淺析地鐵工程豎井及礦山法區間施工技術

■劉志強

（中鐵十八局集團第四工程有限公司,天津 300350）

豎井及礦山法區間施工技術也被稱之為淺埋暗挖施工技術，起源于1986年，是我國獨立研發創造的適合我國國情的地鐵工程施工方法。此種區間施工方法，借鑒了新奧法中的一些理論，針對我國地鐵工程施工條件和現有技術，研發出的一整套完善的地鐵工程修建理論和操作方法。但和新奧法有一定區別，更加適用于城市地區松散土介質圍巖條件下，具有不影響城市地面交通、無污染、無噪聲，且適用于各種尺寸和斷面形式的隧道洞室中[1]。應用原理為：以新奧法理論為指導，支護剛度及變形控制，支護剛度越大、越早，則變形量就越小。需要二次襯砌盡早施工，尤其是施工風險比較大的地段，在設計時需要結合實際工況，承擔全部水土壓力和附加荷載，此項技術的發明和應用為我國地鐵工程事業良性發展奠定了扎實基礎。基于此，開展地鐵工程豎井及礦山法區間施工技術研究就顯得尤為必要。

一、工程概述

圓通公園站位于圓通山動物園以北，車站沿南北方向布設，采用地下二層島式站臺車站形式，站臺寬度11m。車站大里程端圓通公園站～翠湖站區間始發井起始段采用礦山法施工。圓通公園站至翠湖站區間下穿圓通公園及若干建構筑物，周邊環境復雜。區間隧道圍巖為白云巖，巖溶發育。根據該段地勘資料，結合工程地質和水文地質條件并參考了該區段人防工程施工工法，本站大里程端設置礦山法渡線施工豎井。本豎井設計起點里程為右DK5+625.683，設計終點里程為右DK5+633.783。基坑凈長25m，凈寬8.1m，深度約22.85m，頂板覆土厚度約為4.85m。豎井周邊無重要控制性建筑及管線(具體情況如圖1所示)。

圖1 圓通公園豎井示意圖

二、施工中亟待解決的難點問題

（一）巖溶

本工程CK5+640～CK7+150地段，分布著二疊系陽新組灰巖、白云之灰巖，屬于典型碳酸鹽巖類，且巖溶裂隙發育，通過地質勘察表明，該地段中巖溶率為12.55%，線溶率為48.53%，巖溶發育程度比較強烈，涉及到溶洞、石筍、溶溝、溶槽等特殊地質，且多為無充填或者極少數為全充填。

（二）活動斷裂

本工程受到小江斷裂帶的影響，屬于典型的地震高發區，尤其是近代以來地震活動更加頻繁，基礎以下有較厚的土層，深部斷裂錯動過程中，覆蓋層變形可以在一定程度消除其對基礎持力層的變形影響，但如果遇到強烈地震，仍然會對工程結構造成較為嚴重的破壞。

三、地鐵工程豎井施工技術

（一）鉆探

由于本工程豎井施工范圍中存在巖溶，為保證豎井施工質量和施工的安全性，需要先探明溶洞的具體位置和規模大小。在鉆探時，遇到下列任何情況時終止，第一，基底以下5.0～8.0m范圍為完整的基巖，不存在溶洞；第二，鉆探深入地面線以下45m，如果發現溶洞，需要立即進行補鉆，以探明溶洞具體位置及規模，如果情況較嚴重，需要進行注漿處理[2]。

圖2 探孔布置圖（單位：mm）

（二）溶洞處理

就案例工程而言，地質勘探結果顯示，豎井施工范圍中存在巖溶問題，在施工之前，首先在豎井范圍內進行施工鉆探，探明溶洞，同時達到超前地質預報的手段，探孔布置圖如圖2所示：

鉆孔深度達到下列情況之一時終止：（1）基底以下5m范圍為完整基巖（無溶洞）；（2）鉆探深入地面線以下45m。當發現溶洞后，必須按要求進行補鉆，探明溶洞大小和位置，并及時進行注漿處理。

全空溶洞處理：如果鉆探結果表明為全空溶洞，則要先抽出積水，并向溶洞中填充細沙，采用壓力吹灌的方式進行填充，當填充到溶洞1/3時，進行第一次注漿，采用1∶1的水泥砂漿，以0.2MPa的壓力注入溶洞中。待第一次灌注的水泥砂漿達到一定強度之后，再進行第二次注漿，同樣選擇1∶1的水泥砂漿，但要以0.3MPa壓力注入，待達到一定強度之后，再進行吹灌充填，直到填滿整個溶洞為止。

部分填充溶洞處理：先向溶洞中填充細砂，采用壓力吹灌的方式填充，然后以0.3MPa的壓力注入1∶1水泥砂漿。

完全填充溶洞：直接用1∶1水泥砂漿充填，注漿壓力可以略大，但最好不要超過0.5MPa。

（三）豎井開挖

待溶洞全部探明并處理完成之后，即可進行溶洞開挖施工。本工程采用了人工輔助機械設備開挖的方法，通過龍門吊運輸到渣土池中，按照從上到下的開挖方法進行豎井開挖和支護，邊開挖邊控制標高，嚴格控制開挖尺寸，避免發生超挖和欠挖問題，每開挖50cm進行一次檢測，保證開挖精度[3]。土方開挖時，按照先開挖豎井，再開挖兩端的順序，以豎井中心對稱為準后分兩側分塊開挖，并在豎井中挖設1.5m×1.5m的臨時積水坑，通過用2臺25kW潛水泵將積水抽出。在豎井開挖過程中對于發現的溶洞需要及時進行處理，當發現是空洞時進行回填C20混凝土，待混凝土達到強度時再進行開挖，當發現溶洞為填充溶洞時，采用斜向單管高壓旋噴樁對溶洞進行封閉。

（四）豎井支護

本工程豎井支護中采用了架力格柵鋼筋、砂漿錨桿打設、豎向焊接連接筋、噴射30cm厚C20早強混凝土聯合一體支護體系。為保證開挖的安全性和質量，必須嚴格控制每次開挖的深度，要求開挖深度不能超過格柵以下0.5m，各豎井開挖支護參數見表1所示：

在豎井施工中，為確保開挖進度，需對進尺嚴格控制，并及時做好支護，及早封閉好。做到開挖一榀、支護一榀、封閉一榀。每進尺一榀，需及時清理土體表面上后施工早強砂漿錨桿，安裝格柵鋼架之后再焊接豎向連接筋，然后噴射C20混凝土，待混凝土強度達到設計要求后，架設橫向支撐，進行下一循環土方開挖。為防止地表水進入豎井內，在非靠山側修建高出地面30cm的擋土墻，在靠山側修建高出地表1.2m的擋土墻，靠山側擋土墻同時可防止圓通山上小碎石掉入豎井內。

表1 豎井開挖支護參數表

四、礦山法區間施工技術

由于本工程地質條件比較復雜，僅憑豎井施工難以保證施工質量和安全，采用豎井聯合礦山法區間施工技術，采用XTR6/260掘進機進行施工，一次截割成型的最大高度為6.2m，具體參數為：整機重量90t；總體長度14m；機身寬度2.6m；機身高度2.61m；鏟板寬度為3.6m；供電電壓為AC1140V；總功率為462kW；臥底深度0.2m。XTR6/260掘進機為新型雙螺旋線截齒排布，具有很強的破巖能力，機載支護平臺，并與支護同時施工[4]。

（一）不良地質處理

本工程區間隧道巖溶、地下水豐富，并且在施工中裂隙水迅速排泄，水位下降速度比較快，如果不進行及時處理，可能會發生洞身破碎、巖體失穩坍塌問題。部分地段通過全充填黏土溶洞，部分洞身位于地下水位以下，容易發生涌水和涌泥問題。針對此類問題，為保證施工的安全性，在XTR6/260掘進機開挖前，需要通過超前地質預報儀，來探明前方施工溶洞和地下水情況，針對已經探明的溶洞，需通過注漿回填處理。針對探明的地下水，通過引導和封堵處理。

（二）初期支護

初期支護的主要作用是防止圍巖失穩引發隧道結構破壞或者變形，從而影響結構的安全性和使用性，通過錨桿、鋼筋網、鋼拱架+噴射混凝土相互聯合的方法形成初期支護體系。網噴支護隧道輪廓尺寸允許偏差(如附表1所示)。

（三）隧道襯砌施工

1.基面處理和防水層鋪設

按照工程施工防水板鋪設要求對初期支護混凝土面進行有效處理，為保證施工的安全性，所有的防水層都采用無釘子鋪設方法[5]。

2.鋼筋綁扎及連接

在鋼筋綁扎時，要盡量降低焊接節點，如果必須焊接，則要在防水板上方加墊木塊或者石棉做隔熱處理，避免損壞防水板。而鋼筋和目標之間要設置足夠數量和足夠強度的混凝土墊塊，以保證鋼筋具有充裕的保護層厚度。

在本標段鋼筋連接時，采用了雙面焊，焊接長度為5d，厚度為0.3d，寬度為0.8d（d為主鋼筋直徑），在焊接接頭位置受力比較集中，盡量錯開35d，每個連接區段的焊接接頭面積不應大于50%。

3.模板臺車施工

當仰拱混凝土強度達到設計要求后，就可以進行模板臺車的組裝，同時對地鐵隧道的凈空進行數據測量，確定其中線及標高點。組裝完成之后，進入施工區段，先對中，再設計施工參數，以滿足施工對隧道凈空的要求。當模板臺車進入曲線段之后，調整臺車支撐系統的液壓絲桿，按照設計凈空合理調整施工的寬度和高度[6]。臺車調整之后，還要進行全面復核，確認達到設計要求之后，才能進行混凝土澆筑。

4.混凝土澆筑

在洞外配制混凝土，運輸到施工現場之后，通過地泵輸送進入工作面，進行仰拱和二次襯砌混凝土澆筑施工，如果無法直接入模，可采用小滑槽輔助施工。

（四）嚴格控制超挖、欠挖問題

在本工程施工，為避免發生超挖和欠挖問題，采用激光導向儀定位控制斷面超挖和欠挖方法，由專業測量人員進行定位，在已經支護好隧洞中固定8個或者更多點，在固定好的點位上設置紅外激光儀[7]。掘進機駕駛人員，按照紅外線定位精確截割范圍，從而避免發生超挖和欠挖問題，邊掘進邊移動紅外定位點，從而保證施工精度。

本文結合工程實例，分析了地鐵工程豎井及礦山法區間施工技術。分析結果表明，在地鐵工程施工中，地質條件、水文條件比較復雜，經常會遇到不良地質，嚴重影響了施工的安全性和施工質量。基于此，合理應用豎井及礦山法區間施工技術，既能有效降低這些不良地質對施工造成的影響，而且還能有效保證施工質量及施工安全性，符合目前我國地鐵工程事業發展相關規范及標準的要求，值得大力推廣應用。

附表1 網噴支護隧道輪廓尺寸允許偏差