大跨度礦山法地鐵隧道快速施工技術(shù)

宋喜輝

摘要：地鐵建設(shè)已經(jīng)成為了當(dāng)前我國城市發(fā)展建設(shè)中主要的建設(shè)項目，在地鐵施工中，部分城市由于城市地質(zhì)條件的復(fù)雜性，常需要使用大跨度礦山法進(jìn)行地鐵隧道的開挖施工。在大跨度礦山法地鐵隧道快速施工中，需要使用支護(hù)對隧道進(jìn)行保護(hù)，以保障施工安全性，避免施工危險問題的發(fā)生。本文對大跨度礦山法地鐵隧道快速施工技術(shù)的技術(shù)原理進(jìn)行剖析，并通過實際工程案例，對快速施工技術(shù)的技術(shù)難點及要點進(jìn)行研究，以推動我國城市地鐵建設(shè)發(fā)展。

Abstract： Subway construction has become the main construction project in the current urban development and construction in China. In the construction of subways， due to the complexity of urban geological conditions， large-span mining methods are often used to excavate subway tunnels. In the rapid construction of a large-span subway tunnel， it is necessary to use support to protect the tunnel to ensure the safety of construction and avoid the occurrence of dangerous problems in construction. This paper analyzes the technical principles of the rapid construction technology of large-span subway tunnels， and studies the technical difficulties and points of rapid construction technology through actual engineering cases to promote the development of urban subway construction in China.

關(guān)鍵詞：大跨度礦山法;地鐵隧道;快速施工技術(shù);難點;要點

0? 引言

礦山法施工也稱之為噴錨暗挖法施工，主要就是指通過地下坑道開發(fā)的作業(yè)形式來實現(xiàn)隧道構(gòu)建施工的一種傳統(tǒng)施工方法。礦山法施工的基本技術(shù)原理就是隧道開挖以后在爆破的影響下，使隧道的巖體出現(xiàn)破裂情況，隧道巖體整體呈現(xiàn)為松弛狀態(tài)。根據(jù)松弛荷載理念基礎(chǔ)，通過噴錨支護(hù)的方式，對隧道巖體按照順序采取分割式開挖的方式。由于隧道巖體松弛，礦山法施工中常會存在巖體坍落的可能，因此在開挖過程中必須通過開挖與支撐同步進(jìn)行的施工方式，以充分保證其施工安全性。

1? 礦山法的主要類型

在當(dāng)前我國城市化發(fā)展進(jìn)程中，城市人口數(shù)量激增，雖然為城市發(fā)展奠定了充足的人力資源保障基礎(chǔ)，但也給城市交通運營事業(yè)的發(fā)展帶來了巨大壓力。為了緩解當(dāng)前我國城市發(fā)展中存在的嚴(yán)重交通擁堵問題，人們對城市地鐵軌道交通線路建設(shè)的重視程度逐漸上升，成為了城市發(fā)展中民生工程建設(shè)的重點項目。由于城市位置的差異性，部分城市的地質(zhì)環(huán)境和水文條件較為復(fù)雜，在城市地鐵隧道施工中，常會使用大跨度礦山法。礦山法是當(dāng)前城市地鐵施工建設(shè)中常見的一種隧道開挖技術(shù)方式，對于城市地鐵施工建設(shè)具有重要意義[1]。礦山法根據(jù)施工過程中襯砌施工順序的不同可以分為先拱后墻法以及先墻后拱法兩大類，而先墻后拱法有分為漏斗棚架法、臺階法、全斷面法和上下導(dǎo)坑法等等，而在大跨度隧道的礦山法應(yīng)用中，也常會輔以另一種特殊的先墻后拱法，稱之為側(cè)壁導(dǎo)坑先墻后拱法，同時，通過先拱后墻法和漏斗棚架法的特點結(jié)合應(yīng)用，還能夠形成一種居于兩者之間的蘑菇型法。這些方法在城市地鐵隧道挖掘中都具有較高的使用價值，是提升特殊地質(zhì)環(huán)境和水文條件下地鐵隧道開挖速度的重要施工技術(shù)方式，對于我國城市地鐵建設(shè)發(fā)展有著重要的推動意義，并且不同的方法是對應(yīng)不同的地質(zhì)巖層環(huán)境的，實現(xiàn)了對我國大部分地質(zhì)巖層環(huán)境的覆蓋，保證了礦山法能夠在地鐵隧道施工中得到廣泛應(yīng)用。

2? 工程概況分析

W市地鐵27線建設(shè)項目是為了緩解W市城市交通運營壓力而最新規(guī)劃的城市地鐵線路，由于W市本身的地質(zhì)條件特色和城市地質(zhì)水文環(huán)境，在該線路的地鐵施工規(guī)劃中，地鐵出入場線區(qū)間的工程施工段分為U型槽段、明挖段以及暗挖段三大部分。而27號線路中的暗挖段全長1.3km，工程中設(shè)計的起點里程為RDK0+074.2，而線路終點里程設(shè)計為RDK1+366.5，實現(xiàn)了對工程暗挖段的全程設(shè)計。在W市的27號線地鐵工程線路施工建設(shè)中，以工程豎井為界限，工程隧道分為單洞雙線隧道和單洞單線隧道建設(shè)兩個部分，并且隧道線路穿越W市一條主干街道、一座實驗中學(xué)、部分居民區(qū)域以及人流量較大的城市森林公園，并且施工時間正處于學(xué)校上學(xué)時間，主干道車流量以及森林公園的日人流量都比較大，對施工速度有嚴(yán)格要求。而施工技術(shù)人員聯(lián)合城市地質(zhì)管理局，對該工程的地質(zhì)水文條件進(jìn)行了分析，得出了如下結(jié)論：27號線地鐵隧道埋深最淺處為45.5m，最深處為62.5m，隧道所經(jīng)過的地層為中風(fēng)化灰?guī)r的巖體結(jié)構(gòu)，屬于Ⅲ級圍巖，硬度較高，工程的地下水主要為基巖裂縫水和巖體融水。隧道施工地段的基巖埋深較淺，基巖裂隙發(fā)育，具有良好的入深條件，并且中風(fēng)化基巖的富水程度一般，部分灰?guī)r基巖及溶洞富水工程較高。根據(jù)施工技術(shù)人員的詳細(xì)分析，擬定在本工程中摒棄傳統(tǒng)隧道施工的CRD和CD施工方法，以礦山法的雙側(cè)導(dǎo)坑法配合調(diào)臺階法施工，以全面提升施工速度，節(jié)約施工周期，降低對路面主干道、學(xué)校、城市森林公園以及居民的施工影響。

3? 工程中大跨度礦山法地鐵隧道快速施工技術(shù)要點

在W市27號線地鐵隧道開挖施工中，地鐵隧道的外輪廓為縱向直徑10.4m、橫向直徑為13.7m的橢圓形隧道設(shè)計，以礦山法中的雙側(cè)導(dǎo)坑法和臺階法配合施工應(yīng)用，根據(jù)工程的實際施工情況，將隧道分為六個部分，上中下分為三部分，左右兩部分，由左到右、由上而下分別編號為1-6號施工橫斷面，分別在1號橫斷面和2號橫斷面上方支設(shè)拱部超前長管棚和超前小導(dǎo)管，在隧道中間位置架設(shè)臨時鋼架支撐架構(gòu)，并分別在3-6號橫斷面施工位置以注漿錨桿進(jìn)行支護(hù)，然后根據(jù)根據(jù)隧道開挖的施工順序結(jié)構(gòu)逐一畸形鋼架支護(hù)，以充分保障施工的安全性。在隧道橫斷面施工中，以“弱爆破、強(qiáng)支護(hù)”輔以“早封閉、勤測量”的施工技術(shù)原則為基礎(chǔ)進(jìn)行分段開挖，以礦山法中的臺階法由上而下進(jìn)行三臺階橫斷面土方開挖，并根據(jù)隨挖隨支的技術(shù)方式對隧道開挖施工進(jìn)行安全保護(hù)。并且在隧道橫斷面開挖過程中，1-4號導(dǎo)坑橫斷面的開挖施工高度要控制在4m以內(nèi)，以充分保證其施工便利性，5-6號導(dǎo)坑橫斷面土方開挖高度控制2.7m以內(nèi)，最終實現(xiàn)對隧道的開挖施工。并且在開挖前，還需要對1號導(dǎo)坑進(jìn)行注漿加固，以保證隧道圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，并對隧道圍巖的溶洞進(jìn)行處理，然后開始1號導(dǎo)坑的橫斷面開挖工作，并根據(jù)上述設(shè)計的開挖順序，以此進(jìn)行開挖及支護(hù)。并且在工程施工實際中，1-4號導(dǎo)坑進(jìn)行了5-6m的開挖與支護(hù)距離錯開，為挖掘土方的運輸提供了必要的通道;而導(dǎo)坑4與導(dǎo)坑5則將開挖與支護(hù)錯開60m，以保證開挖施工的操作空間需要。在該工程的大跨度礦山法施工應(yīng)用中，其施工技術(shù)要點主要在以下幾個方面：

第一，該工程施工中地鐵隧道穿越區(qū)域巖溶狀態(tài)較為活躍，容易對施工產(chǎn)生影響。因此，在該工程的隧道橫斷面土方施工開挖前必須要預(yù)先作為精確的地質(zhì)巖溶情況分析與預(yù)報，并在施工過程中，關(guān)注隧道圍巖破損情況以及與隧道緊密相連的溶洞問題，并需要預(yù)先對隧道周圍的圍巖進(jìn)行注漿加固處理，在加固施工完成后，才能夠進(jìn)行隧道開挖施工，以確保隧道開挖工作的整體安全性。

第二，在隧道橫斷面土方開挖施工工前，必須高質(zhì)量落實隧道拱頂超前支護(hù)施工。在礦山法的隧道拱頂支護(hù)施工中，主要是采用超前長管棚和小導(dǎo)管進(jìn)行施工，并且必須嚴(yán)格控制施工精度和拱頂支護(hù)的搭接長度[2]。并且在拱頂支護(hù)超前施工中，必須嚴(yán)格保證超前長管棚與小導(dǎo)管不能侵入隧道內(nèi)部，以免影響隧道工程開挖施工的安全性。

第三，隧道橫斷面土方開挖施工中，需要遵循弱爆破原則，采用弱爆破法進(jìn)行爆破施工，并且根據(jù)由上而下的劃分，上中下三個施工斷面進(jìn)行交替是爆破施工，并要充分保證炮眼的開挖深度以及裝藥量符合施工需求，避免出現(xiàn)不合理開挖炮眼或裝藥過量、不足的情況，導(dǎo)致施工中出現(xiàn)不確定的危險因素，隧道挖掘施工埋下不安全隱患。

第四，在隧道橫斷面的開挖施工過程中，也需要以“短進(jìn)尺”作為施工基礎(chǔ)要求，并且在每一個斷面開挖施工時都要對開挖進(jìn)尺和開挖高度進(jìn)行把控。在W市27號線地鐵隧道暗挖段工程進(jìn)行礦山法施工時，根據(jù)工程的實際情況，施工技術(shù)人員將開挖循環(huán)進(jìn)尺設(shè)計為2.5m，開挖的高度設(shè)計為3.5-4m，根據(jù)實際施工情況進(jìn)行小幅度的高度調(diào)節(jié)，以充分保證施工過程中的安全性，并降低對地面交通運行、學(xué)校工作以及森林公園的影響。

第五，嚴(yán)格落實隧道開挖過程中的圍巖初期封閉以及臨時支護(hù)、初期支護(hù)等工作。在工程施工開展中，施工設(shè)計技術(shù)人員根據(jù)27號線地鐵隧道穿越地質(zhì)的實際地質(zhì)條件，在每一步開挖施工后都需要立即噴射3-5cm砼封閉，然后進(jìn)行外掛網(wǎng)以及臨時鋼結(jié)構(gòu)支護(hù)等支護(hù)施工的跟進(jìn)。與此次同時，還要落實鎖腳錨桿以及系統(tǒng)錨桿的保護(hù)施工，并要根據(jù)隧道圍巖狀態(tài)，在隧道下臺階墻體上對拱腳進(jìn)行加固，以避免出現(xiàn)拱腳落空的危險施工情況。

第六，保證隧道初支工作面的互通性。這一點主要是方便與施工中開挖土渣的外運工作，充分保證裝載機(jī)或者運送車輛具有充足的操作空間，還要在隧洞中配以棧橋結(jié)構(gòu)，以充分保證渣土運輸工作的順利開展。并且在施工過程中，還要以30m為界限進(jìn)行10m中隔壁拆除，為運輸設(shè)備的操作、通行等創(chuàng)造有利條件，實現(xiàn)初支施工中左右兩側(cè)施工作業(yè)面的相通。

第七，灌注二次襯砌施工。灌注二次襯砌施工作為城市地鐵線路暗挖段施工礦山法應(yīng)用的重要環(huán)節(jié)，在施工過程中必須嚴(yán)格按照施工標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，對中隔壁臨時支護(hù)進(jìn)行拆除操作，并要在臨時支護(hù)的拆除過程中跟隨進(jìn)行測量，以保證灌注二次襯砌施工的科學(xué)性[3]。在中隔壁臨時支護(hù)拆除施工中，每次的拆除長度要控制在15m 以內(nèi)，并且在中隔壁臨時支護(hù)拆除后，及時落實仰拱施工，保證隧道開挖的施工安全性。

第八，隧道開挖施工中施工監(jiān)測制度落實的要點。在城市地鐵隧道暗挖段施工中應(yīng)用礦山法施工時，需要對一些關(guān)鍵部位落實嚴(yán)格的施工監(jiān)測工作，對部分施工關(guān)鍵點進(jìn)行實測，一旦發(fā)生監(jiān)測部位的實測值與設(shè)計值不符的施工情況時，就要及時進(jìn)行支護(hù)格柵和鋼架支護(hù)施工，以避免隧道施工中出現(xiàn)位移甚至變形，提升隧道開挖施工的整體質(zhì)量。

4? 結(jié)束語

現(xiàn)階段城市地鐵建設(shè)已經(jīng)成為了城市發(fā)展中的基礎(chǔ)民生工程建設(shè)項目，在施工過程中，必須根據(jù)城市地質(zhì)情況信息以及地質(zhì)水文情況對暗挖施工段的施工方案進(jìn)行科學(xué)化設(shè)計，合理化應(yīng)用礦山法進(jìn)行隧道開挖，全面提升隧道挖掘施工的質(zhì)量和速度，推動城市地鐵建設(shè)事業(yè)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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