地鐵礦山法隧道施工技術

楊陽

摘要：地鐵隧道礦山法施工，安全性和可靠性指標，是衡量二次襯砌表面質量的標準之一，文章將以某地鐵隧道工程為例，在了解該工程施工背景概況的基礎上，深入研討礦山法在該地鐵隧道中的應用方法，對于其他地鐵隧道工程，可供借鑒參考。

關鍵詞：地鐵隧道，礦山法，施工技術

前言：地鐵隧道工程的礦山法施工，由初期支護和二次襯砌形成共同承載體，其中二次襯砌為主要承載構件，其強度和抗裂性能，很大程度決定了隧道工程施工的成效。在施工期間，初期支護和二次襯砌的剛度分配，為技術難點所在，其中涉及到的隧道開挖、超前小導管施工、二次襯砌布筋、防沉降施工等工序，都是整個礦山法施工流程都必須予以全面兼顧的技術重點，同時也是本文研究的主題重點所在。

1.某地鐵隧道施工背景概況

某雙線地鐵隧道工程，沿線經過學校、市政道路、居民區、醫院等。施工區段地面標高26.94～37.44m，起伏程度明顯，地層由雜填土、粉質粘土、粉土夾砂石、粘土、粉質粘土夾砂石組成，屬于志留系～三疊系及第四系地層，而地下水以上層止水和承壓水為主，前者平均埋深1m，貯存于雜填土層內，而后者貯存于基巖內，埋深較大，承壓水頭在1-15m之間，具體承壓水頭大小，與基巖面高程有關。

根據以上水文地質特征，本工程采用礦山法進行隧道施工，在此以隧道渡線段最大斷面作為課題研究對象，其斷面情況如下圖1-1所示：

圖1-1：隧道渡線段最大斷面（單位mm）

以上斷面為雙連拱結構模式，高9.5m，平均埋深12m。工程單位兩種類型的截面應力計算方法，分別為“初支與二襯共同承載”和“二襯結構單獨承載”，這兩種截面內力情況如表1-1所示：

表1-1：不同類型承載的截面應力

截面位置 初支與二襯共同承載 二襯單獨承載

拱頂 拱肩 仰拱 拱頂 拱肩 仰拱

單元編號 73 17 60 77 16 60

彎矩kN·m -129.79 105.87 -167.35 -175.6 154.31 -206.28

軸力kN -501.41 -577.68 -327.63 -558.17 -528.42 -381.89

從上表中，認為“二襯單獨承載”所得的最不利截面彎矩值，超出“初支與二襯共同承載”最不利截面彎矩值的20%，因此建議選用“初支與二襯共同承載”模式。

2.案例地鐵隧道礦山法施工技術的應用建議

基于案例地鐵隧道施工背景概況，本工程選用礦山法進行施工，其技術控制的重點，應從“隧道開挖”、“超前小導管施工”、、“二次襯砌布筋”、“防沉降施工”幾個方面入手展開研討：

2.1隧道開挖

本工程從地鐵車站作為開挖起點，到達起拱線標高位置時，檢查超前支護的強度狀態，確定達到預期標準后，利用風鎬松動圍巖外側土體，在上臺階位置鑿出深度0.5m的槽，隨后將挖孔樁切斷，露出足夠與鋼筋焊接一體的鋼筋，再以松動爆破方式，將上臺階的剩余土體清除，總進尺在0.7m左右。圍巖結構上臺階開挖到位后，將挖孔樁預留的鋼筋，與格柵焊接在一起，最后依次安裝管片、預埋注漿管、掛網噴射混凝土，形成初支閉合。開挖期間，為避免拱腳位置沉降，需要將鎖腳錨管設置在拱腳位置，順著格柵斜面方向，以10°的角度埋設不同規格的超前小導管，同時控制好上下臺階之間的距離，以便避免上下臺階掘進與支護施工的互相干擾，直至完成整個洞門與隧道的轉換施工。

2.2超前小導管施工

洞門破除之前，利用超前小導管注漿方式加固洞門，強化洞門位置地質的穩定性，施工位置在拱部以上至第三排錨索之間。本工程所選用的超前小導管，規格為φ42mm，厚度和長度分別為3m、3.5m，具體施工方法為：施工之前調查地質狀態，并藉此選定具體的注漿類型、注漿壓力、漿液配比等，以及進行工作面的放線、測量和定空位；定位后，借助風鉆鉆孔，將小導管打入孔內，并在掌子面噴射5cm厚度的混凝土止漿墻和清除干凈小導管內的積物，即可按照從下到上的順序注漿，本次注漿水灰比有1.5：1、1：1、1：0.8三個等級，漿液轉變從稀至濃，注漿后即可將孔內堵住，以避免漿液往外溢出。掌子面開挖工序結束后，為確保圍護結構有足夠的自承能力，應按照初噴混凝土封閉、架格柵鋼架掛鋼筋網、施作錨管、定位打眼、測試元件埋設、初噴混凝土至設計厚度、監控量測的初期支護施工流程，期間需要第一時間將初噴砼支護封閉，砼噴射厚度在5cm左右，再依次架設格柵、施打鎖腳錨桿、補噴厚度30cm早強混凝土，直至掌子面趨于安全和穩定狀態。

2.3二次襯砌布筋

在超前小導管施工后，選用合適規格的鋼筋進行二次襯砌布筋施工，本工程選用四種類型的鋼筋，其規格和用量如下表1-2所示：

利用以上規格的鋼筋進行二次襯砌布筋，期間需要考慮各個受力階段的控制指標，包括混凝土起始屈服、深度達到鋼筋保護層、受力區屈服、鋼筋屈服、截面貫通等受力階段。施工期間，發現二次襯砌所承受水頭壓力不超過30m時，混凝土Mises最大值，在混凝土標準抗壓強度之內，可見混凝土拉應力的集中位置，在仰拱外側和仰腰內側，從側面要求布筋時，結合混凝土的屈服規律，分析鋼筋最大受力部位的受壓和受拉情況。建議按照損傷度>95%的標準控制，分別將控制截面混凝土的開裂水頭和開裂時鋼筋混凝土保護層厚度的水頭，控制在16m和25m以內，方可確保布筋的有效性。

2.4防沉降施工

除了以上施工技術，防沉降施工，也是本地鐵隧道礦山法施工的技術重點所在。為控制隧道的沉降，首先以注漿技術，將泥砂進入隧道的通路全部堵住，很多隧道礦山法施工時，地下水將地層內的泥砂代入隧道內，而原來的泥砂區域，就會形成空洞，進而誘發地面沉降問題，前面提到的超前小導管注漿，在一定程度上，可緩解該問題的加劇，但考慮到掌子面開放外露，應重點采用全斷面預注漿的方法，先于加固區域鉆出65個注漿孔，注漿孔以梅花型布置，隨后以20m的深度標準，在2倍洞徑范圍內，全部進行注漿加固；其次是掌子面錨固，錨桿孔數量21個，鉆孔平均深度8cm，鉆孔與鉆孔之間，保持1.5m的距離，也是以梅花型布置，注漿方法與上面一致；再次是及時封閉臨時支護體系，目的是控制地下水攜帶泥砂進入隧道內的時間，本工程從上臺階開挖施工伊始，直至仰拱封閉，總共需要4道工序，期間大約有130㎡的開挖面積外露，適時必須嚴格限制開挖自由面每循環進尺的時間，原則上是24h內完成一個循環進尺，期間每循環一個進尺，環向初噴開挖面，并在掌子面位置拼裝型鋼拱架，型鋼拱架頂住噴混凝土找平層，按照此法，有90㎡的開挖面積可減少暴露；最后是將水平系桿和剪刀撐，焊接在型鋼拱架之上，以及安裝仰拱位置的鋼構件、布設鋼筋網、模噴仰拱、模噴上部斷面等，作為臨時縱向桿支撐上半部的掌子面。

3.結束語

綜上所述，地鐵隧道礦山法施工，圍巖結構受力和施工工序銜接的復雜性，使得工程施工存在或多或少的風險，由此要求各道工序的施工質量，以保證隧道施工的安全。文章通過研究，基本明確了案例地鐵隧道礦山法施工技術的應用方法，但考慮到不同地鐵隧道工程施工條件和要求的差異性，以上方法在其他隧道工程中應用時，還需要結合具體工程的施工情況，因地制宜地靈活應用，以及針對施工技術存在的不足之處，進行補充和完善。

參考文獻

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