水災預防

隧道開挖爆破極易使圍巖狀態(tài)出現(xiàn)變化，使地下水滲流的流徑改變，形成隧道滲漏水水源。同時，隧道施工時因地下水被擊穿而匯集形成的隱藏水庫會引發(fā)涌水事故，若涌水得不到及時排出則會引發(fā)水災。因而需選擇有代表性的地質勘測點，增強勘測精準性。同時，在防水材料質量的選擇上一定要嚴格把關，杜絕偽劣產品，使施工質量與安全得到保證。

3.4 火災預防

隧道地下施工環(huán)境過于潮濕，可能會因線路與設備短路或電阻過大等問題而發(fā)生火災。隧道施工時若發(fā)生火災或斷電，因隧道中通風量大，使火勢快速蔓延，再受隧道內光線（照明）等因素的影響，對人員逃生不利。因而需增強作業(yè)人員的防火意識，定期做好線路設備的排查工作，對隧道中易燃易爆氣體濃度給予嚴密監(jiān)控，保證消防設施配備齊全。

4 結語

淺埋暗挖技術在地下空間建設中發(fā)揮了獨特優(yōu)勢，該優(yōu)勢突出展現(xiàn)在城市地鐵建設中。淺埋暗挖技術將規(guī)范化設計、超前支護技術、結構防水技術、地面沉降控制技術等集合于一體，在地鐵隧道施工中的應用不但保證了地表車輛交通不受影響，還可實現(xiàn)對生態(tài)環(huán)境的最大化保護。但淺埋暗挖技術并非在任何環(huán)境下均適用，因不同地區(qū)地形地貌以底層復雜多變等特征，也就要求淺埋暗挖技術開展時先對隧道地層、支護材料與附近建筑物等情況作出全面監(jiān)測，將監(jiān)測到的信息綜合利用起來，為后續(xù)施工提供參考，使施工設計方案更合理。同時，施工時重點技術環(huán)節(jié)應嚴格參照設計要求完成，方可使淺埋暗挖技術發(fā)揮更大優(yōu)勢，提高地鐵隧道施工質量，保證施工安全，延長地鐵工程使用壽命。

[1]鐘安濤.砂卵石地層淺埋暗挖地鐵隧道施工關鍵技術[J].四川建材，2017（11）：162～163.

[2]王亮，袁東.淺埋暗挖施工技術在砂性地層地鐵隧道施工中的應用[J].四川水泥，2016（10）：37+50.

[3]鄧本舉.淺談復雜地層條件下城市地鐵區(qū)間隧道淺埋暗挖施工技術[J].科協(xié)論壇（下半月），2013（02）：16～17.

[4]張濤.淺析西安地鐵淺埋暗挖隧道施工關鍵技術[J].中國新技術新產品，2016（15）：117～118.

[5]郝忠院.地鐵隧道淺埋暗挖法施工預加固技術及其應用研究[D].西安科技大學，2014.

[6]王凱.淺埋暗挖地鐵車站結構型式和施工方法優(yōu)化研究[D].北京交通大學，2016.