城市軌道交通工程中的淺埋暗挖機械化施工工藝

高遠

（中國建筑第五工程局有限公司，長沙 410000）

1 施工工藝的應用優勢

淺埋暗挖法在技術研究持續深入以及工程實踐活動逐步開展的情況下已經取得突出的發展成果，其施工技術日益成熟，常應用于城市軌道等工程的建設中。初期支護用于承受基本荷載，并修筑合適規格的二次襯砌，增強支護效果。在應用淺埋暗挖法時，常輔以超前支護等相關方法，用于加固圍巖，連同支護結構共同受力。

在及時支護、盡快封閉成環的施工方法下，構成完整的聯合支護體系。實際施工中，依托于全方位的監控量測手段，及時掌握施工現場的實際情況，采取針對性的控制措施，以免發生塌方、沉降等異常情況，或是將突發事件造成的影響降到最低[1-3]。相比于明挖施工方法，淺埋暗挖施工具有更為突出的應用優勢，主要體現在如下幾方面。

1）穿越現狀道路以及橋梁時，不會造成明顯的擾動性影響，地面車輛能夠正常通行，規避施工期間的地面交通擁堵問題。

2）土方開挖量相對較小，減輕員工的工作強度，通常僅需完成豎井和隧道斷面兩部分的開挖即可。

3）地表和管線得到有效的防護，可避免異常沉降、受損等情況。

4）對于埋深較大的隧道，應用淺埋暗挖法后具有更為突出的經濟效益優勢。

2 施工工藝方案及基本流程

2.1 施工裝備功能要求

結合淺埋暗挖施工現場的實際施工條件進行綜合考量，具體包括施工裝備的使用功能、設備動力、施工效率需求、作業范圍、移動條件以及地質條件適用性等。從整體造型上來說，施工過程中使用的機械化施工裝備應具有簡單靈活的特點；從使用功能上來說，該裝備應同時具有挖、裝、銑、錨、支護等各項功能。由于在狹小的空間內很難實現長距離作業，因此，為了滿足長距離作業的需求，還應對該設備開發新型的臂架系統技術。新型的臂架系統技術不僅能實現全面覆蓋，還具有良好的伸縮性，具備多種使用功能。為了防止長錨桿受力彎曲，錨桿推進夾緊裝置的研究也很有必要。

除此之外，該裝備還應具備格柵輔助架設功能和土方裝運功能。前者通過機械臂輔助提升格柵拱架，降低安裝難度，后者通過傳送帶將土方運送至運輸車中。由于傳送帶為縱向通長布置，提升了運送到機械尾部的便利性。淺埋暗挖法施工的各道工序有相應的機械裝備進行操作，但這些裝備之間相互獨立。淺埋暗挖機械化施工裝備應將這些獨立的功能整合起來，真正實現一臺設備多項功能，能根據施工要求靈活作業。

2.2 工藝原理

淺埋暗挖法施工中的各道工序由人工完成轉變為機械化施工需要遵循以下原則：（1）不突破現有的暗挖施工理論；（2）施工工藝流程不發生改變；（3）施工安全質量仍按原來的控制要求控制，不得降低要求。

淺埋暗挖機械化施工裝備的設計充分借鑒了山嶺隧道工程機械化施工技術的先進經驗，將包括鑿巖臺車、扒渣機以及懸臂掘進機等多種隧道施工機械在內的設備功能整合在一起，全方位地滿足了施工需求。

2.3 施工方案

本項目左右線間距17.2 m，全線均為直線布線形式，規定埋深約29～35 m，兩端均為暗挖車站。結合現場施工條件，經過可行性分析后，選擇的是礦山法，中間區域設臨時施工豎井以及橫通道，以滿足施工要求。在掌子面開挖施工中，適度預留核心土，開挖施工選用的是上下臺階開挖的方法。考慮到現場的穩定性和安全性要求，設初期支護，采取拱背后背注漿回填措施，力爭在較短的時間內封閉成環。從現場勘察情況來看，地下水對施工的擾動作用較強，同時水位特殊，即高于隧道底板，為此采取降水和堵水雙重方法，并在此基礎上輔以注漿處理措施，有效加固地層[4]。

2.4 施工工藝流程

考慮到施工安全、施工質量、施工便捷性等多重要求，此處采用淺埋暗挖機械化施工技術，其作業流程與人工開挖并無明顯差異，主要區別在于施工模式的升級，即不再采取人工作業的方法，取而代之的是機械化施工，具體的作業流程如圖1 所示。

圖1 淺埋暗挖施工工藝流程

3 施工工藝的具體應用

3.1 超前小導管施工

根據施工要求，搭建超前預支護結構，通過采取花管注漿的方式有效固結地層，提高穩定性。小導管搭設施工采用頂進法，環向間距300 mm，傾角22°～25°，小導管外露長度控制在20 cm。注漿材料選用的是水泥水玻璃或其他滿足工程要求的漿液，注漿壓力穩定在0.3～0.5 MPa，具體根據實際注漿情況在該區間內做合理的調整。

現場施工條件復雜，存在諸多技術細節。

1）鉆孔前落實準備工作，由專員深入現場做詳細的勘察，掌握地質、水文等基礎條件，選定合適的鉆孔位置，形成孔位標記。

2）鉆孔全程由專員指揮，避免誤操作；鉆孔過程中，加強對孔深的檢測，若滿足要求，則隨即調整為慢速運行狀態，將鉆頭緩慢撤出。

3）小導管安裝必須在鉆機完全停機的前提下進行，以保證施工安全。

4）右臂工作的過程中，車體應與下臺階接近；同時應將滑臺移動到最前端，并通過錐形銷軸對其進行固定。

5）施工過程中，應盡量避免管路受大臂的擠壓而靠在核心土或洞壁上，同時做好相應的保護措施，避免液壓管路遭到擠壓和損壞。通常情況下，施工人員不能使用快換油缸旋鈕，只有在更換打錨桿機構和銑刨裝置時才能進行操作。

6）打設完小導管后，利用夾緊裝置將其夾緊，并利用反轉打錨桿機構使超前小導管和打錨桿機構分離。

7）小導管的打設采取的是先拱頂、后兩側的基本流程，每打設1 根后，隨即安排注漿，以此類推。施工現場存在粉土層，針對此類地質條件，可采用靜壓的方法將導管打設到位；對于卵石以及其他硬度較大的地層，較為合適的是采用振動自轉式設備進行施工。

3.2 土方開挖

臺階長度不小于4 m，由專員在現場指揮，左右機械臂協同運行，高效挖土、掏槽。適度預留核心土，長度≥1.5 m，高度≥1.5 m，目的在于利用此部分穩定支撐掌子面。土方開挖施工環節，統一要求步距≤750 mm。

土方開挖施工的關鍵要點如下：

1）遵循因地制宜的原則，根據現場的地質條件，對臺階法做靈活的調整，使成型臺階的長度可以滿足要求。

2）按照自上而下的順序依次開挖土方，拱頂部位則先處理中間區域、再向兩側開挖，仰拱采取與之相反的順序。結合現場地質條件，以妥當的方法開挖上臺階，若現場為豁土粉土地層，則適配銑刨頭，以便有效切割土體；若現場為砂卵石地層，為保證開挖效果，采取以人工為主、機械設備為輔（機械臂配合出土）的方法。

3）施工現場存在大石塊時，及時將該部分清理干凈，在此前提下繼續開挖。開挖時，操作人員精細化控制鏟斗，保證姿態的合理性，以免碰觸壁面；對于粉細砂地層，為避免土體滑塌問題，需要根據施工進程及時施作卸力槽（在下臺階施工時進行），但需要在卸力槽與核心土間留充足的空間，以滿足施工人員的正常通行需求[5]。

3.3 管棚支護施工

淺埋暗挖隧道施工復雜度較高，必須合理采用預支護技術，以保證施工安全。現階段，超前預支護工法在淺埋隧道工程中取得了廣泛的應用，在該技術體系中，以管棚法最為突出，兼具操作便捷、經濟高效等多重優勢。根據管徑的不同，可分為3 種形式：管徑＜129 mm，屬于小管棚；管徑129～299 mm，屬于中管棚；管徑＞300 mm，屬于大管棚。

通常選用的是大直徑的管棚，其有足夠的剛度，并在兩端適配支撐梁，可有效避免因開挖而引發的變形問題。為了最大限度地減小施工變形量，需要將提高管棚與支撐梁的剛度作為工作著力點，建立完整可靠的管棚體系，以便發揮如下作用：（1）在管間的軟弱圍巖中建立微拱；（2）通過大量桿件的共同作用，有效減小圍巖的壓力。縱觀現階段的管棚施工，常采用的是錨固巖體法。為了合理設計并有效落實管棚設計方案，需要準確探明管棚支護體的受力特點，控制好管徑、管間距、初支厚度、注漿量、注漿壓力幾項關鍵的參數。

3.4 雙側壁導坑法施工

針對豁性土層以及其他性質與之相類似的地層，較為合適的是采用雙側壁導坑法，為了順利推進施工進程，將大斷面劃分為6 個小斷面，按照順序依次掘進，并根據實際進度適時安排混凝土澆筑施工。優先施工兩側導坑上部，基本流程為：超前小導管注漿→開挖→初噴（厚度5～6 cm）→搭設格柵鋼架→掛網→復噴→下一循環施工。

隨后，施工兩側下部，此處的基本流程為：開挖→初噴（厚度5～6 cm）→搭設格柵鋼架→掛網→復噴→下一循環施工。

再施工中間上部區域，此處的基本流程為：超前小導管注漿→土石方開挖→初噴（厚度5～6 cm）→搭設格柵鋼架→掛網→復噴→下一循環施工。

按照前述順序施工后，全方位檢查現場的各類支撐裝置，判斷收斂程度。最后，安排中間下部區域的施工，此處的基本流程為：土石方開挖→搭設格柵鋼架→掛網→封閉底部仰拱（此部分采用的是噴射混凝土的方法，加強對混凝土性能、噴射量、噴射速度等方面的控制，保證噴射效果）→下一循環施工。

4 結語

綜上所述，城市軌道建設的環境相對復雜，受特殊地質、水文等多重因素的影響，容易出現質量問題甚至誘發安全事故。隨著技術水平的提升，當前淺埋暗挖法常被應用于軌道交通工程建設中，具有安全條件良好、效率高、整體質量可靠等多重優勢。作為施工單位，需遵循因地制宜的原則，正確選擇機械設備并合理操作，依托于機械化施工的模式，達到提質增效的效果。