談城市地鐵區間隧道施工方法

王立志

(西安建筑科技大學華清學院，陜西西安 710043)

0 引言

隨著地鐵建設快速發展，各種施工方法的區間隧道也越來越多的出現。城市中修建區間隧道受到地面建筑，城市交通，環境保護等諸方面影響，比一般的山嶺隧道施工技術要求更高，難度更大。國內區間隧道比較常見的施工方法為明挖法及暗挖法，暗挖法又可分為淺埋暗挖法及盾構法。本文對各種施工方法進行了詳細的論述，并對明挖法各種圍護形式進行了對比分析，對淺埋暗挖法的施工步驟進行了針對性的說明，重點交代了盾構法在區間隧道施工中的適應性、斷面形式及盾構法施工對區間功能及車站的影響等內容，并對盾構法在地鐵區間隧道中的優越性及前景進行了論述。

1 明挖法

明挖法是采用一定的施工措施，從上往下逐步開挖基坑的巖土，然后從下至上逐步施工結構，最后回填基坑的施工方法。明挖法施工工藝簡單、技術成熟、進度快、質量可靠、防水效果好、風險小。適用各種不同的地質條件;結構防水質量易保證、綜合造價較低。對周邊環境、市政管線和道路交通有較大影響，明挖法適用于隧道埋深較淺，且地面有足夠施工場地地段。在地面建筑少、拆遷少、地表干擾小的地區修建淺埋地下工程通常采用明挖法。

明挖法的優點是工藝簡單，容易保證質量，工期短，造價低，缺點是占地多、拆遷量大、影響交通。明挖法一般可適用于各種不同的工程地質條件。

1.1 明挖法分類

明挖法施工，根據基坑開挖深度及場地條件可采用不同的方式，明挖法按支護方式分放坡明挖和圍護明挖。放坡明挖可采用錨噴護坡、土釘墻等方式。圍護明挖有鉆孔灌注樁、人工挖孔樁、SMW工法、地下連續墻、鋼板樁等圍護結構形式。

1.2 圍護結構選擇原則

根據全國各地的明挖法施工經驗，在城市地鐵區間隧道中明挖工法選擇的一般原則是:在地面沒有交通干擾，基坑深度較小(h＜8 m)，周圍建筑較少的情況下，基坑支護依據情況采用放坡開挖或土釘墻;在基坑深度較大(h＞8 m)，周圍建筑較多的情況下，基坑支護依據情況采用加內支撐的排樁支護或多層錨桿排樁支護形式。

1.3 區間主體結構形式

當采用明挖法施工時，區間隧道一般采用矩形框架結構，其斷面內輪廓與地鐵設備限界最為接近，斷面凈空可得到充分利用，而且結構受力明確，施工方便。常用的矩形斷面分為單孔和雙孔鋼筋混凝土矩形框架結構。單線隧道采用單孔矩形斷面，雙線隧道一般采用雙孔矩形斷面，中間設隔墻分開以利于區間隧道管線布置及區間通風。根據工程類比擬定區間隧道矩形斷面見圖1，圖2。

圖1 區間單線矩形隧道結構（單位：mm）

圖2 區間雙線矩形隧道結構（單位：mm）

隧道的凈空尺寸，除滿足建筑限界要求、隧道的使用功能及施工工藝要求外，還應考慮施工誤差(含測量誤差在內)、結構變形及沉降、線路曲線等因素，給予必要的余量。

2 淺埋暗挖法

軌道交通區間隧道采用淺埋暗挖法施工是近年來為適應城市淺埋隧道的需要而發展起來的一種施工方法。目前在我國軌道交通區間隧道建設中已廣泛采用。淺埋暗挖法沿用了新奧法的基本原理，創建了信息化量測反饋設計和施工的新理念;采用先柔后剛復合式襯砌新型支護結構體系，初期支護按承擔施工過程中的土壓力，二次模筑襯砌作為安全儲備;應用淺埋暗挖法進行設計和施工時，同時采用多種輔助工法，超前支護，改善加固圍巖，利用部分圍巖的自承能力;采用不同的開挖方法及時支護、封閉成環，使其與圍巖共同作用形成聯合支護體系;在施工過程中應用監控量測、信息反饋和優化設計，避免塌方、減少沉降、保證施工安全。淺埋暗挖法施工，工藝簡單、靈活，并可根據施工監控量測的信息反饋來驗證或修改設計和施工工藝，以達到安全與經濟的目的。

2.1 淺埋暗挖法的斷面形式

淺埋暗挖法施工的結構斷面一般為馬蹄形，通常采用三心圓或五心圓斷面形式，底部設仰拱。淺埋暗挖法區間隧道根據線間距和所銜接的車站形式，一般可分為單線隧道和雙線隧道，斷面形式見圖3，圖4.

圖3 區間單線馬蹄形隧道結構（單位：mm）

隧道的凈空尺寸，除滿足建筑限界要求、隧道的使用功能及施工工藝要求外，還應考慮施工誤差(含測量誤差在內)、結構變形及沉降、線路曲線等因素，給予必要的余量。余量應根據施工的具體條件以及隧道的使用性質來確定。

2.2 淺埋暗挖法施工步驟

地鐵隧道淺埋暗挖法施工時一般采用新奧法指導施工，其中，單線隧道淺埋暗挖法施工步驟見圖5。雙線隧道淺埋暗挖法施工步驟見圖6:1)施作1拱部小導管，注漿加固地層;開挖1部土體;施作初期支護及鎖腳錨管;1號洞室初期支護封閉;2)開挖2部土體，施作初期支護及鎖腳錨管;2號洞室初期支護封閉;3)施作3拱部小導管，注漿加固地層;開挖3部土體，施作初期支護及鎖腳錨管;3號洞室初期支護封閉;4)開挖4部土體，施作初期支護及鎖腳錨管;4號洞室初期支護封閉;5)施作Ⅰ部防水層和二次襯砌，架設臨時支撐;6)拆除中隔壁，施作Ⅲ部防水層和二襯;封閉成環。待Ⅲ部混凝土達到設計強度后，拆除臨時支撐。

圖4 區間雙線馬蹄形隧道結構（單位：mm）

圖5 單線隧道淺埋暗挖法施工步驟

圖6 雙線隧道淺埋暗挖法施工步驟

2.3 淺埋暗挖法在國內地鐵工程中的應用情況

淺埋暗挖法一般適用于地層自穩性、含水量較小或有良好降水條件的地層，在國內地鐵大量使用于因功能要求而設置的大量異形斷面情況，如渡線段結構、存車線段結構、聯絡線段結構，橫通道斷面等。

3 盾構法

3.1 盾構法簡介

盾構法是暗挖隧道施工中一種先進的工法。盾構法是在盾構機鋼殼體的保護下，依靠其前部刀盤上的刀具挖掘地層，并在盾構機殼體內完成出碴、管片拼裝、推進等作業。因此盾構法施工具有良好的隱蔽性，施工引起的噪聲、振動的危害小，對城市居民的生活影響小，機械化程度高，勞動強度低。盾構法施工不僅施工進度快，而且無噪聲，無振動公害，對地面交通及沿線建筑物、地下管線和居民生活等影響較少。在我國以上海、廣州為代表，盾構在地下工程中已有較大規模的使用。盾構法具有施工進度快、作業安全、噪聲小、管片精度高、襯砌質量可靠、防水性能好、地表沉降小等優點。盾構法施工示意圖見圖7。近年來，盾構法在國內軌道交通區間隧道施工中得到了廣泛應用，并且隨著盾構施工技術不斷成熟，成本不斷降低，其在國內城市地鐵施工中所占的比例不斷上升，從最初的一兩個區間，到現在許多城市地鐵施工中已經占到區間總長度的一半以上。

圖7 盾構法施工示意圖

3.2 盾構法在城市地鐵中的適用性

盾構法施工技術在中國國內城市地鐵施工實踐中已經證明，只要盾構的選型得當，盾構施工不僅能夠加快施工速度，而且工程造價方面已經越來越顯示出優勢。

盾構施工技術從廣州地區的微風化巖層到上海地區的淤泥質地層均能夠適用。

3.3 盾構法采用的斷面形式

區間隧道采用盾構法施工時，隧道斷面形式采用圓形，其主要原因是圓形斷面結構受力好;盾構管片襯砌的形式一般有普通環及通用環，普通環為常用的標準環+左轉、右轉環(楔形環)方式，在直線段使用標準環，曲線段采用楔形環。目前國內大部分城市地鐵隧道均采用此種普通環拼裝方式。通用環形式是歐州常用的管片拼裝方式，該方式只有1種楔形環，通過其不同組合實現直線和曲線管片拼裝。單線盾構區間隧道圓形襯砌的建筑限界為φ5 100 mm，施工開挖和管片拼裝誤差150 mm，區間隧道結構內徑定為5 400，襯砌厚度300 mm，結構外徑為6 000 mm，如圖8所示。

3.4 盾構法對區間及車站的影響

盾構法因其施工工藝的特殊性，對規劃、設計、施工及管理提出了更高的要求。盾構法施工的區間內，不宜設置存車線、渡線、折返線、聯絡線等輔助線，不宜設置迂回風道，不宜設置人防隔斷門，不宜懸吊風機，聯絡通道與區間排水泵房的施工也有相當的難度。

一般的處理方法是，將輔助線的設置轉移到采用淺埋暗挖法施工的相鄰區間內;在相鄰車站的站端設置迂回風道、人防段;在必須設置區間風井的區間采用明挖法或淺埋暗挖法施工;在設置聯絡通道及區間排水泵房的地段預加固地層，在襯砌管片側壁開洞，聯絡通道及泵房采用淺埋暗挖法施工。

圖8 區間單線圓形隧道結構（單位：mm）

采用盾構法進行區間施工，一般把車站的站端作為盾構井使用。與盾構法施工區間相鄰的車站，不僅需為盾構機始發與到達提供場地及空間，也需為盾構機的吊裝提供條件。

4 結語

地鐵區間隧道的各種施工方法各有其特點，亦存在一定的局限性。根據沿線不同地段的工程地質和水文地質條件、線路埋深、地面與地下建(構)筑物及管線的分布情況、城市總體規劃要求，結合道路交通狀況，通過對技術、經濟、環境、交通影響、工期及使用功能等方面的綜合比較，合理選擇施工方法。

除埋深較淺選擇地面線、明挖、高架線外，其余區間隧道的施工方法可在淺埋暗挖和盾構之間進行選擇，區間隧道工法選擇原則是，在有條件采用盾構工法的前提下，優先選擇盾構法施工。異形斷面結構，如渡線段結構、存車線段結構、聯絡線段結構，橫通道結構等一般采用淺埋暗挖法施工。

盾構法以其良好的施工安全性、防滲漏水性、對周圍環境的影響極小等優點，在地下鐵道的建設中已成為重要的施工方法之一，尤其是隨著近年國內盾構設備技術水平的提高、盾構設備在工程成本中所占比重的下降，盾構法施工的綜合工程造價已接近甚至低于淺埋暗挖法施工，特別是在地層條件差、地質情況復雜、地下水位高等情況下盾構法已具明顯技術經濟優越性。從長遠來看，盾構法施工城市地鐵區間隧道的前景十分廣闊。

［1］ 關寶樹.隧道工程設計要點集［M］.北京：人民交通出版社，2003.

［2］ 關寶樹.隧道工程施工要點集［M］.北京：人民交通出版社，2003.

［3］ 施仲衡.地下鐵道設計與施工［M］.西安：陜西科技出版社，2006.

［4］ 劉 釗，佘才高，周振強.地鐵工程設計與施工［M］.北京：人民交通出版社，2004.

［5］ 王毅才.隧道工程［M］.北京：人民交通出版社，2002.