浅埋暗挖技术在地铁隧道施工中的应用

陶冰杰

摘 要：本文介绍了浅埋暗挖法原理，通过实际工程，对地铁的暗挖施工技术进行分析，并提出建设性意见。

关键词：地铁暗挖；新奥法；围岩

1 前言

地铁建设随同地质情况却各不相同。国内浅埋暗挖工法特殊地层单洞双线隧道中已得到成功运用，通过分析超前加固、开挖时空顺序、台阶长度等工艺在保证施工安全、质量和控制地层沉降中发挥的作用，确定同类地层中的工艺参数，完善浅埋暗挖的理论体系，更好地应用工程实践。本文结合实际工程实施的具体情况，对其施工方案，关键技术的解决进行阐述和探讨。

2 浅埋暗挖法原理

2.1 新奥法理论

新奥法(NATM)的内涵是保护围岩，调动和发挥围岩的自承能力。从这一原则出发。对于围岩变形的控制．根据不同情况．有时需要强调释放。有时应强调限制(但是在城市地下工程施工中一般都限制地表沉降)．其目的都是为了充分调动围岩的自承能力。

从新奥法的基本原理中可以看出．围岩加固设计理念上的重大进步．不再把围岩简单地看作作用在支护结构上的荷载．而是认识到围岩是隧道结构的主要承载部分。在隧道施工过程中应该尽量保持围岩的原有强度．防止围岩的松动和大范围的变形．并通过支护达到控制围岩变形的目的。最终通过围岩和衬砌结构共同承载。形成稳定的支护结构。

2.2 浅埋暗挖法原理及其设计理论

浅埋隧道最大的特点是埋深浅。施工过程中由于地层损失而引起地面移动明显，对周边环境的影响较大，因此对开挖、支护、衬砌、排水、注浆等方法提出更高要求，使施工难度增加。浅埋暗挖法不仅仅是新奥法的简单应用，而是在其基础上结合我国的实际工程特点、地质条件、水文条件的进一步发展和创新。浅埋暗挖法的技术核心是依据新奥法的基本原理，在施工中采用多种辅助措施加固围岩，充分调动围岩的自承能力，开挖后及时支护、封闭成环，使其与围岩共同作用形成联合支护体系，是一种抑制围岩过大变形的综合施工技术。

浅埋暗挖设计理论是建立在岩石的三向刚性压缩试验特性和岩石的二向压缩应力应变特性，以及莫尔理论基础上的．并考虑到隧道掘进时的空间效应和时问效应所提出的新理论。这一理论集中在支护结构种类、构筑时机、围岩压力、围岩变位这四者的关系上，贯穿在不断变更的设计施工过程中：这一理论提出了与传统方法完全不同的新概念和新观点，它指导着喷锚支护的设计与施工，指导着构筑隧道的全过程。

在开挖支护过程中．浅埋暗挖法采用先柔后刚复合式衬砌，初衬承担全部基本荷载．二次衬砌作为安全储备．初衬和二衬共同承担特殊荷载。这也就使得初期支护强度必须足够大。

2.3 浅埋暗挖法与新奥法差别

浅埋暗挖法虽然是在新奥法的基础上发展起来的，但是其一些理论又不同于新奥法。其特点是运用量测信息，反馈设计和施工，同时采取超前支护、改良地层、注浆加同等配套技术，来完成隧道及地下工程的设计与施工。由于浅埋暗挖法地下隧道在城区施工较多．所以对地表的沉降控制要求比较严格。与一般的深埋隧道新奥法施工控制不同之处是浅埋暗挖法支护衬砌的结构刚度比较大，初期支护允许变形量比较小。这就使得对保护周围地层的自承作用和减少对地层的扰动是必须的。

3 浅埋暗挖新技术的应用

3.1 真空降水技术

真空降水是将管井抽水(一般用潜水泵)与真空泵相结合，或将辐射井中的水平渗水井与真空泵相连接抽水。利用真空泵在管井或水平井内产生的真空，加速地层中的水向管内涌人，从而提高降水效果。真空降水一般用于黏土、粉土层以及粉细砂等渗透系数较小、但降水深度较大的地层。

某地铁十号线浅埋暗挖段含水层以粉土⑥2层、细中砂⑥3层为主，因渗透系数较小，采用常规管井降水，未能疏干弱透水层中的饱和水和含水层界面残留水，造成暗挖带水作业现象，给施工带来很大安全隐患。因此，采用了真空深井降水。

从现场隧道掌子面施工情况来看，采用真空降水后，潜水含水层地下水完全疏干，粉土层水基本疏干，尤其是粉土层中的饱和水，明显要少于采用常规管井降水的相邻段的劲松站。通过沉降观测证明，真空深井降水引起的地面沉降与普通管井降水引起的地面沉降相当。

3.2 辐射井降水

辐射井是在一眼大口径井内，把辐射管(渗水管)由内向外径向敷设于含水层内，地下水经过这些辐射状的水平渗水管汇集在大口井内，再由泵排出。由于水平渗水井是在大口井内施工并且在空间上调整范围很大，因此辐射井一般用于地面无降水井施工条件的地段。

北京地铁五号线蒲黄榆站至天坛东门站区间隧道，采用浅埋暗挖法施工，由于地铁区间在玉蜒立交桥桥区需要穿越南二环路、玉蜒桥、京山铁路及南护城河，环境复杂，用常规的降水方法，因没有布井场地，难以保证在无水条件下进行暗挖施工。为确保施工安全，同时把对城市环境、交通等影响降低到最低限度，经分析比选，在北京地铁施工中采用了辐射井降水技术。从现场隧道掌子面施工情况来看，掌子面保持无水状态，取得了较好的降水效果。经对抽水井取水样含砂量测试，测试结果符合《建筑与市政降水工程技术规范》要求。辐射井降水的成功实施，解决了城市复杂环境条件下施工管井降水的难题，为暗挖隧道开辟了新的降水途径。

3.3 超长管棚支护技术

某地铁在国内首次采用大跨度单拱单柱双层岛式结构，浅埋暗挖法施工，最小埋深仪5．5 m，超前支护采用单根长146．6m、 114×5mm的超长管棚，纵向贯通整个车站，共用103根管棚，这种超长管棚的支护形式在国内隧道施工中尚属首次应用，采用非开挖施工工艺一次性施作，避免了采用常规管棚需在洞内多次施工的不利因素。

从施工的88根管棚来看，精度相对较好，最大管棚中心平均偏差为19．5mm，并较好地起到了减小沉降、控制坍塌的作用。与常规管棚相比，减少地表沉降约10mm。

3.4 远程监测技术

由于地铁线下穿既有环线区间、地铁五号线下穿既有地铁环线雍和宫车站以及地铁四号线宣武门站主体和换乘通道下穿既有环线宣武门站等新线穿越既有线施工过程中，为了既有环线结构的安全及地铁正常运营，采用了远程监控系统对其结构及轨道变形等进行全天候的实时监控量测。

监测情况表明，该监测系统在地铁运营环境下能正常工作，其在测试精度、性能稳定及自动化程度方面，能准确反映新线施工过程中对上方既有环线地铁造成的影响，及时反馈信息，指导建设单位的施工和运营部门采取相应的安全措施。

结束语

浅埋暗挖法以其特有的优势在城市地下空间建设尤其是在地铁建设中占有重要的地位 该法在保证地面交通不中断、管线正常使用的前提下。同时也避免了以往工法对环境污染大的现象发生。在城市地下工程中得到了极为广阔的应用：同时，也已不仅仅局限于地铁工程的修建，在城市地下过街道、地下停车场、市政管线等工程中。都得到了不同程度的应用。

尽管浅埋暗挖法在修建地铁中发挥了不可替代的作用，也取得了显著的成绩，但也存在缺点，如施工速度慢，喷射混凝土粉尘较多。劳动强度大，机械化程度不高。施工工艺受施工队伍的技术水平限制以及高水位地层结构防水比较困难等。因此要使浅埋暗挖技术不断深入发展和得到广泛应用，还有许多课题尚需深入研究，例如地铁浅埋暗挖法区间隧道和车站的标准化设计、盾构法与浅埋暗挖法结合建造地铁车站技术、超前预支护技术、结构新型防水技术、施工对周边环境影响的沉降控制技术及施工安全风险管理体系等。

参考文献

[1]王梦恕．地下工程浅埋暗挖技术通论[M]．合肥：安徽教育出版社．2004．

[2]刘钊，佘才高，周振强．地铁工程设计与施工[M]．北京：人民交通出版社．2004.