黃河

【摘要】地鐵已經(jīng)成為城市發(fā)展不可或缺的重要交通方式，采用大截面暗挖施工方式開(kāi)鑿地鐵通道不僅滿足地質(zhì)環(huán)境的需求，還不會(huì)影響城市居民的正常生活。本文闡述了地鐵隧道大截面暗挖施工工藝，就雙側(cè)壁導(dǎo)坑法暗挖技術(shù)、管棚超前支護(hù)技術(shù)、大截面暗挖風(fēng)險(xiǎn)控制需要遵循的原則進(jìn)行了介紹。

【關(guān)鍵詞】地鐵隧道;大截面;暗挖施工工藝;風(fēng)險(xiǎn)控制

在開(kāi)展隧道挖掘或其他地下建筑工程時(shí)，必須根據(jù)圖紙開(kāi)鑿出相應(yīng)的使用空間，然后在其中修建襯砌墻壁，從而對(duì)地下空間加以固定。一般來(lái)說(shuō)，具有明挖法和暗挖法兩種。采用何種方式，需要在綜合分析施工地點(diǎn)的地形地貌及周邊自然環(huán)境、埋置深度等影響因素后才能決定。

1、地鐵隧道大截面暗挖施工工藝簡(jiǎn)介

決定地下工程是否采用暗挖法的重要因素是基礎(chǔ)埋置深度。 一般是指地下設(shè)施或空間的基礎(chǔ)底面到室外地表面的垂直距離。如果埋置較淺的工程，比如普通的地面建筑，在施工時(shí)首先從地表面挖掘基坑或塹壕，修建牢固的襯砌墻壁之后，將額外的空間完全填補(bǔ)，此即為明挖法。與之相對(duì)的即為暗挖法，針對(duì)一些基礎(chǔ)埋置較深的工程，如地下隧道、礦井開(kāi)采等，在局部范圍以開(kāi)鑿洞穴的方式，將大部分工程作業(yè)放置于地下，既可以避免“回填”等流程，又不會(huì)影響地面設(shè)施的正常使用，因此已經(jīng)在我國(guó)很多地下工程中廣泛使用。

隧道及地下工程施工時(shí)必須注意以下因素：第一，暗挖法施工對(duì)地面影響較小的前提在于基礎(chǔ)埋置深度必須足夠，否則很容易造成地面陷落，從而嚴(yán)重影響工程的正常開(kāi)展;第二，挖掘過(guò)程中必然產(chǎn)生有大量的泥土、碎石以及其他雜物，如何保證將其迅速、安全地運(yùn)送到指定地點(diǎn)，需要重點(diǎn)考慮。

2、地鐵隧道大截面施工暗挖技術(shù)簡(jiǎn)介

2.1雙側(cè)壁導(dǎo)坑法暗挖技術(shù)

雙側(cè)壁導(dǎo)坑法是一種常見(jiàn)的隧道暗挖方式。又可以被成為雙側(cè)壁導(dǎo)洞法或眼鏡工法。這是因?yàn)殡p側(cè)壁導(dǎo)坑法的施工順序在地鐵隧道更界面的角度看來(lái)非常對(duì)稱，形似在人的面部架起一副眼鏡，故而得名，屬于新奧法的一個(gè)分支，以新奧法基本原理為依據(jù)。在進(jìn)行導(dǎo)坑挖掘時(shí)，應(yīng)該盡量減少對(duì)外圍土層巖石的擾動(dòng)，導(dǎo)坑的橫斷面上部橢圓，下部趨于平行，周邊輪廓較為圓順，與橄欖球形狀相似，因此在施工過(guò)程中應(yīng)該注意用力均勻。在設(shè)計(jì)支護(hù)時(shí)主要采用格柵鋼架，之后將鋼筋制成的網(wǎng)片掛在格柵鋼架之上，初步確定穩(wěn)固之后可以噴灑混凝土，形成柔性支護(hù)體系。需要特別注意的是，操作必須要快，一旦拖延致使斷面不能在規(guī)定期間內(nèi)閉合，會(huì)給后續(xù)工作帶來(lái)困難。此舉還能對(duì)圍巖的自主承受能力充分利用，有效防止圍巖發(fā)生形變。在上述工作完成之后，還應(yīng)該建立一套完整的監(jiān)控測(cè)量系統(tǒng)，實(shí)時(shí)關(guān)注圍巖支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性[1]。

2.2管棚超前支護(hù)技術(shù)

成都地鐵6號(hào)線三期工程高瓦斯暗挖隧道大截面暗挖采用了典型的管棚超前支護(hù)技術(shù)，運(yùn)用該技術(shù)形成的管棚呈拱形排布，需要對(duì)管棚進(jìn)行快速打設(shè)，具體要求為：選用型號(hào)為 ?121×6 且薄厚程度均勻的無(wú)縫鋼管，在管棚處采用矩形螺紋焊接的方式，從而加強(qiáng)連接的穩(wěn)定性。管棚的理想間距應(yīng)該保持在300mm，中心暗挖初支結(jié)構(gòu)的外皮輪廓線應(yīng)該保持150mm的距離。對(duì)傾角的要求如下：管棚的排布方向必須與隧道拱部的全部橫截面實(shí)現(xiàn)平行，因此管棚支護(hù)的打設(shè)工藝必須保持足夠的精度，如果此項(xiàng)要求不達(dá)標(biāo)，管棚很可能下落從而進(jìn)入到拱道挖掘的截面中，但是幅度也不宜過(guò)大，實(shí)際偏差應(yīng)該控制在0.5%以內(nèi)。值得注意的是，成都地鐵6號(hào)線三期工程施工之前，了解到蒲草塘站——昌公堰站區(qū)間范圍主要穿越蘇碼頭構(gòu)造核部及斷裂帶，臨近油氣田高產(chǎn)井和地面氣苗分布區(qū)，經(jīng)過(guò)詳細(xì)勘察檢測(cè)之后，發(fā)現(xiàn)油氣鉆孔顯示區(qū)段內(nèi)甲烷含量在0—65000ppm之間，部分達(dá)到天然氣燃爆極限，多個(gè)詳勘鉆孔顯示甲烷日增量超過(guò)15000ppm，屬于高瓦斯區(qū)段。如果按照單一的暗挖方式，采用管棚超前支護(hù)技術(shù)，雖然依然能夠起到預(yù)期的支護(hù)目標(biāo)，但很有可能造成瓦斯泄漏，因此通過(guò)反復(fù)論證，確認(rèn)該路段左線總長(zhǎng)為1735.39米，右線總長(zhǎng)為1974.13米，結(jié)合全線控制性工程地鐵隧道的要求，決定采用5段明挖、6段暗挖相結(jié)合的方式。其中暗挖依然采用管棚超前支護(hù)技術(shù)，雖然減少了暗挖施工路段長(zhǎng)度，但在源頭上降低了瓦斯泄漏等安全風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的幾率。

3、地鐵隧道大截面暗挖風(fēng)險(xiǎn)及控制方案

3.1大截面暗挖風(fēng)險(xiǎn)控制遵循的原則

大截面暗挖風(fēng)險(xiǎn)控制需要遵循的原則如下：第一，對(duì)超前地質(zhì)的探測(cè)程度必須達(dá)到相關(guān)要求，并將周?chē)牡刭|(zhì)情況全部摸清，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)制定應(yīng)對(duì)方案。第二，做好超前支護(hù)及檢查工作，當(dāng)大截面隧道正式挖掘時(shí)，在最短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行封閉。第三，在檢測(cè)過(guò)程中如果發(fā)現(xiàn)強(qiáng)層間有積水，應(yīng)該進(jìn)行及時(shí)的疏通或者通過(guò)注漿方式將水清理干凈，確保作業(yè)環(huán)境無(wú)水化。第四，在導(dǎo)洞開(kāi)始挖掘之前，需要對(duì)拱腳的牢固程度進(jìn)行審查，否則一旦土層中的含水量提升，土質(zhì)堅(jiān)硬程度下降導(dǎo)致承載力大幅度弱化，勢(shì)必引發(fā)拱腳下沉，從而使拱道發(fā)生形變。第五，為了防止挖掘過(guò)程隧道出現(xiàn)坍塌等情況，必須嚴(yán)格把控挖掘進(jìn)度，跟進(jìn)注漿工作緊隨其后。值得注意的是，地面沉降或拱頂脫落的臨界力度控制必須留有足夠的調(diào)整范圍，杜絕一切僥幸心理。第六，施工進(jìn)度應(yīng)該按照工程圖紙嚴(yán)格進(jìn)行，監(jiān)控系統(tǒng)在此過(guò)程中應(yīng)該對(duì)隧道拱頂、拱腳、兩側(cè)拱璧等方向的受力情況進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)算，從而便于判斷挖掘過(guò)程中隧道是否出現(xiàn)變形或是挖掘方向是否出現(xiàn)偏離。通過(guò)計(jì)算得出的數(shù)據(jù)如果得到證實(shí)，應(yīng)該立刻對(duì)挖掘方案進(jìn)行全面的調(diào)整[2]。

3.2大截面暗挖風(fēng)險(xiǎn)控制的具體方式

如果采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法進(jìn)行暗挖，特別是對(duì)“眼鏡架構(gòu)”的每一個(gè)小型拱洞設(shè)置支護(hù)裝置時(shí)，必須嚴(yán)格執(zhí)行暗挖規(guī)定的全部技術(shù)準(zhǔn)則。如上文提到的在導(dǎo)洞開(kāi)挖之前需要對(duì)拱腳進(jìn)行牢固程度審定，當(dāng)挖掘工作進(jìn)行到對(duì)到洞內(nèi)的分臺(tái)階進(jìn)行開(kāi)挖時(shí)，同樣應(yīng)該在架構(gòu)上層的全部導(dǎo)洞中每個(gè)臺(tái)階的拱腳進(jìn)行牢固審定。由于上下層距離非常近且土層厚度很可能出現(xiàn)不確定性，因此需要將型號(hào)為 ?32 的鎖腳錨管順著拱腳方向打設(shè)進(jìn)去，之后沿全長(zhǎng)路段注入泥漿，增強(qiáng)其牢固程度。除此之外，對(duì)導(dǎo)洞之間的距離應(yīng)該反復(fù)測(cè)算，盡最大努力提升穩(wěn)定性。通常情況下，處于“眼鏡架構(gòu)”上層的左右兩個(gè)小型導(dǎo)洞之間的距離應(yīng)該至少保持在15m智商，同時(shí)每個(gè)小型導(dǎo)洞必須在規(guī)定時(shí)間內(nèi)形成封閉的環(huán)形框架;處于“眼睛架構(gòu)”同一列的上下兩個(gè)小型導(dǎo)洞之間的距離應(yīng)該至少保持在3m以上;處于架構(gòu)中間位置的上下兩個(gè)小型導(dǎo)洞之間的距離也應(yīng)該至少保持在3m，最佳數(shù)值為5m。處于架構(gòu)下部的導(dǎo)洞最為重要，與上層小導(dǎo)洞之間的距離至少應(yīng)該是25m，如果整體架構(gòu)允許，可以適當(dāng)延伸至30m。每一個(gè)導(dǎo)洞開(kāi)挖都需要及時(shí)跟進(jìn)注漿，同時(shí)予以詳細(xì)記錄，方便對(duì)注漿量和注漿壓力的監(jiān)控。

3.3鋼材料格柵安裝施工管控方法

鋼材料格柵是指用鋼筋焊接成的鋼架，當(dāng)?shù)罔F隧道開(kāi)挖之后，與混凝土、錨桿等在初期承擔(dān)支護(hù)作用，二次襯砌完成之后，作為隧道整體支護(hù)結(jié)構(gòu)的一部分，永久留在支護(hù)系統(tǒng)中。由此可見(jiàn)，鋼材質(zhì)格柵是大截面隧道暗挖施工過(guò)程中不可或缺的重要材料，因此必須做好安裝管控工作。

第一，當(dāng)材料運(yùn)抵施工現(xiàn)場(chǎng)后，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人（監(jiān)理工程師）應(yīng)該組織人員分批取樣，對(duì)其焊接質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格審查，務(wù)必達(dá)到工程標(biāo)準(zhǔn)。

第二，在鋼材質(zhì)格柵的架設(shè)過(guò)程中，需要從測(cè)量、拼裝兩個(gè)層面進(jìn)行嚴(yán)格的控制，重點(diǎn)如下：首先，進(jìn)行隧道拱部格柵安裝之前，必須將拱腳及附近區(qū)域內(nèi)的巖土碎渣及其他雜物全部清除，出現(xiàn)超挖情況時(shí)，采用混凝土塊，對(duì)相應(yīng)的部分進(jìn)行填充，務(wù)必保證堅(jiān)固度和穩(wěn)定性;其次，格柵架組裝工作應(yīng)該緊貼開(kāi)挖作業(yè)面，用螺絲對(duì)各節(jié)鋼架進(jìn)行連接與固定;再次，對(duì)于鋼架與隧道土層之間的縫隙，應(yīng)該采用噴射混凝土的方式進(jìn)行填充。在隧道外部加工完畢的鋼筋網(wǎng)片運(yùn)到洞內(nèi)之后，安裝時(shí)應(yīng)該注意鋼格柵內(nèi)測(cè)保護(hù)層與受?chē)妿r面的厚度，必須在20mm以上;最后，安裝完成后應(yīng)該立刻使用鎖腳錨管。

第三，大截面暗挖工藝下，對(duì)鋼格柵的安裝要求極高，因此在設(shè)計(jì)時(shí)務(wù)求精確，標(biāo)高、中線等重要系數(shù)必須經(jīng)過(guò)反復(fù)論證，否則微小的偏差即可導(dǎo)致鋼架“前傾后仰、左前右后”等無(wú)法對(duì)稱的情況，從而在整體上影響支護(hù)的安全性。常見(jiàn)的檢測(cè)方法是，對(duì)格柵的投影進(jìn)行觀察，如果能夠保持在同一位置且滿足結(jié)構(gòu)凈空要求，則可判定達(dá)到了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[3]。

結(jié)語(yǔ)：

對(duì)于城市居民來(lái)說(shuō)，修建地鐵無(wú)疑是好事，但是大規(guī)模的明挖會(huì)導(dǎo)致地面交通堵塞、塵土彌漫，給日常生活帶來(lái)不便。而通過(guò)暗挖法，使大量施工過(guò)程在地下完成，能夠降低對(duì)環(huán)境的污染。在施工過(guò)程中，施工人員應(yīng)該嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)流程，對(duì)其中的風(fēng)險(xiǎn)加以控制，為人民群眾建設(shè)出高質(zhì)量的地鐵工程。

參考文獻(xiàn)：

[1]程曉剛.超大截面傾斜隧道式嵌巖樁基礎(chǔ)開(kāi)挖施工工藝研究[J].工程建設(shè)，2019，51（02）：54-59.

[2]廖雄. 高地應(yīng)力軟巖大跨變截面隧道施工變形機(jī)理及其控制技術(shù)研究[D].西南交通大學(xué)，2018.

[3]何明華.變截面暗挖區(qū)間隧道下穿地下通道影響分析[J].鐵道建筑技術(shù)，2019（06）：107-112.