淺談復雜地質條件下地鐵隧道工法選擇

劉建樓　魏代偉

摘 要：地鐵區間隧道施工工法主要有盾構法、礦山法及明挖法等，根據地鐵區間所處地層條件選擇合適的施工工法對節省造價、縮短工期具有顯著影響。廈門地鐵3號線華榮路站～火炬園站區間所處地層涵蓋有全斷面軟土地層、上軟下硬地層以及全斷面硬巖地層，地層條件非常復雜，且由于外部條件的變化，導致區間施工工法幾經變更，使用的工法包括盾構法、礦山法、盾構空推法。該工程對以后類似工程的設計具有一定的參考意義。

關鍵詞：地鐵區間 施工工法 礦山法 盾構法 盾構空推

中圖分類號：U455.4 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）12（c）-0085-05

隨著城市規模的不斷擴大與城市人口密度的增大，人們對便捷交通出行的需求日益強烈，作為大運力、不堵車的城市軌道交通扮演著越來越重的角色。目前國內已有40多個城市獲批建設地鐵，一條地鐵主要組成部分有車站、行車區間、附屬風亭、車站出入口、車輛段等，作為地鐵重要組成部分的地鐵區間，其修建的主要施工方法有盾構法、礦山法以及明挖法，其中盾構法和礦山法統稱為暗挖法。暗挖法施工以占用地面施工場地小，對周邊建筑及交通影響小等特點被城市地鐵修建廣泛采用。

盾構法施工作業安全，環境條件好，機械化程度高，進度快；其次，盾構隧道襯砌采用預制管片，現場拼裝，防水效果好、質量可靠；另外，盾構施工無需采用其他輔助措施，能適應松散軟弱地層或其它含水土層，地面沉降小，可以有效地保護周圍建筑物和地下管線，隨著地鐵盾構施工技術的發展和普及，其工程造價也逐步降低，具有較大的優勢。但盾構法對線路適應性差，一般只能用于標準斷面，施工工期與車站相互影響，需要較大的場地用于盾構機的始發和接收[1，2]。

礦山法施工工藝簡單、靈活。它是采用信息化設計和施工，可以根據施工監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；施工場地靈活，需要的施工場地較小，與兩端車站基本沒有施工工期干擾；對地面交通、管線等干擾較少，對周邊環境影響較小；廢棄土石方量少；線路適應性強，對不同的地質情況及周邊環境采用不同的工程措施及施工方法，針對性強；對軟硬不均地層，可以采用不同的開挖方式進行處理，處理方便容易。礦山法施工具有地面沉降較大，施工風險大，施工環境差，工程造價高等缺點[4]。

明挖法施工工藝成熟，方法技術簡單、可靠，施工風險小，容易控制；工程進度快，根據需要可以分段同時作業；淺埋時造價及運營費用低；對地質條件要求不高；防水處理容易。但施工對城市地面交通和居民的正常生活有一定影響，在施工期間對周邊環境有一定的破壞；在明挖影響范圍的地下管線需拆遷；需較大的施工場地。一般適用于場地較開闊或空曠地帶，地面建筑物及地下管線較少，地面交通量小，有條件進行交通疏解，或結合市政工程的建設需進行明挖施工的地帶。

地鐵區間施工工法的選擇對于縮短工期，降低造價具有顯著影響，本文以廈門軌道交通3號線為例，對地鐵區間施工工法的選擇進行介紹。

1 工程概況

廈門地鐵3號線華榮路站～火炬園站區間位于廈門島內，區間大部分沿湖里大道敷設，下穿馬垅社自建民房后接入火炬園站，區間長度約760m，區間周邊現狀主要為大型企業、密集民宅、工業廠房、商務大廈以及辦公樓等。湖里大道現狀為雙向六車道，交通量較大，地下管線密集，主要有雨水管道、污水管道、給水管道、電力管道等，見圖1。

華榮路站～火炬園園站區間穿越主要地層為微風化花崗巖、散體狀強風化花崗巖、碎裂狀強風化花崗巖、殘積砂質粘性土。該區間存在全斷面土層、基巖突起段、上軟下硬段、全段面硬巖段，地質條件非常復雜，見圖2。

2 華榮路站～火炬園站區間初步設計方案

地鐵的施工場地往往位于城市繁忙區域，地鐵區間施工工法的選擇不僅要考慮地鐵區間施工安全、施工質量，同時也要考慮地鐵施工對周邊交通、管線、建構筑等環境的影響，如果不能滿足對周邊交通疏解、管線遷改等的需求，地鐵施工將難以實施且對周邊市民的日常出行帶來嚴重影響。

華榮路站～火炬園站區間線路沿湖里大道敷設，地下管線密集，湖里大道交通流量大，對交通疏解有較高要求，不宜采用明挖法施工；區間大里程端穿越微風化花崗巖地層，長度約320m，且地面不具備做盾構井的條件，區間小里程端越地層主要為全風化、強風化、中風化花崗巖，經綜合比選，本區間采用礦山法施工。

由于小里程端存在全斷面土層段、上軟下硬段，該段進行礦山法施工時需要采取全面斷面帷幕注漿、半斷面帷幕注漿等施工輔助措施，該帷幕注漿施工周期較長，為滿足該區間洞通時間節點要求，在區間中部設置施工豎井及橫通道一處，該橫通道后期可做永久聯絡通道。該區間設計施工開始時間為2016年9月，洞通時間節點為2019年6月，按照礦山法施工進度指標1.0m/工作面·天（土層）、2.0m/工作面.天（巖層），施工豎井和通道施工工期按10個月考慮，該區間施工工期完全滿足洞通時間節點要求，見圖3。

因此在滿足施工工期以及地面交通要求的前提下，該區間擬采用礦山法施工。

3 華榮路站～火炬園站區間施工圖設計方案

由于華榮路站站位調整，區間長度增加109m，且考慮到廈門地鐵1號線全面帷幕注漿的施工經驗以及根據業主會議紀要，區間華榮路站至豎井位置施工工法調整為盾構法，減少帷幕注漿范圍以保障工期及施工安全。豎井至火炬園站段區間施工工法調整為礦山法，施做礦山法二襯，盾構機不拼裝管片，空推至火炬園站后吊出。

由于區間是沿湖里大道敷設，受制于交通疏解的限制，區間上方設置盾構吊出井非常困難，因此需要將該盾構機空推至火炬園站后吊出。盾構機空推有兩種方式：拼管片空推與不拼管片空推，長距離拼管片空推容易產生管片錯臺、密封條擠壓不密實等問題，造成后期隧道漏水；施做二襯后再進行空推，施工工期較長。該礦山段存在平面曲線及豎向曲線，且空推長度為370m，如果拼裝管片則存在后期隧道滲漏水嚴重的問題，因此該段礦山法施工采用施工完二次襯砌后，盾構機空推至火炬園站吊出，見圖4。

華榮路站至豎井及橫通道段調整為盾構法后，該段區間存在基巖凸起需要進行爆破預處理，該工法調整增加概算造價約2730萬元；由于區間長度的增加，區間概算造價增加約1738萬元；區間工法及長度調整后，共增加概算造價約4468萬元。

4 華榮路站～火炬園站區間施工圖變更設計方案

4.1 施工豎井及橫通道位置調整

施工單位進場后，豎井位置用地未能協調征用。通過對周邊的排查及協商，位于原豎井西側的同吉大廈同意征用其前面的停車場作為交通疏解用地，豎井及橫通道由此調整至同吉大廈南側，豎井位于區間右線正上方。盾構區間縮短50m，礦山法區間增加50m，橫通道長度由34.7m調整為13m，見圖5。

4.2 區間斷面變更調整

豎井調整至區間右線正上方后，右線盾構機就存在由豎井吊出的可能，進而需要分析豎井處吊出方案技術可行、可靠，經濟合理。盾構機在橫通道內拆解并平移存在盾構機刀盤傾倒等風險隱患，因此左線盾構機按原設計方案進行空推，右線盾構機由豎井位置進行拆解并吊出。

為了對盾構機進行拆解，需要右線開挖擴大斷面12m，以便先將盾構機推進至該位置，進行盾尾及螺旋出土器的拆解及吊出，之后右線斷面調整為常規單洞單線礦山法斷面。第一步：盾構機出洞后，螺旋機拆除，采用吊車拆除；第二步：螺旋機拆除后，盾體前移，將盾體及拼裝機推至暗挖擴大段內，起吊盾尾；第三步：拼裝機上井；第四步：盾體后移，中盾上井吊裝；第五步：刀盤、前盾上井，盾構臺車回拉至華榮路站吊裝上井。

為滿足盾構機吊出要求，豎井尺寸由原來5m×7m調整為9m×11m，右線保留12m長礦山法擴大斷面段，右線剩余區段調整為常規單洞單線斷面。豎井及橫通道位置調制以及區間隧道斷面調整工計將減少概算造價約1000萬元，見圖6。

4.3 區間左線盾構空推變更設計

華榮路站～火炬園站區間施工至2018年10月時，受外部條件等影響，工期滯后，為了加快施工進度，施工單位提出對該區間左線施工工法進行變更設計，在全斷面硬巖地層將原設計的不拼管片的盾構空推變更為拼裝管片的盾構空推，并增加兩處臨時施工橫通道。該項變更調整將節省3月左右的工期，且減少造價約180萬元。

為了防止盾構空推拼裝管片造成后期隧道漏水，在施工過程中采取以下措施防止盾構管錯臺及拼裝壓不緊等問題[5～10]。

（1）盾構機周圍豆礫石填充至少達到時鐘10點、2點位置以上，盾構機前方堆放豆礫石長度不得小于6m。豆礫石等對盾構機管片拼裝的擠壓力不得小于265t，以保證止水條能夠壓緊。

（2）嚴格控制同步注漿漿液數量，同步注漿每環不少于3.5m3，根據檢測數據實時調整。

（3）在二次注漿填實管片與初期支護孔隙之前，必須定期檢查水位，水位過高時，利用吊裝孔作為排水孔，盾構機離開管片50～100m后可排水，防止水位過高導致管片上浮。

（4）管片螺栓需要進行三次復緊，第一次在管片拼裝時；第二次在管片拼裝完成開始推進，推力達到250t后進行，第三次在管片出盾尾后進行，拼裝后管片縫隙采用鋼尺進行檢測，再次確定縫寬滿足要求，保證止水條的壓縮效果。

（5）每隔兩環在管片上下左右4個角的位置開吊裝孔向隧道初支面打設鋼釘，鋼釘打設采用YT-28風鉆，40鉆頭，鋼釘采用風鉆鉆桿制作，制作長度統一0.8m，頭部壓尖，鋼釘進入初支面10cm，鋼釘與吊裝孔之間的間隙采用速干水泥填充。鋼釘在管片出盾尾后立即打設。

5 體會與結論

地鐵設計的一個顯著特點就是邊界條件影響明顯，每次邊界條件的變化或施工要求的化都將對設計方案產生影響。華榮路站～火炬園站區間由于地質條件多變、交通繁忙、征地困難等原因，使得該區間施工工法經過了多次變更設計，每次設計變更均是由于外部邊界條件的變化而進行最優化設計，以滿足施工工期等要求。通過該區間的設計過程，可以得到以下結論。

（1）廈門軌道交通3號線華榮路站～火炬園站區間所處地層復雜，存在全段面土層、上軟下硬地層以及全斷面硬巖地層，施工工法選擇較為困難，該區間施工工法的選擇對以后類似地層的地鐵隧道施工具有一定的借鑒意義。

（2）該區間在豎井處進行盾構機拆解吊出，盾構機拆解吊出對豎井及擴大斷面的礦山法隧道的要求對以后類似豎井處盾構機吊出具有參考意義。

（3）根據目前已經施工的盾構空推案例，總結了防止管片錯臺漏水的施工措施，對類似工程的施工具有指導意義。

參考文獻

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