基于礦山法施工技術(shù)的區(qū)間隧道設(shè)計(jì)
——以福州地鐵6 號(hào)線林浦站—樟嵐站區(qū)間為例

劉 棟

（廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院股份有限公司,廣東 廣州 510030）

0 引言

在現(xiàn)代城市交通系統(tǒng)中，地鐵作為一種快速、便捷、環(huán)保的公共交通方式，為人們的出行帶來了極大的便利[1]。隧道作為地鐵線路的重要組成部分，對(duì)于地鐵線路的安全性和運(yùn)營效益起著至關(guān)重要的作用。因此，隧道設(shè)計(jì)的科學(xué)性和合理性對(duì)于地鐵建設(shè)至關(guān)重要。隨著地鐵建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和復(fù)雜地質(zhì)條件的增加，傳統(tǒng)的隧道設(shè)計(jì)方法已經(jīng)不能完全滿足實(shí)際需求[2]。礦山法施工技術(shù)作為一種新興的隧道設(shè)計(jì)和施工方法，逐漸受到了廣泛關(guān)注和應(yīng)用[3]。與傳統(tǒng)技術(shù)相比，礦山法施工技術(shù)具有更高的靈活性和效率，能夠解決復(fù)雜地質(zhì)條件下的難題，提高工程施工的質(zhì)量和效率。該文以福州地鐵6 號(hào)線林浦站—樟嵐站區(qū)間的隧道設(shè)計(jì)為例，探討和研究基于礦山法施工技術(shù)的區(qū)間隧道設(shè)計(jì)。通過對(duì)設(shè)計(jì)過程的總結(jié)和展望，提出基于礦山法施工技術(shù)進(jìn)一步完善隧道設(shè)計(jì)的建議，希望該文的研究成果能夠?yàn)榈罔F隧道設(shè)計(jì)領(lǐng)域的發(fā)展提供啟示和支持，進(jìn)一步推動(dòng)城市交通系統(tǒng)的現(xiàn)代化建設(shè)。

1 工程概況

該項(xiàng)目施工范圍臨近地鐵6 號(hào)線林浦站—樟嵐站區(qū)間、6 號(hào)線樟嵐站B 號(hào)出入口、6 號(hào)線樟嵐站－梁厝站區(qū)間及6 號(hào)線樟嵐出入場(chǎng)線區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)；燕浦河河道平面上與6 號(hào)線樟嵐站－梁厝站區(qū)間及6 號(hào)線樟嵐出入場(chǎng)線區(qū)間垂直相交布置，燕浦支河河道平面上與6 號(hào)線林浦站—樟嵐站區(qū)間、6 號(hào)線樟嵐站B 號(hào)出入口垂直相交布置，工程概況詳情見表1。

表1 工程概況表

樟嵐站（原蘆岐站，以下均稱“樟嵐站”）為6 號(hào)線第三個(gè)車站。6 號(hào)線林浦站—樟嵐站區(qū)間起點(diǎn)位于林浦站，沿福泉高速公路南側(cè)往東南方向行進(jìn)，中部下穿福泉高速公路，進(jìn)入樟嵐站，上行線里程為SK1+329.571~SK3+799.407，全長2 469.836 m，寬度為5.0 m，結(jié)構(gòu)底板埋深16.00~83.00 m，埋深標(biāo)高-1.29~-19.70 m，擬采用盾構(gòu)法+礦山法施工。

2 基于礦山法施工技術(shù)的區(qū)間隧道設(shè)計(jì)施工要點(diǎn)

2.1 前期準(zhǔn)備與方案設(shè)計(jì)

在實(shí)施礦山法隧道施工前，需要進(jìn)行詳細(xì)的方案設(shè)計(jì)，包括確定開挖順序、盾構(gòu)井的位置、隧道斷面形狀、支護(hù)方式等[4-5]。同時(shí)，還需制定詳細(xì)的施工計(jì)劃，包括開挖速度、支護(hù)周期等，礦山法隧道與盾構(gòu)井的接口結(jié)構(gòu)立面圖如圖1 所示。

圖1 6 號(hào)線林浦站—樟嵐站區(qū)間礦山法隧道與盾構(gòu)井接口立面圖

6 號(hào)線林浦站—樟嵐站區(qū)間線路出林浦站向東走行到達(dá)樟嵐站，分別在里程SK2+484.557 設(shè)置一處中間風(fēng)井兼聯(lián)絡(luò)通道，在里程SK3+530.000 設(shè)置一處明挖盾構(gòu)井兼聯(lián)絡(luò)通道。區(qū)間隧道覆土最大厚度74 m，最小厚度13.4 m。礦山法穿越主要地層為（8-1）中風(fēng)化花崗巖，圍巖等級(jí)為Ⅲ~Ⅳ。暗挖隧道初期支護(hù)采用C25 噴射混凝土（早強(qiáng)），P6；二襯結(jié)構(gòu)采用C40 模筑混凝土，P12。

2.2 盾構(gòu)井開挖

基于礦山法施工技術(shù)進(jìn)行施工的過程中，盾構(gòu)井是一個(gè)關(guān)鍵的步驟。它通常涉及區(qū)間隧道的進(jìn)出口以及盾構(gòu)機(jī)的安裝和運(yùn)行。

盾構(gòu)井的位置是根據(jù)工程設(shè)計(jì)、隧道線路和地質(zhì)情況來確定的。井口的位置應(yīng)該考慮盾構(gòu)機(jī)的進(jìn)出口，同時(shí)要保證施工的安全性和效率。在該工程中，盾構(gòu)井位于隧道的起點(diǎn)或終點(diǎn)。在確定盾構(gòu)井位置前，需要進(jìn)行詳細(xì)的地質(zhì)調(diào)查和勘探，以了解地下地質(zhì)情況、地層性質(zhì)、地下水位等。這些數(shù)據(jù)將有助于確定盾構(gòu)井的位置并確保位置設(shè)置的安全性。透水量對(duì)盾構(gòu)井位置的確定至關(guān)重要。透水量（Q）可以使用達(dá)西公式進(jìn)行估算，如式（1）所示：

式中，k——滲透系數(shù)；A——過濾面積；i——水頭損失；n——滲透率系數(shù)；S——水頭落差。如果盾構(gòu)井位置的地下水位變化較大，則需要計(jì)算并預(yù)測(cè)地下水位在施工過程中的變化。如果地下水位的變化幅度超過了1 m，即發(fā)生較大的變化時(shí)可能會(huì)對(duì)隧道施工產(chǎn)生顯著影響；如果地下水位的變化在0.5 m 以下，被視為變化不大，對(duì)施工影響較小。采用常規(guī)的土方開挖方法完成盾構(gòu)井的開挖，具體的開挖流程如圖2 所示。

圖2 盾構(gòu)井開挖流程

在盾構(gòu)井開挖前需要進(jìn)行準(zhǔn)備工作，包括確定開挖位置、清理現(xiàn)場(chǎng)、設(shè)置施工圍擋等。施工圍擋用于防止土方坍塌，保護(hù)施工人員和設(shè)備安全。盾構(gòu)井的開挖通常從頂部開始，使用挖掘機(jī)、鉆機(jī)等設(shè)備逐層進(jìn)行土方開挖。開挖的過程中要確保土方的穩(wěn)定，避免坍塌。開挖后需要進(jìn)行土方的運(yùn)輸和處理，使用裝載機(jī)、運(yùn)輸車等設(shè)備將土方運(yùn)出盾構(gòu)井，并根據(jù)需要進(jìn)行臨時(shí)堆放或處理。頂部開挖后，進(jìn)行盾構(gòu)井側(cè)壁的開挖，最后進(jìn)行底部的開挖。底部開挖需要更小型的設(shè)備，以確保在狹窄的空間內(nèi)完成開挖。盾構(gòu)井開挖過程中，需要根據(jù)地質(zhì)情況和土方穩(wěn)定性，設(shè)置錨桿進(jìn)行支護(hù)和加固。在開挖過程中，為解決遇到地下水滲入的情況，需要設(shè)置排水設(shè)施，將地下水排出盾構(gòu)井，以確保施工現(xiàn)場(chǎng)的安全。在開挖過程中，需要進(jìn)行地下水位監(jiān)測(cè)、土方變形監(jiān)測(cè)，以確保土方的穩(wěn)定性和支護(hù)效果。在盾構(gòu)井開挖完成后，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行清理和整理，確保沒有殘留的材料和設(shè)備，為后續(xù)的盾構(gòu)機(jī)安裝和施工做好準(zhǔn)備。

2.3 支護(hù)與加固

2.3.1 錨固支護(hù)

該工程通過錨桿等材料將巖體固定在隧道周圍，增強(qiáng)巖體的穩(wěn)定性。在進(jìn)行錨固支護(hù)前，清理支護(hù)面和施工現(xiàn)場(chǎng)，確保支護(hù)面的光滑和清潔，以便錨桿的黏結(jié)和固定。之后將錨固桿預(yù)先安裝到支護(hù)面上，根據(jù)設(shè)計(jì)要求和施工方案確定錨桿的數(shù)量和位置，在中間風(fēng)井位置（SK2+484.557）以及明挖盾構(gòu)井位置（SK3+530.000）區(qū)域定下錨桿，錨桿的直徑為32 mm，使用鉆機(jī)在支護(hù)面上鉆孔，將錨桿埋入孔中，錨桿之間的距離為50 mm，深度相同，錨桿材質(zhì)為鋼筋，破斷強(qiáng)度不低于490 MPa。在鉆孔中注入灌漿材料，即混凝土或聚合物灌漿，灌漿的作用是填充鉆孔，增加錨桿與巖體之間的黏結(jié)力。將錨桿插入灌漿的鉆孔中，確保錨桿與巖體緊密接觸。待灌漿固化后，錨桿就會(huì)與巖體固定在一起。有些錨固系統(tǒng)允許錨桿的伸縮，以適應(yīng)地質(zhì)變化和隧道的變形。在錨桿安裝過程中，需要根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整錨桿的伸縮量l，伸縮量的計(jì)算公式如式（2）所示：

式中，ΔL——地質(zhì)變形或隧道變形引起的錨桿位移量；Δd——錨桿的初始伸縮量。灌漿固化需要一定的時(shí)間，在開始下一步工作前，需確保灌漿已經(jīng)充分固化，以確保錨固的穩(wěn)定性。在錨固支護(hù)過程中，進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)和質(zhì)量控制，確保錨固的效果符合設(shè)計(jì)要求。

2.3.2 二次襯砌

在基于礦山法施工技術(shù)的區(qū)間隧道設(shè)計(jì)中，二次襯砌是保障隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和安全的重要環(huán)節(jié)。二次襯砌階段仍需關(guān)注結(jié)構(gòu)混凝土與鋼管片接觸部位的支護(hù)，通過在對(duì)應(yīng)部位焊接錨筋，并在縱向筋與鋼管片的搭接處采用L 字形焊接的方式增強(qiáng)連接強(qiáng)度。采用混凝土管片需在二次襯砌時(shí)繼續(xù)注意支護(hù)措施，在制作混凝土管片時(shí)，保證鋼筋錨固在管片頭部，然后連接其他鋼筋，確保整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。模板立模采用16#槽鋼制作的碹骨作為模板支撐，碹骨間距仍應(yīng)保持在1 000~1 500 mm 之間。碹骨底腳處加型鋼橫撐，以避免澆混凝土?xí)r側(cè)墻內(nèi)移。在進(jìn)行二次襯砌時(shí)，對(duì)碹骨和模板進(jìn)行加固，防止模板傾倒和坍塌。在二次襯砌的混凝土澆筑過程中，均勻布置振搗點(diǎn)，控制振搗程度，確?；炷恋馁|(zhì)量，遵循四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)“不出現(xiàn)氣泡、混凝土不下沉、表面不泛漿、表面形成水面”，以此保持混凝土澆筑的連續(xù)性，以保障隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

3 結(jié)語

綜上所述，該文通過對(duì)福州地鐵6 號(hào)線林浦站—樟嵐站區(qū)間的隧道設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，探討了礦山法施工技術(shù)在區(qū)間隧道設(shè)計(jì)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)和適用性。該文從確定盾構(gòu)井的位置，分析如何進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)的安裝調(diào)試等方面總結(jié)了基于礦山法施工技術(shù)的區(qū)間隧道設(shè)計(jì)施工要點(diǎn)，以便施工順利推進(jìn)。希望該文的研究成果能夠?yàn)轭愃祈?xiàng)目的設(shè)計(jì)和施工提供有益的經(jīng)驗(yàn)和指導(dǎo)，為地鐵隧道設(shè)計(jì)領(lǐng)域的發(fā)展作出一定貢獻(xiàn)，推動(dòng)未來地鐵線路的建設(shè)和運(yùn)營，推動(dòng)城市交通系統(tǒng)的發(fā)展。