暗挖地鐵隧道施工技術

馬忠民

(中鐵十九局集團軌道交通工程有限公司，北京 100001)

地鐵軌道交通的施工建設包含了土建施工、隧道施工、爆破技術等風險系數較高的施工內容，暗挖地鐵隧道施工常常受到選區土層結構不均衡、外界自然環境不穩定、地下水滲漏嚴重等因素的影響，因此，在地鐵隧道工程的前期規劃與后期評估中需要引起足夠重視。目前暗挖技術在地鐵隧道施工中的應用較為廣泛，該技術的運用可以使地鐵隧道的施工難度降低，提高施工效率，提升地鐵隧道施工的質量。

1 暗挖技術的主要原理

地鐵隧道施工過程中，為減少地面的下沉量，保證隧道施工過程中的開挖效率，確保隧道自身的安全性，需合理運用開挖、支護、注漿、降水等施工技術。目前，地鐵隧道開挖技術主要使用新奧法，而隧道施工中使用較為廣泛的暗挖技術正是來源于新奧法[1]。施工中的暗挖技術可滿足地鐵隧道施工要求，體現加固圍巖、提升圍巖承載力等優勢，可以形成一個完整的地鐵隧道支撐防護體系，這有利于沙層和黏土層的開挖。因此，暗挖技術有效解決了地鐵隧道施工中的支撐防護問題，提高了隧道施工效率，保證了地鐵隧道施工的質量，解決了整個施工中的不安全和不穩定問題，避免引發重大隧道坍塌事故。

暗挖技術主要基于摩爾理論、巖石三項剛性壓縮實驗、巖石二項鎖應力應變特性等基本原理，實施時重點考慮了隧道空間和施工時間等因素，從而為地鐵隧道的施工提供支撐防護。此外，再根據實際情況采用超前支護技術，保障隧道施工時的安全性。因此，暗挖技術有效提高地鐵隧道開挖效率，提升相關企業的經濟效益[2]。隨著科技的進步，暗挖技術已經成為地鐵隧道施工的主要技術。掌握暗挖技術的主要原理，在地鐵隧道施工中合理運用暗挖技術，提高其應用效果是當前相關企業與技術人員應該考慮的問題。

2 暗挖施工技術

地鐵隧道暗挖施工技術的總體流程圖見圖1。

圖1 暗挖施工總體流程圖

2.1 大管棚法

為解決地鐵隧道橫截面施工過程中的一系列潛在風險，例如塌方等不可抗力導致的安全生產事故，可以采用超前管棚支撐防護工藝打通施工橫通道[3]。大截面隧道施工中大管棚一般采用平交段形式，通過拱形結構設計給地鐵隧道暗挖施工工程提供有力的支撐。大管棚設計斷面示意圖如圖2所示。

圖2 大管棚法設計斷面示意圖

大管棚設計需按照特定的工藝要求來分批次建構：

(1)施工材料選擇薄厚均勻、長短適中的無縫鋼管。

(2)采用矩形螺紋焊接法對大管棚進行加固。

(3)管棚間距0.3 m以上，管棚中央與地鐵隧道設計外部劃線相距0.15 m。

(4)管棚的傾斜角度必須和地鐵隧道頂端走向始終保持平行，同時，管棚的建造工藝水平要與整個地鐵隧道施工暗挖技術水平一致，以避免由于管棚設置誤差導致人工大截面隧道開挖，降低過度抬升對地鐵上層表面破壞的危害。

(5)管棚制作過程中允許誤差范圍在1%以內，以規避管棚在下設時與地鐵隧道設計外部劃線相撞，延誤工期。

(6)在管棚與管棚之間設置隔斷防護，管棚建設時使用了大量水泥作為底部支撐，需防止各個管棚之間注入的隔斷水泥“空心化”，水泥灌注量應約為理論灌注量的1.5倍。

(7)按泥土與砂石1∶1的比例攪拌混制用于填補空隙的注漿原料。

2.2 雙側壁導坑法

雙側壁導坑法是一種新型的支撐防護方法，它采用錨噴技術作為前期支撐防護的主要修筑技術，將每個側壁隔開的導坑進行自我封閉并連點成線，形成閉環，同時利用地下土層周圍巖石的穩定性，減少地鐵隧道大截面暗挖施工過程中的土壤下沉量，確保施工質量和生產安全[4]。本文參照的地鐵隧道暗挖截面包含6個雙側壁導坑，開挖時可同時將各個小導坑單獨成環進行支撐防護，最終連線成片，形成大范圍的地鐵隧道支撐防護體系，雙側壁導坑法設計斷面示意圖如圖3所示。此外，還采用了大面積的掛網噴錨在地表土層構建緊密的人工壁壘結構，利用導坑側壁支撐，分擔來自地表上方土體對隧道壁壘的重大壓力。

圖3 雙側壁導坑法設計斷面示意圖

3 暗挖技術施工風險分析

3.1 橫截面過大

某些地鐵隧道選址區間上方覆蓋的土層厚度可達到6～8 m，地質土層類型也可能有3～4種，地鐵隧道暗挖的橫截面尺寸較大，因此將大大提升施工難度，而應用雙側壁導坑工藝技術可以降低其潛在的風險。

3.2 交叉管道過多

許多地鐵路線區間會與城市地下管道相互交叉，例如燃氣管道、下水管道等。當地鐵隧道平行于其他管道時，則應在施工開始前進行相應的風險預估，并做好安全生產指導意見與風險等級預案[5]。特別是當暗挖隧道經過高壓燃氣管、雨水排放管、污水處理管等重要管道的區域范圍時，需及時加強安全管控，降低風險。

3.3 土層錯綜復雜

部分地鐵隧道選址路線需要經過粉質黏土層與粉質砂礫層，這將給暗挖隧道中下部分的施工帶來困難，因為粉質黏土層和粉質砂礫層是地下水的理想儲存地帶，擁有豐富的地下水資源，且難以進行人為抽調或人為排水。此外，充足的地下水往往會導致黏土過硬的飽和狀態。如果支撐防護工作不到位，極有可能導致隧道塌方，引發安全事故。

4 較低施工風險的解決措施

4.1 前期應對方案

(1)施工前的地質勘探工作落到實處，做到充分了解土層狀況并盡早采取相應措施，規避風險；(2)前期的支撐防護工作極為重要，必需保障暗挖施工前的準備工作質量；(3)將排水工作落實到位，保證無水生產，且要做好管棚之間的水泥間隔灌注；(4)施工前查漏補缺，摸排空洞，做好加固，防止隧道壁壘及其支撐結構脆弱化；(5)精確定位各地下管道與地鐵隧道路線的交叉、平行節點，監測管線的排布工作，防止地下污水泄漏或燃氣管道爆炸事故；(6)落實安全生產的權責主體，制定施工監管切實可行方案，保障施工人員的生命安全。

4.2 注漿工藝支撐

需做好機械設備運轉的能源運輸和儲備工作，鋪設所需的水源管道、燃氣管道，保證能源供應與建筑材料的安全運輸，并按照梅花陣形排列管道。管道鋪設后要迅速壓注水泥漿進行定位、加固，注漿選用的原材料要嚴格按照泥土與砂石1∶1的比例進行攪拌混制，對地下水滲漏嚴重的路段采用注漿工藝加固支護結構。

4.3 馬頭門技術支撐

作為工序銜接時的關鍵節點，馬頭門施工技術是一項隧道受力點相互轉化的復雜工藝[6]。首先，應切實做好地鐵隧道暗挖橫截面的大管棚和小導坑注漿工作，為加固隧道壁壘與周邊土層奠定好基礎；然后，做好隧道導洞的馬頭門下設和受力點相互轉化工作。

4.4 節點工藝管控

地鐵隧道暗挖大截面工程施工進行至隧道斷點及尾部時，必須建墻作為圍堵。首先要熟練運用小導管技術，檢驗水泥注漿是否做到去“空心化”，嚴格把控水泥注漿質量；其次，在斷點及尾部建墻時建議采用鋼管結構，按照施工前設計的鋼管、鋼筋連接圖紙進行水泥架構與鋼管鋪設；最后應注意把控好各個銜接點的工序問題，落實督查工作，實時匯報工程進展中存在的問題。

5 結束語

地鐵隧道大截面暗挖施工因各方面因素的制約，如處置不當將影響施工進行。采用超前管棚支撐防護工藝、雙側壁導坑暗挖技術，注漿時利用拱部深孔與背后回填的技術方法，既能高效完成地鐵隧道施工，同時又能保證施工質量。