谈城市地铁区间隧道施工方法

王立志

(西安建筑科技大学华清学院，陕西西安 710043)

0 引言

随着地铁建设快速发展，各种施工方法的区间隧道也越来越多的出现。城市中修建区间隧道受到地面建筑，城市交通，环境保护等诸方面影响，比一般的山岭隧道施工技术要求更高，难度更大。国内区间隧道比较常见的施工方法为明挖法及暗挖法，暗挖法又可分为浅埋暗挖法及盾构法。本文对各种施工方法进行了详细的论述，并对明挖法各种围护形式进行了对比分析，对浅埋暗挖法的施工步骤进行了针对性的说明，重点交代了盾构法在区间隧道施工中的适应性、断面形式及盾构法施工对区间功能及车站的影响等内容，并对盾构法在地铁区间隧道中的优越性及前景进行了论述。

1 明挖法

明挖法是采用一定的施工措施，从上往下逐步开挖基坑的岩土，然后从下至上逐步施工结构，最后回填基坑的施工方法。明挖法施工工艺简单、技术成熟、进度快、质量可靠、防水效果好、风险小。适用各种不同的地质条件;结构防水质量易保证、综合造价较低。对周边环境、市政管线和道路交通有较大影响，明挖法适用于隧道埋深较浅，且地面有足够施工场地地段。在地面建筑少、拆迁少、地表干扰小的地区修建浅埋地下工程通常采用明挖法。

明挖法的优点是工艺简单，容易保证质量，工期短，造价低，缺点是占地多、拆迁量大、影响交通。明挖法一般可适用于各种不同的工程地质条件。

1.1 明挖法分类

明挖法施工，根据基坑开挖深度及场地条件可采用不同的方式，明挖法按支护方式分放坡明挖和围护明挖。放坡明挖可采用锚喷护坡、土钉墙等方式。围护明挖有钻孔灌注桩、人工挖孔桩、SMW工法、地下连续墙、钢板桩等围护结构形式。

1.2 围护结构选择原则

根据全国各地的明挖法施工经验，在城市地铁区间隧道中明挖工法选择的一般原则是:在地面没有交通干扰，基坑深度较小(h＜8 m)，周围建筑较少的情况下，基坑支护依据情况采用放坡开挖或土钉墙;在基坑深度较大(h＞8 m)，周围建筑较多的情况下，基坑支护依据情况采用加内支撑的排桩支护或多层锚杆排桩支护形式。

1.3 区间主体结构形式

当采用明挖法施工时，区间隧道一般采用矩形框架结构，其断面内轮廓与地铁设备限界最为接近，断面净空可得到充分利用，而且结构受力明确，施工方便。常用的矩形断面分为单孔和双孔钢筋混凝土矩形框架结构。单线隧道采用单孔矩形断面，双线隧道一般采用双孔矩形断面，中间设隔墙分开以利于区间隧道管线布置及区间通风。根据工程类比拟定区间隧道矩形断面见图1，图2。

图1 区间单线矩形隧道结构（单位：mm）

图2 区间双线矩形隧道结构（单位：mm）

隧道的净空尺寸，除满足建筑限界要求、隧道的使用功能及施工工艺要求外，还应考虑施工误差(含测量误差在内)、结构变形及沉降、线路曲线等因素，给予必要的余量。

2 浅埋暗挖法

轨道交通区间隧道采用浅埋暗挖法施工是近年来为适应城市浅埋隧道的需要而发展起来的一种施工方法。目前在我国轨道交通区间隧道建设中已广泛采用。浅埋暗挖法沿用了新奥法的基本原理，创建了信息化量测反馈设计和施工的新理念;采用先柔后刚复合式衬砌新型支护结构体系，初期支护按承担施工过程中的土压力，二次模筑衬砌作为安全储备;应用浅埋暗挖法进行设计和施工时，同时采用多种辅助工法，超前支护，改善加固围岩，利用部分围岩的自承能力;采用不同的开挖方法及时支护、封闭成环，使其与围岩共同作用形成联合支护体系;在施工过程中应用监控量测、信息反馈和优化设计，避免塌方、减少沉降、保证施工安全。浅埋暗挖法施工，工艺简单、灵活，并可根据施工监控量测的信息反馈来验证或修改设计和施工工艺，以达到安全与经济的目的。

2.1 浅埋暗挖法的断面形式

浅埋暗挖法施工的结构断面一般为马蹄形，通常采用三心圆或五心圆断面形式，底部设仰拱。浅埋暗挖法区间隧道根据线间距和所衔接的车站形式，一般可分为单线隧道和双线隧道，断面形式见图3，图4.

图3 区间单线马蹄形隧道结构（单位：mm）

隧道的净空尺寸，除满足建筑限界要求、隧道的使用功能及施工工艺要求外，还应考虑施工误差(含测量误差在内)、结构变形及沉降、线路曲线等因素，给予必要的余量。余量应根据施工的具体条件以及隧道的使用性质来确定。

2.2 浅埋暗挖法施工步骤

地铁隧道浅埋暗挖法施工时一般采用新奥法指导施工，其中，单线隧道浅埋暗挖法施工步骤见图5。双线隧道浅埋暗挖法施工步骤见图6:1)施作1拱部小导管，注浆加固地层;开挖1部土体;施作初期支护及锁脚锚管;1号洞室初期支护封闭;2)开挖2部土体，施作初期支护及锁脚锚管;2号洞室初期支护封闭;3)施作3拱部小导管，注浆加固地层;开挖3部土体，施作初期支护及锁脚锚管;3号洞室初期支护封闭;4)开挖4部土体，施作初期支护及锁脚锚管;4号洞室初期支护封闭;5)施作Ⅰ部防水层和二次衬砌，架设临时支撑;6)拆除中隔壁，施作Ⅲ部防水层和二衬;封闭成环。待Ⅲ部混凝土达到设计强度后，拆除临时支撑。

图4 区间双线马蹄形隧道结构（单位：mm）

图5 单线隧道浅埋暗挖法施工步骤

图6 双线隧道浅埋暗挖法施工步骤

2.3 浅埋暗挖法在国内地铁工程中的应用情况

浅埋暗挖法一般适用于地层自稳性、含水量较小或有良好降水条件的地层，在国内地铁大量使用于因功能要求而设置的大量异形断面情况，如渡线段结构、存车线段结构、联络线段结构，横通道断面等。

3 盾构法

3.1 盾构法简介

盾构法是暗挖隧道施工中一种先进的工法。盾构法是在盾构机钢壳体的保护下，依靠其前部刀盘上的刀具挖掘地层，并在盾构机壳体内完成出碴、管片拼装、推进等作业。因此盾构法施工具有良好的隐蔽性，施工引起的噪声、振动的危害小，对城市居民的生活影响小，机械化程度高，劳动强度低。盾构法施工不仅施工进度快，而且无噪声，无振动公害，对地面交通及沿线建筑物、地下管线和居民生活等影响较少。在我国以上海、广州为代表，盾构在地下工程中已有较大规模的使用。盾构法具有施工进度快、作业安全、噪声小、管片精度高、衬砌质量可靠、防水性能好、地表沉降小等优点。盾构法施工示意图见图7。近年来，盾构法在国内轨道交通区间隧道施工中得到了广泛应用，并且随着盾构施工技术不断成熟，成本不断降低，其在国内城市地铁施工中所占的比例不断上升，从最初的一两个区间，到现在许多城市地铁施工中已经占到区间总长度的一半以上。

图7 盾构法施工示意图

3.2 盾构法在城市地铁中的适用性

盾构法施工技术在中国国内城市地铁施工实践中已经证明，只要盾构的选型得当，盾构施工不仅能够加快施工速度，而且工程造价方面已经越来越显示出优势。

盾构施工技术从广州地区的微风化岩层到上海地区的淤泥质地层均能够适用。

3.3 盾构法采用的断面形式

区间隧道采用盾构法施工时，隧道断面形式采用圆形，其主要原因是圆形断面结构受力好;盾构管片衬砌的形式一般有普通环及通用环，普通环为常用的标准环+左转、右转环(楔形环)方式，在直线段使用标准环，曲线段采用楔形环。目前国内大部分城市地铁隧道均采用此种普通环拼装方式。通用环形式是欧州常用的管片拼装方式，该方式只有1种楔形环，通过其不同组合实现直线和曲线管片拼装。单线盾构区间隧道圆形衬砌的建筑限界为φ5 100 mm，施工开挖和管片拼装误差150 mm，区间隧道结构内径定为5 400，衬砌厚度300 mm，结构外径为6 000 mm，如图8所示。

3.4 盾构法对区间及车站的影响

盾构法因其施工工艺的特殊性，对规划、设计、施工及管理提出了更高的要求。盾构法施工的区间内，不宜设置存车线、渡线、折返线、联络线等辅助线，不宜设置迂回风道，不宜设置人防隔断门，不宜悬吊风机，联络通道与区间排水泵房的施工也有相当的难度。

一般的处理方法是，将辅助线的设置转移到采用浅埋暗挖法施工的相邻区间内;在相邻车站的站端设置迂回风道、人防段;在必须设置区间风井的区间采用明挖法或浅埋暗挖法施工;在设置联络通道及区间排水泵房的地段预加固地层，在衬砌管片侧壁开洞，联络通道及泵房采用浅埋暗挖法施工。

图8 区间单线圆形隧道结构（单位：mm）

采用盾构法进行区间施工，一般把车站的站端作为盾构井使用。与盾构法施工区间相邻的车站，不仅需为盾构机始发与到达提供场地及空间，也需为盾构机的吊装提供条件。

4 结语

地铁区间隧道的各种施工方法各有其特点，亦存在一定的局限性。根据沿线不同地段的工程地质和水文地质条件、线路埋深、地面与地下建(构)筑物及管线的分布情况、城市总体规划要求，结合道路交通状况，通过对技术、经济、环境、交通影响、工期及使用功能等方面的综合比较，合理选择施工方法。

除埋深较浅选择地面线、明挖、高架线外，其余区间隧道的施工方法可在浅埋暗挖和盾构之间进行选择，区间隧道工法选择原则是，在有条件采用盾构工法的前提下，优先选择盾构法施工。异形断面结构，如渡线段结构、存车线段结构、联络线段结构，横通道结构等一般采用浅埋暗挖法施工。

盾构法以其良好的施工安全性、防渗漏水性、对周围环境的影响极小等优点，在地下铁道的建设中已成为重要的施工方法之一，尤其是随着近年国内盾构设备技术水平的提高、盾构设备在工程成本中所占比重的下降，盾构法施工的综合工程造价已接近甚至低于浅埋暗挖法施工，特别是在地层条件差、地质情况复杂、地下水位高等情况下盾构法已具明显技术经济优越性。从长远来看，盾构法施工城市地铁区间隧道的前景十分广阔。

［1］ 关宝树.隧道工程设计要点集［M］.北京：人民交通出版社，2003.

［2］ 关宝树.隧道工程施工要点集［M］.北京：人民交通出版社，2003.

［3］ 施仲衡.地下铁道设计与施工［M］.西安：陕西科技出版社，2006.

［4］ 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.

［5］ 王毅才.隧道工程［M］.北京：人民交通出版社，2002.