地鐵隧道大截面暗挖施工工藝及風險控制研究

黃河

【摘要】地鐵已經(jīng)成為城市發(fā)展不可或缺的重要交通方式，采用大截面暗挖施工方式開鑿地鐵通道不僅滿足地質(zhì)環(huán)境的需求，還不會影響城市居民的正常生活。本文闡述了地鐵隧道大截面暗挖施工工藝，就雙側壁導坑法暗挖技術、管棚超前支護技術、大截面暗挖風險控制需要遵循的原則進行了介紹。

【關鍵詞】地鐵隧道;大截面;暗挖施工工藝;風險控制

在開展隧道挖掘或其他地下建筑工程時，必須根據(jù)圖紙開鑿出相應的使用空間，然后在其中修建襯砌墻壁，從而對地下空間加以固定。一般來說，具有明挖法和暗挖法兩種。采用何種方式，需要在綜合分析施工地點的地形地貌及周邊自然環(huán)境、埋置深度等影響因素后才能決定。

1、地鐵隧道大截面暗挖施工工藝簡介

決定地下工程是否采用暗挖法的重要因素是基礎埋置深度。 一般是指地下設施或空間的基礎底面到室外地表面的垂直距離。如果埋置較淺的工程，比如普通的地面建筑，在施工時首先從地表面挖掘基坑或塹壕，修建牢固的襯砌墻壁之后，將額外的空間完全填補，此即為明挖法。與之相對的即為暗挖法，針對一些基礎埋置較深的工程，如地下隧道、礦井開采等，在局部范圍以開鑿洞穴的方式，將大部分工程作業(yè)放置于地下，既可以避免“回填”等流程，又不會影響地面設施的正常使用，因此已經(jīng)在我國很多地下工程中廣泛使用。

隧道及地下工程施工時必須注意以下因素：第一，暗挖法施工對地面影響較小的前提在于基礎埋置深度必須足夠，否則很容易造成地面陷落，從而嚴重影響工程的正常開展;第二，挖掘過程中必然產(chǎn)生有大量的泥土、碎石以及其他雜物，如何保證將其迅速、安全地運送到指定地點，需要重點考慮。

2、地鐵隧道大截面施工暗挖技術簡介

2.1雙側壁導坑法暗挖技術

雙側壁導坑法是一種常見的隧道暗挖方式。又可以被成為雙側壁導洞法或眼鏡工法。這是因為雙側壁導坑法的施工順序在地鐵隧道更界面的角度看來非常對稱，形似在人的面部架起一副眼鏡，故而得名，屬于新奧法的一個分支，以新奧法基本原理為依據(jù)。在進行導坑挖掘時，應該盡量減少對外圍土層巖石的擾動，導坑的橫斷面上部橢圓，下部趨于平行，周邊輪廓較為圓順，與橄欖球形狀相似，因此在施工過程中應該注意用力均勻。在設計支護時主要采用格柵鋼架，之后將鋼筋制成的網(wǎng)片掛在格柵鋼架之上，初步確定穩(wěn)固之后可以噴灑混凝土，形成柔性支護體系。需要特別注意的是，操作必須要快，一旦拖延致使斷面不能在規(guī)定期間內(nèi)閉合，會給后續(xù)工作帶來困難。此舉還能對圍巖的自主承受能力充分利用，有效防止圍巖發(fā)生形變。在上述工作完成之后，還應該建立一套完整的監(jiān)控測量系統(tǒng)，實時關注圍巖支護結構的穩(wěn)定性[1]。

2.2管棚超前支護技術

成都地鐵6號線三期工程高瓦斯暗挖隧道大截面暗挖采用了典型的管棚超前支護技術，運用該技術形成的管棚呈拱形排布，需要對管棚進行快速打設，具體要求為：選用型號為 ?121×6 且薄厚程度均勻的無縫鋼管，在管棚處采用矩形螺紋焊接的方式，從而加強連接的穩(wěn)定性。管棚的理想間距應該保持在300mm，中心暗挖初支結構的外皮輪廓線應該保持150mm的距離。對傾角的要求如下：管棚的排布方向必須與隧道拱部的全部橫截面實現(xiàn)平行，因此管棚支護的打設工藝必須保持足夠的精度，如果此項要求不達標，管棚很可能下落從而進入到拱道挖掘的截面中，但是幅度也不宜過大，實際偏差應該控制在0.5%以內(nèi)。值得注意的是，成都地鐵6號線三期工程施工之前，了解到蒲草塘站——昌公堰站區(qū)間范圍主要穿越蘇碼頭構造核部及斷裂帶，臨近油氣田高產(chǎn)井和地面氣苗分布區(qū)，經(jīng)過詳細勘察檢測之后，發(fā)現(xiàn)油氣鉆孔顯示區(qū)段內(nèi)甲烷含量在0—65000ppm之間，部分達到天然氣燃爆極限，多個詳勘鉆孔顯示甲烷日增量超過15000ppm，屬于高瓦斯區(qū)段。如果按照單一的暗挖方式，采用管棚超前支護技術，雖然依然能夠起到預期的支護目標，但很有可能造成瓦斯泄漏，因此通過反復論證，確認該路段左線總長為1735.39米，右線總長為1974.13米，結合全線控制性工程地鐵隧道的要求，決定采用5段明挖、6段暗挖相結合的方式。其中暗挖依然采用管棚超前支護技術，雖然減少了暗挖施工路段長度，但在源頭上降低了瓦斯泄漏等安全風險發(fā)生的幾率。

3、地鐵隧道大截面暗挖風險及控制方案

3.1大截面暗挖風險控制遵循的原則

大截面暗挖風險控制需要遵循的原則如下：第一，對超前地質(zhì)的探測程度必須達到相關要求，并將周圍的地質(zhì)情況全部摸清，發(fā)現(xiàn)問題及時制定應對方案。第二，做好超前支護及檢查工作，當大截面隧道正式挖掘時，在最短時間內(nèi)進行封閉。第三，在檢測過程中如果發(fā)現(xiàn)強層間有積水，應該進行及時的疏通或者通過注漿方式將水清理干凈，確保作業(yè)環(huán)境無水化。第四，在導洞開始挖掘之前，需要對拱腳的牢固程度進行審查，否則一旦土層中的含水量提升，土質(zhì)堅硬程度下降導致承載力大幅度弱化，勢必引發(fā)拱腳下沉，從而使拱道發(fā)生形變。第五，為了防止挖掘過程隧道出現(xiàn)坍塌等情況，必須嚴格把控挖掘進度，跟進注漿工作緊隨其后。值得注意的是，地面沉降或拱頂脫落的臨界力度控制必須留有足夠的調(diào)整范圍，杜絕一切僥幸心理。第六，施工進度應該按照工程圖紙嚴格進行，監(jiān)控系統(tǒng)在此過程中應該對隧道拱頂、拱腳、兩側拱璧等方向的受力情況進行實時測算，從而便于判斷挖掘過程中隧道是否出現(xiàn)變形或是挖掘方向是否出現(xiàn)偏離。通過計算得出的數(shù)據(jù)如果得到證實，應該立刻對挖掘方案進行全面的調(diào)整[2]。

3.2大截面暗挖風險控制的具體方式

如果采用雙側壁導坑法進行暗挖，特別是對“眼鏡架構”的每一個小型拱洞設置支護裝置時，必須嚴格執(zhí)行暗挖規(guī)定的全部技術準則。如上文提到的在導洞開挖之前需要對拱腳進行牢固程度審定，當挖掘工作進行到對到洞內(nèi)的分臺階進行開挖時，同樣應該在架構上層的全部導洞中每個臺階的拱腳進行牢固審定。由于上下層距離非常近且土層厚度很可能出現(xiàn)不確定性，因此需要將型號為 ?32 的鎖腳錨管順著拱腳方向打設進去，之后沿全長路段注入泥漿，增強其牢固程度。除此之外，對導洞之間的距離應該反復測算，盡最大努力提升穩(wěn)定性。通常情況下，處于“眼鏡架構”上層的左右兩個小型導洞之間的距離應該至少保持在15m智商，同時每個小型導洞必須在規(guī)定時間內(nèi)形成封閉的環(huán)形框架;處于“眼睛架構”同一列的上下兩個小型導洞之間的距離應該至少保持在3m以上;處于架構中間位置的上下兩個小型導洞之間的距離也應該至少保持在3m，最佳數(shù)值為5m。處于架構下部的導洞最為重要，與上層小導洞之間的距離至少應該是25m，如果整體架構允許，可以適當延伸至30m。每一個導洞開挖都需要及時跟進注漿，同時予以詳細記錄，方便對注漿量和注漿壓力的監(jiān)控。

3.3鋼材料格柵安裝施工管控方法

鋼材料格柵是指用鋼筋焊接成的鋼架，當?shù)罔F隧道開挖之后，與混凝土、錨桿等在初期承擔支護作用，二次襯砌完成之后，作為隧道整體支護結構的一部分，永久留在支護系統(tǒng)中。由此可見，鋼材質(zhì)格柵是大截面隧道暗挖施工過程中不可或缺的重要材料，因此必須做好安裝管控工作。

第一，當材料運抵施工現(xiàn)場后，項目負責人（監(jiān)理工程師）應該組織人員分批取樣，對其焊接質(zhì)量進行嚴格審查，務必達到工程標準。

第二，在鋼材質(zhì)格柵的架設過程中，需要從測量、拼裝兩個層面進行嚴格的控制，重點如下：首先，進行隧道拱部格柵安裝之前，必須將拱腳及附近區(qū)域內(nèi)的巖土碎渣及其他雜物全部清除，出現(xiàn)超挖情況時，采用混凝土塊，對相應的部分進行填充，務必保證堅固度和穩(wěn)定性;其次，格柵架組裝工作應該緊貼開挖作業(yè)面，用螺絲對各節(jié)鋼架進行連接與固定;再次，對于鋼架與隧道土層之間的縫隙，應該采用噴射混凝土的方式進行填充。在隧道外部加工完畢的鋼筋網(wǎng)片運到洞內(nèi)之后，安裝時應該注意鋼格柵內(nèi)測保護層與受噴巖面的厚度，必須在20mm以上;最后，安裝完成后應該立刻使用鎖腳錨管。

第三，大截面暗挖工藝下，對鋼格柵的安裝要求極高，因此在設計時務求精確，標高、中線等重要系數(shù)必須經(jīng)過反復論證，否則微小的偏差即可導致鋼架“前傾后仰、左前右后”等無法對稱的情況，從而在整體上影響支護的安全性。常見的檢測方法是，對格柵的投影進行觀察，如果能夠保持在同一位置且滿足結構凈空要求，則可判定達到了相關標準[3]。

結語：

對于城市居民來說，修建地鐵無疑是好事，但是大規(guī)模的明挖會導致地面交通堵塞、塵土彌漫，給日常生活帶來不便。而通過暗挖法，使大量施工過程在地下完成，能夠降低對環(huán)境的污染。在施工過程中，施工人員應該嚴格執(zhí)行相關流程，對其中的風險加以控制，為人民群眾建設出高質(zhì)量的地鐵工程。

參考文獻：

[1]程曉剛.超大截面傾斜隧道式嵌巖樁基礎開挖施工工藝研究[J].工程建設，2019，51（02）：54-59.

[2]廖雄. 高地應力軟巖大跨變截面隧道施工變形機理及其控制技術研究[D].西南交通大學，2018.

[3]何明華.變截面暗挖區(qū)間隧道下穿地下通道影響分析[J].鐵道建筑技術，2019（06）：107-112.