談淺埋暗挖隧道施工技術

劉永浩

(上海建科工程咨詢有限公司，上海 200031)

0 引言

隨著經濟的發展，尤其是隨著汽車工業的發展，私家車已經得到很大的普及，特別是在一些大中城市中尤為普及。私家車的普及方便了百姓出行的同時，也對城市的交通造成了嚴重的考驗，盡管各級政府也采取了各種措施來緩解城市道路的擁堵，但有一個不爭的事實就是無論城市道路增長速度有多快，始終無法趕上車輛的增長速度，特別是一些大城市的交通壓力更是日益嚴重。因此加快發展公共交通便很自然的提上各級政府的日程。城市公共交通中，軌道交通以運載量大、快速、準點等優點，受到了各級政府的青睞，因此近些年來軌道交通在我國的一些大城市中發展迅速。目前在城市地鐵施工中常用的施工方法有明挖法、暗挖法、蓋挖法及盾構法，各種施工方法各有優缺點，通常是在施工前，根據施工現場的實際情況加以確定。在繁華地段的鬧市區(地鐵車站多數位于這種路段)明挖、蓋挖等方法受到地理條件的限制，因此必須采用暗挖法。在繁華的城市中利用暗挖法修建車站，不可避免的要穿越地上地下各種構筑物，并且往往會遇到地質分布不均、變化萬千，給工程帶來很多的不確定因素。如控制不當會對地面建(構)筑物造成安全影響，甚至造成較大的安全質量事故，特別是一些埋深較淺的地鐵車站。經過很多工程的成功實例，淺埋暗挖法施工已經在重慶地區的地鐵施工中得到了比較普遍的應用。

本文以重慶市軌道交通6號線二期北段的終點車站五路口車站的暗挖施工為實例，結合淺埋暗挖車站施工特征，介紹淺埋暗挖車站的施工工藝。

1 工程概況

重慶市軌道交通六號線二期五路口站位于北碚老城區步行街，其范圍內原始地貌屬于構造剝蝕丘陵地貌，后經改造，原始地貌已經發生顯著變化，形成城市居民建筑區和城市道路，地形較平緩;施工通道位于勝利路側，沿勝利路和步行街接入車站底部，進行車站和區間下部開挖;同時，設置三個支通道，支通道一和三分別接入小里程端區間大跨斷面和單渡線，進行小里程端區間施工，滿足復合式TBM調頭工期需要;支通道二接入車站中板，進行車站和區間上部開挖。

1.1 工程地質與水文地質

五路口車站內分布的地層為第四系全新統及侏羅系中統沙溪廟組地層，巖層傾向285°，傾角一般為55°。出露的地層由上而下依次可分為第四系全新統(Q4)和侏羅系中統沙溪廟組(J4s)沉積巖。各地層沿途特征如表1所示。

表1 各地層地質情況

車站為原始地貌屬丘陵斜坡地貌，無統一地下水位。場地地下水主要為松散層孔隙水以及基巖裂隙水，地下水主要受大氣降水以及城市給排水管網滲漏水補給。孔隙水在填土厚度小的地段水量有限，填土厚度較大段水量相對較大，而且隨季節有所變化，在雨季松散層孔隙水量相對較大。裂隙水水量中等，主要受大氣降水補給，水量較穩定。

1.2 工程特點、難點

1)環境差。

地上為車水馬龍、高樓林立的繁華鬧市。地下管線密集、縱橫交錯。

2)埋深淺。

車站埋深為14 m～16 m。

3)斷面大(特大斷面)。

車站開挖斷面20.59 m(寬)×18.09 m(高)，面積320 m2。

4)防水等級高。

車站主體及機電設備集中區段的防水等級為一級，不允許滲水，結構表面無濕跡。

5)鉆爆開挖要求嚴。

車站及其附屬工程全部穿越城市道路與高層建筑之下，對鉆爆設計與開挖方法要求十分嚴格。

6)工期緊。

受外部環境干擾，有效作業時間短。

7)結構復雜。

車站為曲墻+仰拱的五心圓馬蹄形斷面結構的地下雙層島式車站。

2 施工順序

施工由施工通道進入TBM調頭段、單渡線、車站、折返線展開作業面，其中施工通道分為主通道、支通道一、支通道二、支通道三:支通道一在TBM調頭段中心里程位置接入其上部，而后相背掘進，完成TBM調頭段上部施工;支通道三由單渡線接入，而后相背掘進，完成單渡線施工和TBM調頭段下部、核心土施工及車站部分上導坑與下導坑、核心土施工;支通道二在車站中心里程位置接入其上部，而后相背掘進，完成車站上部施工;主通道接入車站下部，而后相背掘進完成車站下部、核心土及折返線施工; TBM調頭段、單渡線、車站、折返線二次襯砌在初期支護后緊跟施作。開挖示意圖見圖1。

圖1 開挖示意圖

3 主要工程項目施工方法及技術措施

3.1 施工通道與車站主體及大斷面TBM調頭段交叉段轉換通道施工

施工通道與車站主體及TBM調頭大斷面隧道正交，由于車站隧道斷面大，施工通道與車站主體的墻部與拱腳處相交，受力復雜，須精心組織，確保施工安全。

通道施工至車站邊墻與拱部相接處時，設3榀Ⅰ25b組合門架，以支撐車站隧道開口處的初支型鋼架。為確保安全，從車站襯砌內輪廓往外5 m范圍的通道采用40 cm厚二次襯砌進行加強。通道進入車站交叉口處結構形式見圖2。

圖2 施工通道與車站交叉口施工示意圖

施工通道進入車站采用轉換通道逐漸爬高至主洞拱頂外，將主洞拱部范圍開挖出來，采用φ42小導管超前支護，導管長度L= 4.5 m，搭接長度1.5 m，環向間距35 cm，然后往車站兩端分步開挖上部導坑、主洞底部、下部導坑、中部核心土，待開挖長度達到運輸車輛調頭，以施工通道中心線為對稱軸施工主洞開挖及初期支護，然后即可轉入車站正常施工。

交叉口5 m襯砌加強段通道采用C—C斷面(見圖3)，施工通道開挖至車站主體初支外輪廓后，采用人工方式擴挖門柱基礎、門柱及門架橫梁(尺寸見圖4)，擴挖完成后及時噴射5 cm厚C20混凝土封閉巖面，門柱坑壁巖面施作φ25藥卷錨桿，間距2.0 m，長度3.5 m帶0.3 m彎折。門架橫梁由3根型鋼拼裝而成，每根工字鋼分為2.4 m+2.7 m+2.4 m三段，接頭采用鋼板及M16高強螺栓連接，門架橫梁端部采用鋼板與M30預埋地腳螺栓與門柱連接。門架橫梁采用裝載機提升安裝，鋼梁安裝完成后，噴射10 cm的C25混凝土封閉。

交叉部位的受力狀態復雜，為危險性較大的施工部位，應嚴格按照設計進行施工。初支完成后需做二襯的加強段要及時施作，以降低風險。同時加強安全管理和加大監測頻率。

圖3 C—C斷面圖

圖4 門柱基礎、門柱及門架橫梁圖

3.2 車站隧道與大斷面TBM調頭段雙側壁導坑法

五路口站區間大斷面TBM與主車站設計為雙側壁導坑法開挖，施工步序如下:

左導洞上臺階的開挖及支護→左導洞臨時支護及立柱鋼支撐施工→右導洞上臺階的開挖及支護→右導洞臨時支護及立柱鋼支撐施工→左導洞中臺階的開挖及支護→左導洞中臺階臨時支護→右導洞中臺階的開挖及支護→右導洞中臺階臨時支護→左導洞下臺階的開挖及支護→左導洞下臺階臨時支護→右導洞下臺階的開挖及支護→右導洞下臺階臨時支護→上臺階臨時支撐鋼立柱的拆除→核心土中、下部開挖→隧道中部仰拱施工→二襯鋼筋混凝土澆筑。

隧道雙側壁導坑開挖施工步序見圖5。

圖5 隧道雙側壁導坑開挖施工步序圖

1)開挖左右上導洞1部土體，施作初期支護(錨桿、鋼架、噴射混凝土、臨時仰拱)。

2)開挖左右導洞2部土體，施作初期支護(錨桿、鋼架、噴射混凝土、臨時仰拱)。

3)開挖左右下導洞3部土體，施作初期支護(錨桿、鋼架、噴射混凝土、臨時仰拱)。

4)開挖核心土4部土體，施作初期支護(錨桿、鋼架、噴射混凝土、臨時仰拱)。

5)開挖核心土5部土體，施作初期支護(錨桿、鋼架、噴射混凝土、臨時仰拱)。

6)開挖核心土6部土體，施作初期支護(錨桿、鋼架、噴射混凝土、臨時仰拱)。

大斷面的雙側壁開挖的核心內容是將淺埋條件下的大跨度斷面的隧道分解成小斷面的隧道開挖，以減少開挖的風險。但此工法施工同時也降低了功效，增加了成本，延長了工期。故可根據圍巖的具體狀況，及時聯系設計、地勘等部門對開挖的工藝進行動態的管理和調整，適當的調整各開挖斷面的大小。圍巖狀況比較好且埋深較深時，可適當擴大開挖部的斷面，這樣可以節省成本，提高功效。但當圍巖條件較差，埋深較淺時，切不可擅自擴大開挖斷面，盲目冒進造成安全隱患。圍巖條件較差時，應及時聯系監測單位，增大監測頻率，嚴密關注圍巖的變形情況。本工程在圍巖條件較好時，就曾擴大過開挖斷面，適當擴大1，3部分的開挖，將2部分省略掉，大大加快了施工的進度，提高了功效。前提是圍巖狀況較好，征得了設計、地勘、監理、業主及監測單位的同意的前提下進行的。

4 爆破開挖

主體大跨隧道采用雙側壁導坑法開挖，爆破施工。采用控制爆破開挖方法，爆破震速控制在1.5 cm/s之內。

4.1 設計原則

1)采用微差減震控制爆破。

2)以地面建筑物基礎底部(或地面)于爆源中心距離R為安全半徑，借助于經驗公式:

并以設計質點震動波速度限值作為控制標準，進行反算各部分所允許的單段用藥量，并進行試爆試驗，取得合理的爆破參數。

其中，v為建筑物質點垂直震動速度，mm/s;Qm為炸藥重量，kg，齊發爆破按總裝藥量計算，分段爆破按最大一段藥量計算;R為自爆源到被保護建(構)筑物的距離，m;K為與巖石性質，地勢高低、爆破方法和爆破條件有關的系數，在巖石中為300～700，在土中為1 500～2 500;a為爆破地震波隨距離衰減的系數，一般為1.5～2.0，較遠距離取1.5，近距離取2.0，實際變化在0.88～2.80之間。

3)采用分部開挖，以創造多臨空面條件，每部分又分多段起爆，控制爆破規模和循環進尺，以達到控制質點震動速度不超標為目的。

4)炮眼按淺密原則布置，控制單眼裝藥量，使有限的裝藥量均勻地分布在被爆破巖體中，采用非電毫秒不對稱起爆網絡降低隧道爆破的地震動強度。

5)上部掏槽眼位盡量布置在開挖部位的底部，以加大掏槽部位的爆源至地面建筑物基礎底部(或地面)的距離，減小掏槽眼爆破對周圍建筑物的震動影響。

6)拱部開挖斷面周邊眼間均布設密排減震空眼。

7)地面、洞內均配合爆破震動監測，及時調整爆破參數，滿足施工環境需要。

4.2 爆破器材的選擇

炸藥:在無水地段，采用二號巖石硝銨炸藥;在有水地段，采用乳化炸藥，周邊炮眼采用小藥卷，φ25 mm，其他炮眼采用標準藥卷φ32 mm(乳化)、φ35 mm(銷銨)。雷管:孔外采用電雷管起爆，連接件及孔內均采用非電毫秒微差雷管(1段～15段)，15段以上雷管采用不同的段別串聯。導爆索:電雷管采用電引爆，周邊炮眼間隔裝藥采用傳爆線傳爆。

4.3 鉆爆參數的選擇

爆破參數的確定采用理論計算方法、工程類比法與現場試爆相結合，在保證爆破震動速度符合安全規定的前提下，提高隧道開挖成型質量和施工進度。

5 初期支護與二次襯砌

初期支護采用水泥砂漿錨桿加鋼筋網片、格柵拱架和噴射混凝土組成，局部圍巖等級較差時，采用φ42超前小導管進行超前支護。二次襯砌采用大型組合式襯砌臺架作為模板支架體系，隧道襯砌混凝土采用商品混凝土，混凝土輸送罐車運輸至澆筑點，混凝土輸送泵泵送入模，插入式振搗器振搗，噴淋養護。

隧道防水、隧道通風、排水、照明供電等本文從略。

6 結論與建議

1)雙側壁法開挖工法適合淺埋的大斷面隧道，將大斷面分割成若干個小斷面進行開挖，降低風險。

2)每一步開挖工作面的大小可根據圍巖的具體狀況，隧道的埋深，以及工期、施工機具等因素進行適當的調整，以達到最佳的施工狀態，既要保證開挖斷面的安全，又要保證工期與功效。

3)淺埋的大斷面隧道施工堅持的原則是:短進尺、弱爆破、緊封閉、強支護、勤量測。

4)地面建筑物復雜的鬧市區嚴格控制爆破震速。

5)施工通道進車站施工工序轉換的部位，結構受力復雜。應嚴格按照設計及批準的施工方案進行施工。

［1］ 重慶市軌道交通六號線二期工程施工圖設計［Z］.

［2］ GB 50299-1999，地下鐵道施工及驗收規范(2003版)［S］.

［3］ GB 50108-2008，地下工程防水技術規范［S］.

［4］ TB 10417-2003，鐵路隧道工程施工質量驗收標準［S］.

［5］ TB 10108-2002，鐵路隧道工噴錨構筑法技術規范［S］.

［6］ GB 6722-2003，爆破安全規范［S］.

［7］ 王夢恕.中國隧道及地下工程修建技術［M］.北京：人民交通出版社，2010：275-286.

［8］ 黃宏偉.隧道及地下空間建設中的風險管理研究進展［J］.地下空間與工程學報，2006(1)：13-20.