何志林

（中鐵二局三公司，四川 成都 610000）

1 概述

隨著城市現(xiàn)代化的水平不斷提高，城鎮(zhèn)居民生活水平的改善，城市交通擁塞不暢的現(xiàn)狀，已成為制約城市經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展的重要因素。利用地下空間，修建地下通道己成為緩解城市交通擁塞的一種有效途徑。故市政工程地下通道施工技術(shù)近十年來發(fā)展異常迅速。根據(jù)目前施工方法，大致可分為：明挖法、管棚法、頂進法、盾構(gòu)法等幾種施工技術(shù)。

2 明挖法施工技術(shù)

在地下通道埋深較淺且周圍環(huán)境較空闊簡單的條件下，或地下通道埋置范圍內(nèi)地下障礙物較多的場區(qū)，地下木樁、塊石雜亂分布，其性質(zhì)和分布范圍又難以查明，若采用管棚法、盾構(gòu)法等方法施工，難度甚大，多選用明挖法施工方法。明挖法的優(yōu)點是施工機械設(shè)備簡單，對一些地下障礙物容易處理，其工程進度和投資也容易控制，一般說來，明挖法的成本較低，地下通道質(zhì)量也易保證，在條件許可的情況下，常為地下通道施工的首選方法。成都市紅星路下穿通道采用的就是明挖法施工。

2.1 基坑降水

在砂性地層，工程降水是一項極其重要的施工環(huán)節(jié)，降水成功與否，是影響工程成敗的主要環(huán)節(jié)。必須編制詳細的工程降水設(shè)計。降水設(shè)計中應(yīng)含有下列內(nèi)容：

現(xiàn)場做簡易抽水試驗，以確認場區(qū)砂性土的滲透系數(shù)K 值（因為地質(zhì)報告中提供的滲透系數(shù)，是在實驗室中取得，與現(xiàn)場條件相差甚殊，多次實踐，發(fā)覺誤差甚大）；計算降水深度；根據(jù)現(xiàn)場實測的滲透系數(shù)，求得影響半徑R；計算涌水量；選定降水方法，確定降水方式；計算單井出水量；布置降水井?dāng)?shù)；提出降水工藝具體操作要求，包括抽水井結(jié)構(gòu)及操作要領(lǐng)、注意事項，還應(yīng)明確水位觀測孔的布置，并確定觀測的頻率，方法，人員，記錄格式；提出降水要求，指導(dǎo)基坑開挖進度；分析計算由于降水對周圍土體的變形，沉降等的影響程度，及制定預(yù)防對策。

從紅星路地下通道的施工情況分析，根據(jù)土層的滲透系數(shù)、降水深度、設(shè)備條件和經(jīng)濟比較，成都地區(qū)宜采用管井井點降水法，在基坑兩側(cè)或者四周按一定距離設(shè)置管井，每個井點單獨采用1臺抽水機進行抽水，并連成管井網(wǎng)進行降水作業(yè)。

2.2 基坑支護

采用明挖法修建的地下工程，必須對基槽（坑）進行詳細嚴(yán)謹?shù)尿炈?，若不能滿足安全要求，應(yīng)采取相應(yīng)有效措施，確保工程安全實施。

主要驗算以下幾個問題：邊坡穩(wěn)定性驗算;地基土強度驗算;基坑周圍土體變形驗算。成都地區(qū)淺基坑深度一般為7～8m、深基坑深度一般為15～18m。根據(jù)調(diào)查總結(jié)，成都地鐵一期工程全部車站和部分區(qū)間地下通道間采用明挖法施工，車站基坑深度一般為15～17m（個別基坑深度達到26m），且基坑大多臨近建筑物和地下管線，環(huán)境要求高，施工難度大，成都市采用了人工挖孔樁、土釘墻、放坡開挖等基坑支護形式，并取得了成功經(jīng)驗。

2.3 基坑開挖

成都市紅星路下穿道明挖基坑開挖在基坑降水20d 后進行，基坑開挖前先挖人工探槽。探明地下管線，并作好標(biāo)記；開挖時人工機械采用“中部挖槽、縱向分段、豎向分層”的方法開挖，開挖過程中及時進行邊坡?lián)踝o；每段開挖完成后，盡快進行該段結(jié)構(gòu)的施工、減少基坑暴露時間，確保基坑穩(wěn)定。

3 管棚法施工技術(shù)

當(dāng)?shù)叵峦ǖ理敳可戏接兄匾ǎ?gòu)）筑物或必須保護的古樹、文物等，采用其他施工方法條件又不具備，則可采用管棚方法施工。管棚的構(gòu)造如圖1。

管棚法施工，即是在進洞前，先挖出一段溝槽，作為工作面，然后用鋼管密排打入地下通道仰拱的上方，用注漿方法加固隧道頂部土體，然后再用高壓噴射混凝土進行襯砌，當(dāng)?shù)叵峦ǖ理敳坑霉芘镏畏€(wěn)固后，再逐段分層挖除棚下土體，一段一段的按序前進，先撐后挖繼襯，先頂后墻再底，形成流水作業(yè)，蠶食漸進。由于管棚法施工安全性小、難度大、要求高、進度慢等，故一般不予采用，當(dāng)其他施工方法難以施展時，才采用之。

3.1 工程降水

若在軟粘土地基中，多采用明溝+集水井排水方法，集水井一般每隔巧米設(shè)置一口，方形或矩形，長×寬×深=50×50×50厘米，排水井明溝用磚砌，內(nèi)用砂漿摸面，以防漏水，明溝底要有4%底坡度，通向集水井。

若在粉土或砂性土地層中，必須作好降水工作，降水成功與否，是影響到工程是否順利進行的關(guān)鍵，應(yīng)根據(jù)土質(zhì)情況，特別對滲透系數(shù)的準(zhǔn)確確定極為重要，要求在施工現(xiàn)場作一簡易抽水試驗，以驗證地質(zhì)勘察報告的正確性，編制降水設(shè)計方案、計算降水深度、影響半徑、降水水量、采用降水方法等。同時還應(yīng)考慮到降水對周圍建筑物及市政地下管線底沉降影響，制定保護措施。

3.2 基槽開挖

基槽應(yīng)分段分層開挖，要考慮到挖土運輸車輛的進出方便，其路線及縱坡要求。

切忌將挖出的土方堆在溝槽邊側(cè)，增加溝槽支護結(jié)構(gòu)的側(cè)向壓力，危及邊坡支護結(jié)構(gòu)的安全。

基槽開挖達到設(shè)計標(biāo)高后，于底部設(shè)10厘米厚的C10 混凝土墊層，一方面方便后面施工操作，保護基底不受損傷，同時也便于文明施工。保護場區(qū)的整潔。

3.3 管棚注漿超前加固

管棚注漿超前加固可以利用長管棚的超前支護作用，控制圍巖變形，防止隧道圍巖上方坍塌和地下管線受損。同時，通過管棚進行地層注漿，使拱部砂卵石層得以膠結(jié)，在開挖之前形成注漿加固圈，提高砂卵石層的自穩(wěn)能力。

管棚沿拱部設(shè)置，采用φ108mm 鋼管，環(huán)向間距為40mm，工作長度為20～25m。

圖2 管棚注漿超前加固示意圖

成都市順城街地下人行通道工程就是采用管棚法施工成功的例子。其技術(shù)思路為：采用大面積井點降水和大管棚注漿進行超前加固，礦山法開挖，格柵架支撐和模噴混凝土支護。同時，加強施工過程中的監(jiān)控量測，確保交通和建筑物的安全以及各種地下管線不受損壞。

4 頂進法施工技術(shù)

在鐵路與公路交叉口，以往多用平立交形式，即當(dāng)火車進入交叉口前，扳道員即放下欄桿，汽車與行人待火車過后，方可通行，這種方法對于日漸繁忙的公路交通，無疑成了攔路虎。故現(xiàn)多采用立交方式，或是公跨鐵的公路立交橋，或是鐵跨公的箱式隧道，互不干擾，交通暢行。

用頂進法建造下立交車行道與建造上立交相比，其工程投資小，而且在施工中不影響火車的運行，具有極好的環(huán)境效應(yīng)，故用頂進法下穿鐵路隧道，已被廣泛應(yīng)用。同理，在已建高速公路下修建立交車行道也可采用頂進法。其他一些特殊環(huán)境條件苛求狀況下，如兩側(cè)建筑物眾多，開槽明挖需拆遷量很大時，或基槽很深，開槽開挖需要大量支護工程費用，造價較高時，均可采用之。如：廣西南寧市環(huán)城快速通道，下穿雙線鐵路便采用其頂進法施工。

其中，頂進力的計算應(yīng)根據(jù)頂進長度、土質(zhì)、隧道外形及施工方法等因素確定，可按下式公式計算：

P=k[N1ξ1+(N1+N2)ξ2+2Eξ3+RA]

式中：P-最大水平頂力(KN)

N1-箱體頂上荷重(KN)

ξ1-箱體頂部表面與頂上荷重的摩擦因數(shù)（視頂進潤滑處理情況經(jīng)試驗確定）

N2-箱體自重(KN)

ξ2-底板面摩擦因數(shù)（由基底土質(zhì)試驗確定）

E-隧道側(cè)的土壓力之和(KN)

ξ3-側(cè)面摩擦因數(shù)，若土質(zhì)均一與ξ2 取值相同

R-鋼刃腳的正面阻力(KPa)

A-鋼刃腳的正面面積(m2)

k-安全系數(shù)，一般取1.2。

5 盾構(gòu)法施工技術(shù)

盾構(gòu)法是用暗挖地下通道的專用機械在地面以下建造通道的一種方法。盾構(gòu)是與地下通道形狀一致的盾構(gòu)外殼內(nèi)，裝備著推進機構(gòu)設(shè)備、擋土機構(gòu)設(shè)備、出土運輸機構(gòu)設(shè)備、安裝襯砌機構(gòu)設(shè)備等部件的隧道開挖專用機械。

近年來，由于盾構(gòu)法施工技術(shù)上的不斷改進，機械化施工程度愈來愈高，對地層的適應(yīng)性也越來越好。目前，在國內(nèi)許多城市中地鐵均大量采用盾構(gòu)法進行區(qū)間地下通道施工，北京地鐵5號線是首次采用盾構(gòu)法修建的地下通道，針對北京特有的地層條件，主要采用了盾構(gòu)法隧道襯砌設(shè)計和施工的技術(shù)。

盾構(gòu)法的施工流程如圖3所示。

在盾構(gòu)法地下通道的起始端和終端各建一個工作井；盾構(gòu)在起始端工作井內(nèi)安裝就位；依靠盾構(gòu)千斤頂推力（作用在已拼裝好的襯砌環(huán)和工作井后壁上）將盾構(gòu)從起始工作井的墻壁開孔處推出；盾構(gòu)在地層中沿著設(shè)計軸線推進，在推進的同時不斷出土和安裝襯砌管片；及時地向襯砌背后的空隙注漿，防止地層移動和固定襯砌環(huán)位置；盾構(gòu)進入終端工作井并被拆除，如施工需要，也可穿越工作井再向前推進。

6 結(jié)語

本文結(jié)合成都、北京、南寧地區(qū)的幾個工程實例，將目前在國內(nèi)采用過的地下通道施工方法較為系統(tǒng)、全面的予以整理、介紹，認為：

明挖法具有施工機械簡便、通用，工程造價較低，遇到障礙物容易處理等優(yōu)點，當(dāng)?shù)叵峦ǖ缆裆钶^淺，周圍環(huán)境要求不太苛求的情況下，當(dāng)屬首選的方法。

管棚法只是在其它方法難以施展時，局部地段才采用之。該方法風(fēng)險大，投資大。在施工過程中，風(fēng)險甚大，不得已而用之。

頂進法目前僅使用于下穿鐵路的箱式通道施工中，該方法具有不影響鐵路運輸、施工方便等優(yōu)點，但是若距離過長，頂力及后座反力難以解決，故適用條件受到一定限制。

盾構(gòu)法廣泛使用于地下通道施工中，其適應(yīng)性強、可以建造長距離地下通道。目前許多城市地下通道及地鐵建造時，幾乎皆采用此法。但該方法設(shè)備投資昂貴，還須專業(yè)制造管片的工廠相輔，技術(shù)難度大，要求高。

市政工程地下通道施工除應(yīng)參考以上技術(shù)的應(yīng)用外，還應(yīng)考慮對環(huán)境的影響，如不能影響上邊的交通，不能影響正常的車流組織與商務(wù)環(huán)境等。這就需要我們的土建工作者要有更深入的專業(yè)拓展能力、更全面的協(xié)調(diào)統(tǒng)籌能力、更客觀的綜合分析能力和持之以恒的工作態(tài)度。通過不懈努力，我們會在不斷學(xué)習(xí)、思考和實踐中更好地施工。

[1]鐵道第二勘察設(shè)計院.成都市地鐵一期工程可行性研究報告[R].成都：鐵道第二勘察設(shè)計院,2000.

[2]姜玉松.地下工程施工技術(shù)[M].武漢理工大學(xué)出版社,2008年第一版.

[3]黃俊.北京地鐵5號線區(qū)間渡線區(qū)隧道施工技術(shù)研究[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計,2005年07期.

[4]王占生,王夢恕.盾構(gòu)施工對周圍建筑物的安全影響及處理措施[J].中國安全科學(xué)學(xué)報,2002年02期.