城市地鐵施工中淺埋暗挖技術研究

摘要：為提高工程質量，控制地鐵工程施工中的沉降，以某城市地鐵工程項目為例，開展地鐵施工中的淺埋暗挖技術設計研究。使用“3D-σ”空間有限元程序，進行地鐵工程斷面施工的模擬，計算施工中單管的頂力。設定初期支護厚度，將導坑劃分為下導坑、中導坑、上導坑，按照規(guī)范進行城市地鐵施工中的超前預支護處理。設計地鐵進洞開挖與鋼拱架定位，使用潮噴工藝進行混凝土噴射施工，完成施工后進行實驗。應用該方法按照規(guī)范進行工程項目現場施工，可以有效控制城市地鐵工程項目在施工后的沉降、收斂與下沉現象，提高地鐵穿越地層的穩(wěn)定性與自立性。

關鍵詞：城市；鋼拱架定位；超前預支護；淺埋暗挖技術；進洞開挖；地鐵施工

0 " 前言

地鐵不僅為社會群體日常生活與出行提供了便利，也在一定程度上緩解了交通擁堵。為滿足社會群體的需求，國內大中城市地鐵工程建設相繼展開，可用于地鐵工程的各項技術也日趨成熟[1]。

淺埋暗挖技術是經過大量實踐衍生的一種可用于隧道工程、地鐵工程等地下工程項目的施工技術。在實際應用中，此項技術又被稱之為頂棚施工技術，主要是指對地鐵建設中通過的地質結構層、土層進行加固施，通過對地層的預處理、預加工，提高土體開挖面的穩(wěn)定性、安全性、自立性。待土層硬結后，即可進行后續(xù)的開挖施工。通過此種方式，提高地鐵工程的施工效益。

不同地區(qū)的水文環(huán)境、地質結構存在差異，因此有必要針對不同的地層結構，采取不同的施工技術，以規(guī)范地鐵工程項目的施工[2]。

較早時期用于地鐵工程施工的技術包括導坑法、直接開挖法等，傳統(tǒng)施工技術在實際應用中存在施工工序繁多、現場機械化程度較低、建成后工程穩(wěn)定性與安全性較差、不同區(qū)段之間的銜接性較弱等缺陷。

為解決上述問題，規(guī)范地鐵工程項目的施工建設，本文以某城市地鐵工程項目為例，開展地鐵施工中的淺埋暗挖技術設計研究。

1 " 城市地鐵施工中淺埋暗挖技術

1.1 " 城市地鐵施工中的超前預支護處理

為確保相關工作的實施達到預期效果，施工前，進行城市地鐵的超前預支護處理。在此過程中，應明確超前支護對于提高地鐵工程施工面的穩(wěn)定性、控制拱頂下沉、提升結構安全性等具有較好的作用[3]。本文采用小導管進行超前預支護的設計，使用“3D-σ”空間有限元程序，進行地鐵工程斷面施工的模擬，計算施工中單管的頂力，計算公式如下：

F=F0+RSL " " " " " " " " " " " " " " " " " （1）

式中：F表示施工中單管的頂力，即對小導管的總推力，計算單位為kN；F0表示初始推力，計算中需要根據土層性質進行參數的取值，軟土情況下F0的取值為80kN；R表示支護中土層的綜合摩擦阻力，計算單位為kPa；S表示小導管管壁外圍周長，計算單位為m；L表示小導管支護施工推進長度，計算單位為m。

完成施工中參數的設計后，設定初期支護厚度，將導坑劃分為下導坑、中導坑、上導坑，斷面每開挖進尺1m。對應的混凝土初期支護要緊隨其后。超前預支護處理中的小導管布置方式[4]如圖1所示。

按照圖1所示的內容，布置超前預支護處理中的小導管位置，同時，根據公式（1）的計算結果，施加施工中單管的頂力，實現城市地鐵施工中的超前預支護處理。

1.2 " 地鐵進洞開挖與鋼拱架定位

為了保證城市地鐵工程的施工進洞安全，需要對施工過程中的地面沉降進行控制。為落實此項工作，在地鐵洞門位置使用袖閥管進行注漿，從而實現對基礎結構的加固處理[5]。

完成上述工作后，在地鐵洞門前面先開一個超前的水平探測孔，確定巖層的情況后，進行了下一步的施工。地鐵洞門爆破前，應在中板、底板上設置施工平臺，并將其延伸至每個導洞上臺階處，采用分塊、分段法，手動爆破圍護樁。爆破時應加強監(jiān)控，確保施工安全[6]。然后再由人工配合機械逆向鑿出支護樁。

在安裝鋼拱架之前，要測量出線路縱向和橫向位置點位，并對斷面尺寸進行檢查。對欠挖的部分用人工進行修整，將墊板下的松碴進行清理，確保每一榀鋼架都安裝在同一斷面上[7]。同時，在拱腳處要用錨桿鎖腳的方法，把鋼架的底部牢牢地鎖住，以免鋼架的底部塌陷。

為防止拱腳之間連接不緊密，必須將鋼板填充并在周圍全部焊接，且螺母要全部旋緊。拱架位置需要進行準確地定位和校核。

在拱架安裝過程中，要確保拱腳要牢固，這樣才能防止拱架的沉陷，否則將不利于二襯的施工，也會增加地鐵拱頂鋼拱架閉合成環(huán)的施工難度。

1.3 " 混凝土噴射施工

初支噴射混凝土采用濕噴工藝，噴射中選用C35混凝土作為主要施工材料。在二次噴射施工過程中，超掘、混凝土收縮或澆筑不充分等因素，會使混凝土與圍巖脫開，形成孔隙，進而喪失對圍巖的約束作用，影響圍巖穩(wěn)定性[8]。針對以上問題，在較大的孔隙區(qū)域進行補漿處理，保證孔隙與混凝土的緊密結合。同時，可在孔隙周圍埋置注漿管道，加強孔隙的強度。

在施工中應做好對噴射混凝土的回彈率控制，通過對人工、機械、物料的協(xié)同化處理，降低混凝土降低回彈，減少損失。按照上述方式，完成混凝土噴射施工即可。

2 " 實例分析

2.1 " 工程概況

為確保相關工作的實施達到預期效果，開展相關研究前，對工程項目的基本情況進行分析，相關內容如下表1所示。

通過與工程項目負責方的交涉得知，此工程屬于地區(qū)特大跨度地鐵車站，地鐵車站周邊環(huán)境十分敏感、復雜，建設的工程項目在社會影響力較大，且群眾與地方政府對該工程項目的關注度極高，因此該項目施工具有綜合難度大、環(huán)保要求高等特點。

該區(qū)段位于沖洪積扇體的中下半部，隸屬于第四系土層，是一個典型的剖面。洞體所通過的地層以粘性土、砂類土和卵石為主，其周圍巖石的自穩(wěn)能力較差，加之地面動負載所產生的震動，在進行開挖時極易發(fā)生塌方問題。

在對該區(qū)域進行地質勘察時發(fā)現，區(qū)域內地下水豐富，從地表向下依次為滯水層、淺水層、承壓水層，最上層的滯水層水位變化受到區(qū)域降雨、城市管道排水的影響較大，水位變化整體較為顯著。淺水層與承壓水層的基本情況如表2所示。

掌握上述內容后，使用本文設計的方法，進行工程項目的淺埋暗挖施工。施工過程中，先進行城市地鐵施工中的超前預支護處理，為確保支護施工達到預期效果，按照表3設計超前預支護施工中的各項參數。

完成支護施工后，設計地鐵進洞開挖與鋼拱架定位。在上述內容的基礎上，安排技術人員在現場進行工程監(jiān)測與測量，根據測量與監(jiān)測結果，對工程施工進行進一步的指導，從而檢驗本文方法在實際應用中的可行性。

2.2 " 實驗結果與討論

統(tǒng)計監(jiān)測結果，將其與建設方提出的要求進行比對，以此檢驗本文設計的施工技術是否滿足工程需求，其結果如表4所示。

從上述表4所示的實驗結果可以看出，使用本文設計的方法，進行城市地鐵工程的淺埋暗挖施工，所有施工項目的實測最大值，均小于允許最大值，說明施工后各項監(jiān)測項目符合工程質量驗收需求。

本文此次設計的淺埋暗挖技術在城市地鐵施工中的應用效果良好，應用該方法按照規(guī)范進行工程項目現場施工，可以有效控制城市地鐵工程項目在施工后的沉降、收斂與下沉現象，以此種方式進行施工，可有效提高地鐵穿越地層的穩(wěn)定性與自立性。

3 " 結束語

不同地區(qū)的水文環(huán)境、地質結構存在差異，因此有必要針對不同的地層結構，采取不同的施工技術，以規(guī)范地鐵工程項目的施工。

本文以某城市地鐵工程項目為例，通過城市地鐵施工中的超前預支護處理、地鐵進洞開挖與鋼拱架定位、混凝土噴射施工，開展地鐵施工中的淺埋暗挖技術設計研究。完成上述設計后，為實現對此項技術的檢驗，選擇某地區(qū)地鐵工程作為試點工程，設計實例應用實驗，驗證了本文設計的施工技術應用效果良好。

應用該方法按照規(guī)范進行工程項目現場施工，可以有效控制城市地鐵工程項目在施工后的沉降、收斂與下沉，從而提高工程的質量，避免建設后的地鐵工程出現失穩(wěn)等方面問題。

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