淺析地鐵施工方法及施工技術(shù)

浙江省大成建設(shè)集團(tuán)有限公司 310012

摘要：通過介紹地鐵施工的一些工藝方法，重點(diǎn)比較新奧法、盾構(gòu)法施工的特點(diǎn)，為杭州地鐵的施工提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：地鐵施工；施工方法；工藝；探討

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及交通壓力的增大，杭州修建地下交通系統(tǒng)已經(jīng)迫在眉睫，目前軌道交通已有1號(hào)線和2號(hào)線南段，還有在建路段，這里結(jié)合國(guó)內(nèi)外一些地鐵施工的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，對(duì)杭州地下交通的施工技術(shù)做些相應(yīng)的探討。

1、杭州地鐵的幾個(gè)特點(diǎn)

1.1地質(zhì)特點(diǎn)

杭州地區(qū)地質(zhì)比較復(fù)雜主要有泥頁巖、粘土等。由于不同地質(zhì)段所適用的施工方法不同，所以要在施工方法和工藝上做些研究，尤其是施工手段上要慎重考慮，包括施工設(shè)備的匹配和選型等等。

1.2環(huán)保要求較高

目前城市市政施工都面臨一個(gè)越來越突出的問題就是環(huán)保，包括泥水污染、施工噪聲、不和諧環(huán)境等。杭州地區(qū)人口較多，建筑密集，地下管線錯(cuò)綜復(fù)雜，其施工難度很大。

2、施工技術(shù)思路

在具體施工操作中，我們要比較北京、上海、成都、武漢等城市的施工工藝，其中上海地鐵具有較強(qiáng)的參考和參照性。上海地下鐵道一部分采取淺埋暗挖法，一部分是盾構(gòu)法施工，其中盾構(gòu)法又有土壓平衡盾構(gòu)、泥水平衡盾構(gòu)施工；由于上海地鐵的修建歷史較長(zhǎng)，采取的方法也多，經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)也多，非常值得參考，而且地質(zhì)情況與杭州相比有很多相似之處，所以要多參考上海的地鐵施工。

3、施工方法與選擇

結(jié)合杭州地質(zhì)地理資料及具體特點(diǎn)，重點(diǎn)介紹最可能在杭州地區(qū)采用的施工工藝：淺埋暗挖法和盾構(gòu)法。

3.1 淺埋暗挖法

淺埋暗挖工法是依據(jù)新奧法（New Austrian Tunneling Method）的基本原理，施工中采用多項(xiàng)輔助施工措施加固圍巖，充分調(diào)動(dòng)圍巖的自承能力，開挖后及時(shí)支護(hù)、封閉成環(huán)，使其與圍巖共同作用形成聯(lián)合支護(hù)體系，有效地抑制圍巖過大變形的一種綜合配套施工技術(shù)。

（1）適用范圍

本工法主要適用于不宜明挖施工的無水土質(zhì)或軟弱無膠結(jié)的砂、卵石和第四季地層，修建覆跨比大于0.5的淺埋地下洞室。對(duì)于低水位的類似地層，采取堵水或降水等措施后該法仍能適用。尤其對(duì)都市城區(qū)在結(jié)構(gòu)埋置淺、地面建筑物密集、交通運(yùn)輸繁忙、地下管線密布，且對(duì)地面沉陷要求嚴(yán)格的情況下修建地下鐵道更為適用。

（2）工法特點(diǎn)

第一：設(shè)計(jì)、施工和測(cè)量信息反饋一體化。根據(jù)預(yù)設(shè)計(jì)組織施工，采用信息化施工技術(shù)，通過對(duì)各種變位及應(yīng)變的監(jiān)測(cè)信息來檢驗(yàn)支護(hù)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性，不斷修改設(shè)計(jì)參數(shù)，指導(dǎo)施工，直到形成一個(gè)經(jīng)濟(jì)、合理、安全、優(yōu)質(zhì)的結(jié)構(gòu)體系。

第二：配套適宜的一次支護(hù)、二次模筑混凝土所組成的復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)，是淺埋、軟弱地層控制地面沉陷，確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定較理想的支護(hù)模式。

第三：工藝新、技術(shù)先進(jìn)。本工法綜合應(yīng)用了改性水玻璃（DW3）注漿加固地層、小導(dǎo)管超前護(hù)頂、新型網(wǎng)構(gòu)鋼架支撐、整套施工監(jiān)控技術(shù)，施工方法與工藝技術(shù)符合我國(guó)國(guó)情。

第四：與明挖法相比，具有拆遷占地少、影響交通少、投資少、擾民少等四大優(yōu)點(diǎn)。與盾構(gòu)法相比，具有簡(jiǎn)單易行，勿需專用設(shè)備，靈活多變，適應(yīng)不同跨度、多種斷面形式，節(jié)省投資的優(yōu)點(diǎn)。

3.2 盾構(gòu)法

盾構(gòu)開挖技術(shù)，是用一種隧道掘進(jìn)的專用工程機(jī)械——盾構(gòu)機(jī)沿隧洞軸線邊向前推進(jìn)邊對(duì)土壤進(jìn)行挖掘的施工技術(shù)。具有自動(dòng)化程度高、節(jié)省人力、施工速度快、一次成洞、不受氣候影響，開挖時(shí)可控制地面沉降、減少對(duì)地面建筑物的影響和在水下開挖時(shí)不影響水面交通等特點(diǎn)。

（1）盾構(gòu)選型

盾構(gòu)選型應(yīng)從安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性等方面綜合考慮，所選擇的機(jī)型要能盡量減少輔助施工并能確保施工安全可靠。不同類型的盾構(gòu)適應(yīng)的地質(zhì)范圍不同，盾構(gòu)選型的主要依據(jù)是土質(zhì)條件、巖性，要確保所選擇的盾構(gòu)能適應(yīng)地質(zhì)條件、能保持開挖面穩(wěn)定。

地層滲透系數(shù)是盾構(gòu)選型的重要因素。根據(jù)歐美和日本的施工經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)?shù)貙拥臐B透系數(shù)小于10～5cm/s時(shí)，可選用土壓平衡盾構(gòu)；當(dāng)滲透系數(shù)在 10～5 cm/s 到10～2 cm/s之間時(shí)，可選用土壓平衡盾構(gòu)也可選用泥水盾構(gòu)；當(dāng)?shù)貙拥臐B透系數(shù)大于 10～2 cm/s時(shí)，宜選用泥水盾構(gòu)，如采用土壓平衡盾構(gòu)，開挖倉(cāng)中添加劑將被稀釋，水、砂、砂礫相互混合后，土碴不易形成具有良好塑性及止水性碴土，在螺旋機(jī)出碴門處易發(fā)生噴涌。

（2）從地質(zhì)條件來看，杭州地鐵可使用加泥式土壓平衡盾構(gòu)和泥水平衡盾構(gòu)。但使用加泥式土壓平衡盾構(gòu)在砂層和砂礫（泥礫）石層施工時(shí)，需要向開挖倉(cāng)中注添加劑，以改善碴土的性能，使其成為具有良好塑流性、低摩擦系數(shù)及止水性的碴土，且對(duì)于砂礫（泥礫）石層，開挖破碎后可能會(huì)有大顆粒碴土，需要考慮螺旋輸送機(jī)通過粒徑的能力。泥水盾構(gòu)能適應(yīng)粉質(zhì)土、砂層和砂礫（泥礫）石層等各種地質(zhì)，對(duì)于砂礫（泥礫）石層，可在泥水平衡倉(cāng)內(nèi)設(shè)置破碎機(jī)。

（3）盾構(gòu)選型要依據(jù)招標(biāo)文件、工程勘察報(bào)告、隧道設(shè)計(jì)、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，針對(duì)工程特點(diǎn)及難點(diǎn)、隧道設(shè)計(jì)參數(shù)、盾構(gòu)施工工藝、進(jìn)度要求等因素進(jìn)行分析。對(duì)盾構(gòu)類型、驅(qū)動(dòng)方式、功能要求、主要技術(shù)參數(shù)、輔助設(shè)備的配置等進(jìn)行研究，并邀請(qǐng)具有同類盾構(gòu)制造經(jīng)驗(yàn)的國(guó)際著名的盾構(gòu)制造商共同參與，邀請(qǐng)國(guó)內(nèi)外盾構(gòu)設(shè)計(jì)、隧道設(shè)計(jì)及盾構(gòu)施工方面的專家，經(jīng)過反復(fù)論證和研究，參照類似工程盾構(gòu)的選型及施工情況，完成適應(yīng)杭州地鐵區(qū)間隧道施工盾構(gòu)的選型工作，確定盾構(gòu)方案、主要功能、主要技術(shù)性能參數(shù)及輔助設(shè)備的配置。盾構(gòu)采購(gòu)應(yīng)在建設(shè)管理單位指導(dǎo)下進(jìn)行國(guó)際性招標(biāo)，邀請(qǐng)建設(shè)單位專家審核盾構(gòu)國(guó)際招標(biāo)文件。盾構(gòu)的選型是盾構(gòu)法施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接影響盾構(gòu)隧道的安全、質(zhì)量、工藝及成本。為了保證杭州地鐵工程的順利完成，必須重視盾構(gòu)的選型工作。

3.3盾構(gòu)工作井

對(duì)于適用盾構(gòu)施工的區(qū)間，還要重視盾構(gòu)工作井的安排。盾構(gòu)工作井平面位置的確定主要考慮以下幾方面的因素。

（1）盾構(gòu)進(jìn)出洞覆土厚度。盾構(gòu)進(jìn)出洞是盾構(gòu)施工中的難點(diǎn)和關(guān)鍵，覆土過厚或過薄對(duì)工程均不利。覆土過厚會(huì)導(dǎo)致工作井基坑深度增加，施工難度加大，工程費(fèi)用增高，出洞端土體加固難度加大，工程量加大。覆土過淺不能保證盾構(gòu)施工安全或?qū)Φ孛嬗绊懠哟?。一般?jīng)驗(yàn)而言，盾構(gòu)進(jìn)出洞覆土厚度按不小于0.5 D（D為盾構(gòu)直徑）考慮。

（2）地下管線及地下構(gòu)筑物。工作井不宜設(shè)在地下管線密集或有地下構(gòu)筑物的地方，以免增加管線拆遷或保護(hù)的工程費(fèi)用和工作井的施工難度。

（3）工作井周圍地面建筑物。由于工作井基坑開挖深度往往超過20 m，且基坑平面尺寸較大，因此，應(yīng)避免工作井周圍有高層建筑物，以免增加基坑支護(hù)難度，對(duì)地面建筑物造成不利影響。

（4）施工場(chǎng)地。工作井是盾構(gòu)安裝、調(diào)試及開始掘進(jìn)或結(jié)束掘進(jìn)、回收的地點(diǎn)，也是管片運(yùn)輸?shù)闹匾ǖ?，加上工作井本身?guī)模大，施工復(fù)雜，因此，附近所需施工場(chǎng)地面積大，運(yùn)輸條件要求高，在工作井位置選擇時(shí)必須予以重視。

（5）工作井處線路線型。工作井內(nèi)盾構(gòu)進(jìn)出洞時(shí)應(yīng)盡量位于直線上或大半徑曲線上，以使盾構(gòu)進(jìn)出洞時(shí)施工工序盡量簡(jiǎn)單，以確保盾構(gòu)進(jìn)出洞時(shí)的施工安全。此外，如果隧道設(shè)有匝道，匝道變速車道的設(shè)置需加寬結(jié)構(gòu)內(nèi)凈空，盾構(gòu)段應(yīng)位于加寬以外。

4、施工環(huán)境保護(hù)

目前的城市施工，越來越多地考慮到環(huán)境保護(hù)問題，如在施工過程中選用泥水平衡盾構(gòu)，就要充分考慮到泥漿的處理、泥水場(chǎng)地的布置等。結(jié)合《中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)法》和《中華人民共和國(guó)環(huán)境影響評(píng)價(jià)法》，編制施工工藝和設(shè)計(jì)時(shí)，必須充分考慮到各項(xiàng)環(huán)保的要求。同時(shí)要結(jié)合《建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境保護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)定》減少工程對(duì)城市景觀的影響并采取保護(hù)措施。

對(duì)城市景觀的影響：

隨著歷史的變遷、人口的增長(zhǎng)，后修建的建筑處于雜亂、無規(guī)律、無規(guī)劃的狀態(tài)，對(duì)鄭州原有特色風(fēng)貌的建筑存在嚴(yán)重的遮蔽影響，很多優(yōu)秀的歷史建筑，如果在地鐵隧道施工的過程中保護(hù)措施不當(dāng)或不力，極易造成優(yōu)秀歷史建筑破壞。為保護(hù)歷史風(fēng)貌，滿足其文化及城市景觀定位，在隧道的施工過程中應(yīng)采取積極有效的城市景觀保護(hù)措施。

自然景觀：自然景觀的保護(hù)及利用應(yīng)與城市文化景觀特色的創(chuàng)造相結(jié)合，使地鐵隧道施工對(duì)風(fēng)貌建筑的影響降低到最低限度，施工中需要對(duì)有保護(hù)價(jià)值的風(fēng)貌建筑采取各種技術(shù)手段予以保護(hù)。

5、結(jié)語

總之，地鐵施工要實(shí)事求是，確定合理工期，合理造價(jià)。不合理工期、不合理造價(jià)是造成質(zhì)量差、工程壽命短及安全事故發(fā)生的主要原因。要建立循環(huán)經(jīng)濟(jì)的理念，要有系統(tǒng)地下工程的理念，要有方便運(yùn)營(yíng)維修的理念，要有保護(hù)環(huán)境的理念，要有重視方案設(shè)計(jì)比選的理念，使杭州地鐵的建設(shè)獲得經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益雙豐收。